先进加工技术

第一篇：先进加工技术

工程训练报告

先进加工技术----3D打印

学院：机械与汽车工程学院

班级：机械13--4 姓名：姜晖

学号：201301011215

先进加工技术--------3D打印

众所周知，传统的打印技术及其所配套的打印设备只能进行简单或者稍微复杂的二维平面打印。然而，随着时代的发展，特别是对于加工效率，加工精度的要求日益增长的情况下，传统的二维打印越来越力不从心，在一次次高科技革命的推动下，3D打印应运而生。

3D打印，也称为3D立体打印技术，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

3D打印技术最早出现于20世纪90年代，是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置。原理方面与传统的二维打印机相同，打印盒内装有粉末等打印材料与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物的一种快速成型技术。

相对于传统打印机，3D打印机所用原理基本相同，但是所用的原料并不相同，传统打印机所用的材料是墨粉和各种纸张，而3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是实实在在的原材料，当打印机与电脑连接后，在电脑进行控制下，按照设计人员设定的三维立体模型，将原材料一层一层叠加起来，将计算机的立体模型变为一个实实在在的立体产品。

3D打印存在着许多不同的技术。它们的不同之处在于以可用的材料的方式，并以不同层构建创建部件。3D打印常用材料有尼龙玻纤、耐用性尼龙材料、石膏材料、铝材料、钛合金、不锈钢、镀银、镀金、橡胶类材料。

介绍了3D打印技术，就不得不介绍3D打印的工作过程.3D打印最重要的一个过程就是设计过程，3D打印的设计过程是：先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，即切片，从而指导打印机逐层打印。

其次便是相切面包一样，对模型进行切片处理：打印机通过读取文件中的横截面信息，用液体状、粉状或片状的材料将这些截面逐层地打印出来，再将各层截面以各种方式粘合起来从而制造出一个实体。这种技术的特点在于其几乎可以造出任何形状的物品。

打印机打出的截面的厚度（即Z方向）以及平面方向即X-Y方向的分辨率是以dpi（像素每英寸）或者微米来计算的。一般的厚度为100微米，即0.1毫米，也有部分打印机如ObjetConnex 系列还有三维 Systems' ProJet 系列可以打印出16微米薄的一层。而平面方向则可以打印出跟激光打印机相近的分辨率。打印出来的“墨水滴”的直径通常为50到100个微米。用传统方法制造出一个模型通常需要数小时到数天，根据模型的尺寸以及复杂程度而定。而用三维打印的技术则可以将时间缩短为数个小时，当然其是由打印机的性能以及模型的尺寸和复杂程度而定的。

传统的制造技术如注塑法可以以较低的成本大量制造聚合物产品，而三维打印技术则可以以更快，更有弹性以及更低成本的办法生产数量相对较少的产品。一个桌面尺寸的三维打印机就可以满足设计者或概念开发小组制造模型的需要。

完成以上步骤后，便只剩下完成打印了：三维打印机的分辨率对大多数应用来说已经足够（在弯曲的表面可能会比较粗糙，像图像上的锯齿一样），要获得更高分辨率的物品可以通过如下方法：先用当前的三维打印机打出稍大一点的物体，再稍微经过表面打磨即可得到表面光滑的“高分辨率”物品。

有些技术可以同时使用多种材料进行打印。有些技术在打印的过程中还会用到支撑物，比如在打印出一些有倒挂状的物体时就需要用到一些易于除去的东西（如可溶的东西）作为支撑物。

现行的3D打印有多种成型方法，每项各有利弊：

电子束是3D金属打印成型最快方法电子束快速成型技术目前还有一些技术难点尚待进一步研究，比如成型过程中废热高，金属构件中金相结构控制较为困难，特别是成型时间长，先凝固的部分经受的高温时间长，对金属晶态成长控制困难，进而引起大尺度构件应力复杂等等。

电子束成型对复杂腔体，扭转体，薄壁腔体等成型效果不佳，他的成形点阵精度在毫米级，所以成型以后仍然需要传统的精密机械加工，也需要传统的热处理，甚至锻造等等。

但电子束快速成型速度快，是目前3D金属打印类打印速度最快的，可达15KG／小时，设备工业化成熟度高，基本可由货架产品组合，生产线构建成本低，具有很强的工业普及基础，同时，电子束快速成型设备同时还能具有一定的焊接能力和金属构件表面修复能力，应用前景广泛。在发动机领域，目前美国和中国在电子束控制单晶金属近净形成型技术方面正积极研究，一旦获得突破，传统的单晶涡轮叶片生产困难和生产成本高的问题将获得极大的改善，从而大大提高航空发动机的性能，并对发动机研制改进等提供了极大的助力。

由于电子束成形精度受到电子束聚焦和扫描控制能力的限制，激光作为更高精度的能量介质引起高度重视，激光成形技术几乎是和电子束成形技术同步起步发展，但是，由于稳定的10KW以上级的大功率激光器到2008年才开始逐步工业化，所以激光成形技术在最近才出现喷涌的盛况。

激光数字成型技术主要有两个类别，一是激光近净成形制造（LENS）、金属直接沉积（DMD），这个类别的技术和电子束快速成型类似，也是利用控制扫描区域形成控制的熔融区，用金属丝或金属粉同步扫描点添加，金属熔融沉积，这项技术算电子束快速成型的高精度的进化成果，激光的扫描点阵精度可以比电子束高一个数量级，可以得到更高精度的零件，从而进一步减少材料的耗量和机械加工的需求，同时它还能保留电子束快速成型的打印速度快的优势。

这类区域熔融的技术需要大尺度的腔体提供零件加工所需的真空环境，这限制了加工零件的尺寸，激光熔融区的大小和功率直接相关，越大形的构件加工能力要求越高，由于电子束对金属的热效应深度比较大，而激光热效应深度较小，激光成形时胚体受热和散热状况要好于电子束，因此它能形成很薄的熔化区和更细密均匀的沉积构造，凝固过程中的金相结构更容易控制，热应力复杂度要低很多，可以制造更精确的形状和更复杂零件，也能制造较薄壁的零件类型。美DRAPA，洛克希德先进制造技术中心，和飞利浦、宾州大学等于2013年演示的先进制造

DM概念，就是基于这类技术基础。

激光3D打印几乎可直接加工出工业零件

目前主流的激光打印机是利用硒鼓静电吸附墨粉，激光扫描熔融墨粉形成图像的，这种打印方式精度可达300PPI，利用激光打印和粉末冶金技术结合，新一代的最有希望的最精密成型的技术是以直接金属激光烧结（Direct metal laser sintering，DMLS）和选区激光（selective laser sintering，SLS）为代表的激光精密数字成形。这两者都是在基底铺设金属粉末，由激光扫瞄烧结，所不同的是，直接烧结是边铺粉边烧，而选区烧结是先铺整层粉末，然后激光扫描烧结，这种烧结每次沉积厚度约20－100微米，通过反复多次的沉积最终获得三维立体的零件。

激光精密成形的优点是精度高，成形点阵可以小于0.01毫米，可以得到近似平滑的表面，能够处理空腔，薄壁等复杂空间扭转体，和相互交叉穿透的复杂空腔和管路，几乎可以加工出直接应用的工业零件。

激光3D打印零件强度略小于锻造机加件

高精度激光烧结对激光的功率要求中等，烧结点温度虽然高，但是点阵小，每点阵金属熔融凝固量很少，全过程热释放低，材料胚体温度接近常温区，较少形成复杂的热应力情况，金属凝固形成的金相较为均匀细密，大多为细小的晶格态，类似于经过锻造的金属构件，获得金属零件强度略小于锻造机加件。

美国德州大学奥斯汀分院最早于1986年提出SLS的专利，由DTM公司提供商用设备，美国麻省理工1988年提出DMLS的概念和专利，但目前商用化设备主要的供应商都来源于欧洲，德国EOS略占优势，MTT 公司和 Concept Laser 公司也具有很强的竞争力。中国于1998年以后开始开展SLS方面的研究，2000年以后，随着商品化光纤激光器的成熟，国内在SLS方面取得一定成果，2004年起，有至少3家公司和单位提出SLS技术应用化的专利，在航空领域因材料强度方面的问题，早期的应用主要在快速建立冶金应用模具方面。

作为一种主流的高新技术，3D打印有着非常广阔的应用领域：军工，航天，医学，甚至于建筑行业，均存在着3D打印技术的影子.3D打印技术目前在全球也是前沿技术和前沿应用，最尖端的航空工业对这种技术最为关注也最严谨，美国90年代中期就获得这类技术的工业尝试，但是他们一直称为近净成型加工技术，F－22,F－35都有应用，不过因为一些加工工艺等原因，美国也没有能大规模应用，但美国将这一技术一直作为先进制造技术而由美国国防高级研究计划局（DRAPA）牵头，组织美国30多家企业对这一技术长期研究。

美国如此重视，我国自然也不甘落后。最近几年，中国航空工业捷报频传，先进战斗机歼-20，歼-31，舰载机歼-15，运输机运-20一大批高新机不断诞生，接踵而出，最为引人关注的是，在2013年全球3D打印热潮中，以北航和西工大两个科研主体带动，沈飞、成飞、西飞等数家航空制造企业为主体，成为全球第二个能够在实际应用中利用3D打印技术制造飞机零件的国家。

与其他的高新技术一样，3D打印技术也有着自身的缺点和不足之处。

3D打印零件强度还难以作为飞机受力构件

3D打印概念的出现是一种制造工业领域革命性的新技术，目前的诸多成形手段和方法都有各自的具体优点和缺陷，在航空领域，选择烧结SLS技术看起来潜力最大，应用前景最广泛，它的材料适应范围最广，从铝合金、钛合金、高强度钢、高温合金到陶瓷都能处理，但是它属于微观粉末冶金的范畴，快速成形中，粉末冶金技术中因熔融——凝固过程过快，成形体中容易夹杂空穴，未完全熔融的粉末，胚体缺陷还有可能包括激光扫描线方向形成的熔融——凝固不均匀金相微观线状晶格排列，这些都会严重影响了成形件的强度。

目前激光选区成形的构件大多都只能达到同牌号金属铸造的强度水平，虽然这已经能让构件进入正常的应用领域，但显然要承担象飞机这样的主要结构受力构件还是有很大限制的。

3D金属打印零件表面还需进一步机械加工直接金属激光烧结DMLS技术因为直接用激光熔融金属丝沉积，金属本身是致密体重熔，不易产生粉末冶金那样的成形时的空穴，这个技术生产的构件致密度可达99％以上，接近锻造的材料胚体，目前国际国内都主要利用这种技术制造高受力构件，它能达到同牌号金属最 高强度的90～95％左右的水平，接近一般锻造构件。

目前的金属3D打印构件都不能直接形成符合要求的零件表面，它都必须经过表面的机械加工，去除表面多余的，不连续的，不光滑的金属，才能作为最终使用的零件，因此，尽管3D打印可以获得复杂的空间结构和一些复杂的管路和腔体，但是这些管路和腔体的机械加工很有可能无法进行，其零件的重量效率，管路流动效率等方面不一定能够满足实际需求，因此，尽管3D打印可能能一步直接完成很多复杂零件的成形，但其还不具备直接取代传统机械加工的能力。

3D打印对飞机大型构件制造还存在问题

直接成形的金属零件在生产过程中因为反复经受局部接近熔点温度受热，内部热应力状态复杂，在成形某些大型细长体，薄壁体金属构件时，应力处理和控制还不能满足要求，实际上到目前为止一直影响3D打印在航空业的应用也正是因为这个原因。

美国从1992年开始就不断利用这类技术希望能够直接生产飞机用的大型框架，粱绗，整体壁板等，正是因为应力复杂，大型构件成形过程中或成形后会产生严重变形，严重到无法使用。所以3D打印技术尽管很早就出现了，但国外航空工业界还持有相当的保守态度也是有原因的。激光3D打印工业化面临精细度难题目前激光成形技术面临工业化的两个方向相互间有矛盾，一是打印精细度，目前的打印精细度SLS最高，基本在1～0.1毫米左右，而其他技术加工生成的零件表面精度则在0.8～5毫米之间，目前市场销售的2D激光打印机点阵精度在1200DPI左右即0.02毫米，这个精度可以获得近似光滑的曲面，提高精度受到打印耗材粉末的粒径粗细和激光熔融金属液态滴状表面张力影响，要把精度提高到0.1毫米以下还有很大困难，不过铺粉预处理、激光超快速融化——凝固等技术的出现会为提高激光成形的精度有很大帮助。

激光3D打印工业化面临打印速度难题另一个发展方向则是提高打印速度，目前激光打印的速度还是较慢的，每小时印重量大多都在1公斤以下，最好水平也只有9公斤／小时左右，要实现工业化生产，特别是大规模化生产，这个速度是不够的，现在的激光成形基本还是单光头单层铺粉作业，未来为了提高打印速度和应对超大型构件打印，已经有多光头多层铺粉同步打印的设计出现。

激光成形目前尚属于单一技术应用，但是在工业界，激光冲击强化在冶金方面应用已经有10几年的历史了，激光打印成形实际上很有希望能够直接集成激光冲击强化，激光淬火等技术，它能让激光成形的构件更加致密，且具有高级别的强度，实际上激光3D打印机都能简单的通过软件控制来实现激光冲击强化的功能。

现在3D打印技术还只是露出第一缕曙光

新的制造方法需要新的一系列处理工艺配合，3D打印目前只能算一丝曙光，真正达到大规模应用产生效益，还需要很长的时间发展和积累。

3D打印技术的出现是信息革命在攻克传统工业的最后堡垒的终结的冲锋号，因而引发了一系列的科学技术领域研究的新课题，激光粉末冶金，微沉积金相学，微观淬火、锻造，激光冲击强化等一系列机械制造，冶金等领域的课题将会让已经暮气沉沉的传统冶金科学，和制造科学领域重新充满发展的动力，在未来的数十年间，谁在这些技术领域获得应用化的实际成果，可能会影响和颠覆现有的制造工业的基本面貌,未来可谓潜力无限。

第二篇：材料先进加工技术

1.快速凝固

快速凝固技术的发展，把液态成型加工推进到远离平衡的状态，极大地推动了非晶、细晶、微晶等非平衡新材料的发展。传统的快速凝固追求高的冷却速度而限于低维材料的制备，非晶丝材、箔材的制备。近年来快速凝固技术主要在两个方面得到发展：①利用喷射成型、超高压、深过冷，结合适当的成分设计，发展体材料直接成型的快速凝固技术；②在近快速凝固条件下，制备具有特殊取向和组织结构的新材料。目前快速凝固技术被广泛地用于非晶或超细组织的线材、带材和体材料的制备与成型。2.半固态成型

半固态成型是利用凝固组织控制的技术.20世纪70年代初期，美国麻省理工学院的Flemings教授等首先提出了半固态加工技术，打破了传统的枝晶凝固式，开辟了强制均匀凝固的先河。半固态成型包括半固态流变成型和半固态触变成形两类：前者是将制备的半固态浆料直接成型，如压铸成型（称为半固态流变压铸）；后者是对制备好的半固态坯料进行重新加热，使其达到半熔融状态，然后进行成型，如挤压成型（称为半固态触变挤压）3.无模成型

为了解决复杂形状或深壳件产品冲压、拉深成型设备规模大、模具成本高、生产工艺复杂、灵活度低等缺点，满足社会发展对产品多样性（多品种、小规模）的需求，20世纪80年代以来，柔性加工技术的开发受到工业发达国家的重视。典型的无模成型技术有增量成型、无摸拉拔、无模多点成型、激光冲击成型等。4.超塑性成型技术

超塑性成型加工技术具有成型压力低、产品尺寸与形状精度高等特点，近年来发展方向主要包括两个方面：一是大型结构件、复杂结构件、精密薄壁件的超塑性成型，如铝合金汽车覆盖件、大型球罐结构、飞机舱门，与盥洗盆等；二是难加工材料的精确成形加工，如钛合金、镁合金、高温合金结构件的成形加工等。5.金属粉末材料成型加工

粉末材料的成型加工是一种典型的近终形、短流程制备加工技术，可以实现材料设计、制备预成型一体化；可自由组装材料结构从而精确调控材料性能；既可用于制备陶瓷、金属材料，也可制备各种复合材料。它是近20年来材料先进制备与成型加工技术的热点与主要发展方向之一。自1990年以来，世界粉末冶金年销售量增加了近2倍。2003年北美铁基粉末。相关的模具、工艺设备和最终零件产品的销售额已达到91亿美元，其中粉末冶金零件的销售为64亿美元。美国企业生产的粉末冶金产品占全球市场的一半以上。可以预见，在较长一段时间内，粉末冶金工业仍将保持较高的增长速率。粉末材料成型加工技术的研究重点包括粉末注射成型胶态成型、温压成型及微波、等离子辅助低温强化烧结等。6.陶瓷胶态成型

20世纪80年代中期，为了避免在注射成型工艺中使用大量的有机体所造成的脱脂排胶困难以及引发环境问题，传统的注浆成型因其几乎不需要添加有机物、工艺成本低、易于操作制等特点而再度受到重视，但由于其胚体密度低、强度差等原因，他并不适合制备高性能的陶瓷材料。进入90年代之后，围绕着提高陶瓷胚体均匀性和解决陶瓷材料可靠性的问题，开发了多种原位凝固成型工艺，凝胶注模成型工艺、温度诱导絮凝成形、胶态振动注模成形、直接凝固注模成形等相继出现，受到严重重视。原位凝固成形工艺被认为是提高胚体的均匀性，进而提高陶瓷材料可靠性的唯一途径，得到了迅速的发展，已逐步获得实际应用。

7.激光快速成型

激光快速成形技术，是20实际90年代中期由现代材料技术、激光技术和快速原型制造术相结合的近终形快速制备新技术。采用该技术的成形件完全致密且具有细小均匀的内部组织，从而具有优越的力学性能和物理化学性能，同时零件的复杂程度基本不受限制，并且可以缩短加工周期，降低成本。目前发达国家已进入实际应用阶段，主要应用于国防高科技领域。国内激光快速成形起步稍晚于发达国家，在应用基础研究和相关设备建设方面已有较好的前期工作，具备了通过进一步研究形成自身特色的激光快速成形技术的条件。8.电磁场附加制备与成型技术

在材料的制备与成形加工过程中，通过施加附加外场（如温度场、磁场、电场、力场等），可以显著改善材料的组织，提高材料的性能，提高生产效率。典型的温度场附加制备与形加工技术有熔体过热处理、定向凝固技术等；典型的力场附加制备与成形技术有半固态加工等；典型的电磁场附加制备与成形加工技术有电磁铸轧技术、电磁连铸技术、磁场附加热处理技术、电磁振动注射成形技术等。近年来，有关电磁场附加制备与成形加工技术的研究在国际上已形成一门新的材料科学分支——材料电磁处理，并且得到迅速发展。9.先进连接技术

①铝合金激光焊接 ②镁合金激光焊接

③机器人智能焊接 10.表面改质改性

在材料的使用过程中，材料的表面性质和功能非常重要，许多体材料的失效也往往是从表面开始的。通过涂覆（或沉积、外延生长）表面薄层材料或特殊能量手段改变原材料表面的结构（即对处理进行表面改性），赋予较廉价的体材料以高性能、高功能的表面，可以大大提高材料的使用价值和产品的附加值，是数十年来材料表面加工处理研究领域的主要努力方向。

材料加工技术的总体发展趋势，可以概括为三个综合，即过程综合、技术综合、学科综合。由于上述材料加工技术的总体发展趋势，可以预见，在今后较长一段时间内，材料制备、成型与加工技术的发展将具有以下两个主要特征：（1）性能设计与工艺设计的一体化。（2）在材料设计、制备、成型与加工处理的全过程中对材料的组织性能和形状尺寸进行精确控制。

实际上，第一个特征实现材料技术的第五次革命、进入新材料设计与制备加工工艺时代的标志。实现第二个特征则要求具备两个基本条件：一是计算机模拟仿真技术的高度发展；二是材料数据库的高度完备化。基于上述材料加工技术的总体发展趋势和特征，金属材料加工技术的主要发展方向包括以下几个方面。1）常规材料加工工艺的短流程化和高效化。

打破传统材料成形与加工模式，工艺环节，实现近终形、短流程的连续化生产提高生产效率。例如，半固态流变成形、连续铸轧、连续铸挤等是将凝固与成形两个过程合二为一，实行精确控制，形成以节能、降耗、提高生产效率为主要特征的新技术和新工艺。

目前国外铝合金和镁合金半固态加工技术已经进入较大规模工业应用阶段。铝合金半固态成型方法主要有流变压铸

2）发展先进的成形加工技术，实现组织与性能的精确控制

例如，非平衡凝固技术、电磁铸轧技术、电磁连铸技术、等温成形技术、低温强加工技术、先进层状复合材料成形、先进超塑性成形、激光焊接、电子束焊接、复合热源焊接、扩散焊接、摩擦焊接等先进技术，实现组织与性能的精确控制，不仅可以提高传统材料的使用性能，还有利于改善难加工材料的加工性能，开发高附加值材料。

3）材料设计（包括成分设计、性能设计与工艺设计）、制备与成形加工一体化

发展材料设计、制备与成型加工一体化技术，可以实现先进材料和零部件的高效，近终形，短流程成型。典型的技术有喷射技术、粉末注射成形、激光快速成型等，是不锈钢、高温合金、钛合金、难熔金属及金属间化合物、陶瓷材料、复合材料、梯度功能材料零部件制备成型加工的研究热点。材料设计、制备与成形加工的一体化，是实现真正意义上的全过程的组织性能精确控制的前提和基础。

4）开发新型制备与成形加工技术，发展新材料和新产品

块体非晶合金制备和应用技术、连续定向凝固成形技术、电磁约束成型技术、双结晶器连铸与充芯连铸复合技术、多坯料挤压技术、微成形加工技术等，是近年来开发的新型制备与成形加工技术。这些技术在特种高性能材料或制品的制备与成形技术加工方面具有各自的特色，受到国内外的广泛关注。

5）发展计算机数值模拟与过程仿真技术，构建完善的材料数据库 随着计算机技术的发展，计算材料科学已成为一门新兴的交学科，是除实验和理论外解决材料科学中实际问题的第3个重要研究方法。它可以比理论和实验做得更深刻、更全面、更细致，可以进行一些理论和实验暂时还做不到的研究。因此，基于知识的材料成形工艺模拟仿真是材料科学与制造科学的前沿领域和研究热点。根据美国科学研究院工程技术委员会的测算, 模拟仿真可提高产品质量5～15倍，增加材料出品率25％，降低工程技术成本13%～30%，降低人工成本5%～20%，提高投入设备利用率30%～60%，缩短产品设计和试制周期30% ～60%等。目前，模拟仿真技术已能用在压力铸造、熔模铸造等精确成形加工工艺中，而焊 接过程的模拟仿真研究也取得了可喜的进展。高性能、高保真、高效率、多学科及多尺度是模拟仿真技术的努力目标，而微观组织模拟（从mm、μm到nm尺度）则是近年来研究的新热点课题。通过计算机模拟，可深入研究材料的结构、组成及其各物理化学过程中宏观、微观变化机制，并由材料成分、结构及制备参数的最佳组合进行材料设计。计算材料科学的研究范围包括从埃量级的量子力学计算到连续介质层次的有限元或有限差分模型分析，此范围可分为4个层次：纳米级、微观、介观及宏观层次。在国外，多尺度模拟已在汽车及航天工业中得到应用。铸件凝固过程的微观组织模拟以晶粒尺度从凝固热力学与结晶动力学两方 面研究材料的组织和性能。20世纪90年代铸造微观模拟开始由试验研究向实际应用发展，国内的研究虽处于起步阶段，但在用相场法研究铝合金枝晶生长、用Cellular Automaton 法研究铝合金组织演变和汽车球墨铸铁件微观组织与性能预测等方面均已取得重要进展。锻造过程的三维晶粒度预测也有进展。6）材料的智能化制备与成形加工技术

材料的智能化制备与成形加工技术是1986年由美国材料科学界提出的“第三代”材料成形加工技术，20世纪90年代以来受到日本等先进工业国家的重视它通过综合利用计算机技术、人工智能技术、数据库技术和先进控制技术等，以成分、性能、工艺一体化设计与工艺控制方法，实现材料组织性能与成形加工质量，同时达到缩短研制周期、降低生产成本、减少环境负荷的目的。

材料的智能化制备与成形加工技术的研究尚处于概念形成与探索阶段，被认为是21世纪前期材料成形加工新技术中最富潜力的前沿研究方向之一。其他的材料先进制备与成形加工前沿技术

电磁软接触连铸、钛合金连铸连轧技术、高性能金属材料喷射成形技术、轻合金半固态加工技术、泡沫铝材料制备、钢质蜂窝夹芯板扩散-轧制复合、金属超细丝材制备技术、超细陶瓷粉末燃烧合成、模具表面渗注镀复合强化、金属管件内壁等离子体强化技术、钛合金激光熔覆技术、非纳米晶复合涂层制备技术等。

第三篇：材料先进加工技术论文

材料先进加工技术

结课论文

院系：

学号： 姓名： 指导教师：

目次

说明„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1

1、焊接成形工艺„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1.1焊接成形工艺发展历史„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1.2常见焊接工艺简介„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1.3焊接技术的应用„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 1.4 国内焊接技术现状„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6

2、特种加工技术„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 2.1特种加工技术的特点„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 2.2几种特种加工技术简介„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 2.3特种加工的发展趋势„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 3.先进制造技术„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12 3.1先进制造技术的研究现状„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12 3.2先进制造技术的特点„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13 3.3先进制造技术原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12 3.4工业机器人„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14 3.5先进制造技术的发展趋势„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„16

材料先进加工技术结课论文

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说明：本论文综合余进老师讲课重点焊接成型工艺，周琦老师讲课重点高压特种加工技术，以及王克鸿老师先进制造技术等相关内容笔记，分三部分进行内容介绍。通过查阅相关书籍及论文、互联网、图书馆图书借阅等途径，结合自己本科专业课学习经验整理而成。

1、焊接成型工艺

1.1焊接成形工艺发展历史

焊接是通过加热、加压，或两者并用，使同性或异性两工件产生原子间结合的加工工艺和联接方式。焊接应用广泛，既可用于金属，也可用于非金属。

焊接技术是随着金属的应用而出现的，中国最古代早的焊接的焊接方法主要是铸焊、钎焊和锻焊，在商朝时期制造的铁刃铜钺，就是铁与铜的铸焊件，其表面铜与铁的熔合线蜿蜒曲折，接合良好。春秋战国时期曾侯乙墓中的建鼓铜座上有许多盘龙，是分段钎焊连接而成的。19世纪末，当Oscar Kjellberg成立伊萨公司以探索他发明的涂层焊条时，伊萨从一开始就和电弧焊的发展结下了不解之缘。19世纪80年代，焊接只用于铁匠锻造上。工业化的发展和两次世界大战的爆发对现代焊接的快速发展产生了影响。基本焊接方法—电阻焊、气焊和电弧焊都是在一战前相继出现。但20世纪早期，气体焊接切割在制造和修理工作中占主导地位。过些年后，电焊得到了同样的认可。

1.2常见焊接工艺简介

焊接的本质就是通过适当的物理化学过程，使两个分离的固态物体产生原子（分子）间结合力而连接成一体的成形方法[1]。1.2.1、熔焊

使被连接两物体表面局部加热融化成液体，然后冷却成一体的焊接方法，如：手工电弧焊、埋弧自动焊、氩弧焊等。(1)手工电弧焊

1888年，俄罗斯发明了手工电弧焊接技术，使用无药皮的裸露金属棒来产生保护气体。直到20世纪初，在瑞典发明卡尔伯格过程（Kjellberg process）和Quasi-arc方

材料先进加工技术结课论文

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法传入英国后，药皮焊条才开始发展起来。由于成本较高，刚开始人们不怎么使用药皮焊条。但随着人们对好的焊缝质量需求的日益增长，手工电弧也开始使用药皮焊条。

原理：利用焊条与工件之间产生的电弧将焊条和工件局部加热熔化，焊芯端部熔化后的熔滴和熔化的母材融合在一起形成熔池。焊条药皮熔化后形成熔渣并放出气体，在气、渣的联合保护下，有效地排除了周围空气的有害影响，通过高温下熔渣与熔池液态金属之间的冶金反应，得到优质焊缝。因为熔渣会冷却、凝固，所以一旦焊缝焊完（或在熔敷下个焊道前）就必须从焊道上清除熔渣。在焊钳更换新的焊条前，手工电弧过程只能完成短焊缝的焊接。焊缝熔深浅，熔敷质量取决于焊工的技能。过程示意图如下：

手工电弧焊特点：简便灵活，适应性强。同时它使用的设备简单，易于移动，并且费用也比其它电弧焊方法要低。但是，手工电弧焊对焊工的操作技术要求较高，焊接质量在一定程度上决定于焊工的操作技术。此外，手工电弧焊劳动条件差，生产率低。因此，手工电弧焊适用于焊接单件或小批量产品，短的和不规则的、各种空间位置的以及其它不易实现机械化焊接的焊缝。可焊工件厚度在1．5mm以上，1mm以下的薄板则不适于手工电弧焊。(2)埋弧自动焊

埋弧焊焊接原理：在焊丝与焊件之间燃烧的电弧是埋在颗粒状焊剂下面的。电弧热将焊丝端部及电弧直接作用的母材和焊剂熔化并使部分蒸发，金属和焊剂所蒸发的气体在电弧周围形成一个封闭空腔，电弧在这个空腔中燃烧。空腔被一层由熔渣所构成的渣膜所包围，这层渣膜不仅很好地隔绝了空气和电弧与熔池的接触，而且使弧光不能辐射出来。被电弧加热熔化的焊丝以熔滴形式落下，与熔融母材金属混合形成熔池。密度较小的熔渣浮在熔池之上，熔渣除了对熔池金属起机械保护作用之外，焊接过程中还与熔池金属发生冶金反应，从而影响焊缝金属的化学成分。电弧向前移动。熔池金属逐渐冷却后结晶形成焊缝。浮在熔池上的熔渣冷却后形成渣壳可继续对高温

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下焊缝起保护作用，避免被氧化。如下图。

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埋弧自动焊具有生产率高、焊缝质量高和劳动条件好等优点，而也因其具有只适应于平焊且焊接设备比焊条电弧焊设备复杂等劣势使其应用受到局限。(3)钨极氩弧焊

钨极氩弧焊是在惰性气体——氩气的保护下，利用钨电极与焊件之间产生的电弧热熔化母材和填充焊丝(如果使用填充焊丝)的一种气体保护焊方法，如下图所示。焊接时氩气从焊枪的喷嘴连续喷出，在电弧周围形成惰性气体保护层隔绝空气，防止对钨极，熔池以及邻近热影响区的有害影响，从而获得优质接头。钨极氩弧焊按操作方式分为手工焊和自动焊两种。手工钨极氩弧焊时，焊枪的移动和填充焊丝的添加完全靠操作者手工操作。钨极组弧自动焊时，如果焊件固定电弧移动，则焊枪移动和填充焊丝的送进全靠机械自动进行。(4)熔化极气体保护焊

熔化极气体保护焊用连续送进的焊丝与被焊工件之间燃烧的电弧作为热源来熔化焊丝与母材金属于，通过焊枪喷嘴输送保护气体，使电弧、熔化焊丝、熔池及其附近的母材金属免受周围空气的有害作用。从焊枪连续送进的焊丝不断熔化以熔滴形式过渡到熔池中去，与熔化的母材金属融合形成焊缝金属。由于熔化极气体保护焊对焊接区保护简单、方便、明弧无渣、焊接区便于观察，易于实现机械化、自动化焊接和进行全位置焊接，而且生产率高，因此在生产中日益广泛地被采用。

1.2.2压力焊

压力焊，对焊件待焊处加压或加压又加热，最后在压力下焊接的方法，如：电阻焊，摩擦焊，冷压焊等[2]。

近代首例电阻焊实例是在1856年。James Joule（Joule加热原理发明者）成功用

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电阻加热法对一捆铜丝进行了熔化焊接。第1台电阻焊机用于对接焊。1886年，英国的Elihu Thomson造出了第1个焊接变压器并在来年为此项工艺申请了专利。该变压器在2V空载电压时能产生200A电流输出。此后，Thomson又发明了点焊机、缝焊机、凸焊机以及闪光对焊机，后来点焊成为电阻焊最常用的方法，如今已广泛应用于汽车工业和对其它许多金属片的焊接上。1964年，Unimation生产的首批用于电阻点焊的机器人在通用汽车公司使用。

压焊又称固相焊接，利用摩擦、扩散和加压等物理作用克服两个连接表面的不平度，挤出氧化膜或其它污染物，使两个连接表面上的原子相互接近到晶格距离，从而在固态条件下实现两物体的连接。大都在加压的同时伴随加热措施，但加热温度又远低于物体的熔点。因此压焊除扩散焊之外一般不需要保护措施。按加热方法不同，分为冷压焊、摩擦焊、超声波焊、电阻焊、爆炸焊、断焊、扩散焊等，电阻焊又分为点焊、缝焊、凸焊、对焊等。

电阻焊是焊件组合后通过电极施加压力，利用电流流过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热将其加热到熔化或塑性状态，使之在加压条件形成接头的一种焊接方法。按工艺特点主要分有：点焊、缝焊、凸焊和对焊；按所用电流波形分有交流、直流和脉冲电流三大类。

点焊是将焊件装配成搭接接头，并压紧在两电极之间，接通电流后利用电阻热将焊件局部熔化，形成焊点的方法。

缝焊是焊件装配成搭接或对接接头并置于两滚轮电极之间，滚轮加压焊件并转动，连续或断续送电，从而产生一连串熔核相互搭叠的密封焊缝的电阻焊方法。论文篇幅限制，就不一一介绍了。

1.2.3、钎焊

钎焊，将焊件及熔点低于焊件的钎焊材料同时加热，至焊料融化，并与相邻的焊件相互作用、扩散，冷凝后实现连接的方法。钎焊接头根据需要，可将焊料重熔、拆开，所以是一种办永久性的连接。钎焊常以搭接形式装配，焊件之间保持很小的间隙，采用熔点比母材熔点低的金属材料作为钎料，在低于母材熔点而高于钎料熔点的温度下加热，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。

钎焊与熔焊或压焊相比，主要不同在于：钎焊时只有钎料熔化而母材保持固态，材料先进加工技术结课论文

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钎料熔点低子母材熔点，其成分与母材也有很大差别，熔化钎料依靠润湿和毛细作用吸入并保持在母材待焊处间隙中，依靠液态钎料与固态母材之间的相互扩散形成冶金结合。

钎焊过程：表面清洗好的工件以搭接型式装配在一起，把钎料放在接头间隙附近或接头间隙之间。当工件与钎料被加热到稍高于钎料熔点温度后，钎料熔化（工件未熔化），并借助毛细管作用被吸入和充满固态工件间隙之间，液态钎料与工件金属相互扩散溶解，冷疑后即形成钎焊接头。

钎焊具有加热温度低，对母材组织和性能影响小，且容易保证焊件尺寸精度、可实现异种金属或合金，金属与非金属的连接等优点。某些钎焊方法可一次焊接完成几十条或成百条钎缝，生产工率高。但钎焊接头的强度较低，耐热性差、装配精度要求高。

1.3焊接技术的应用

1.3.1焊接技术在机床行业的应用

机床行业的焊接技术的应用是随着国外引进产品技术发展起来的。同时，国内焊接技术的发展也促进了机床行业焊接技术的应用。目前，钣金加工在机床行业中应用的主要焊接技术有以下几个方面: 1.气体保护焊等高效率焊接技术的应用2.数控切割技术应用3.钢板预处理技术应用。1.3.2焊接技术在航天领域的应用

宇航技术中所用的各类火箭、卫星、飞船、星球车、空间站以及太阳能电站等，它们的结构件、发动机，以及所用的各种仪器等都有一些共同特点，不仅要求零部件质量极为可靠，能经受各种恶劣环境，如强力振动，因日照变化引起的高低温度交替冲击，失重，宇宙线幅射，超高真空环境中运作；而且要求零件尺寸小，重量轻，气

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密性好。因此，对宇航零部件的结构设计、材料选择及加工工艺都提出了极为苛刻的要求，实践证明为了满足上述特点，电子束焊接技术是必不可少的强有力的工具之一。

此外，焊接技术在建筑行业、汽车行业铁路、造船和医药工业、能源和电子工业、机器设备制造和食品工业都得到广泛应用。

1.4国内焊接技术现状

新中国建立以来，特别是改革开放25年来，中国先后自行研制、开发和引进了一些先进的焊接设备、技术和材料。目前国际上在生产中已经采用的成熟焊接方法与装备，在国内也都有所应用，只是应用的深度和广度有所不同而已。中国的制造企业已经在采用诸如电子束焊接、激光焊接、激光钎焊和激光切割、激光与电弧复合热源焊接、单丝或双丝窄间隙埋弧焊、４丝高速埋弧焊、双丝脉冲气体保护焊、等离子弧焊接、精细等离子弧切割、水射流切割、数控切割系统、机器人焊接系统、焊接柔性生产线、变极性焊接电源、表面张力过渡焊接电源（STT）和全数字化焊接电源等。甚至目前在国际上比较热门的搅拌摩擦焊技术，也已经应用到产品的生产上。中国的焊接生产技术水平有了很大的提高，但是存在问题的严重性也不容忽视。

总体来看，中国2004年的焊接材料生产总量达到210万吨，比美国、日本、德国三国焊接材料产量的总和还多，但是其中手工焊接用的焊条产量占７3%，各种机械化、自动化焊接用焊丝占25%，焊接的机械化/自动化率为35%，达到历年来的最高比例。然而，这仅相当于日本20世纪70年代末焊接机械化/自动化率的水平，日本1979年焊接材料的总产量为40万吨，手工焊条占58%，各种焊丝占42%，焊接的机械化/自动化率为44%[3]。

综上所述，焊接工艺已经不是一种辅助工艺，它在最近几年已经成为制造业中的关键加工手段，完成了许多关系国计民生与国防建设的重大战略性产品的生产，中国已经毫无悬念地成为世界首屈一指的焊接大国。但是国内焊接生产中应用的关键焊接材料、焊接设备严重依赖国外进口，具有中国自主知识产权的关键技术与产品不多，而且总体研发、创新水平和速度都不高，与焊接大国的形象形成了巨大的反差。如果继续下去，将会逐步成为中国经济战略安全的薄弱环节。

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2.特种加工技术

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近年来，计算机技术、微电子技术、自动控制技术、国防军工和航空航天技术发展迅速，与此同时，高度、高韧性、高强度和高脆性等难切削材料的应用日益广泛，制造精密细小、形状复杂和结构特殊工件的求也在日益增加。社会需求与技术进步的结合促使特种加工技术不断进步和快速发展。所谓特种加工，是一种利用化学能、电能、声能、机械能以及光能和热能对金属或非金属材料进行加工的方法[4]。其工作原理不同于传统的机械切削方法，即加工过程中工件与所用工具之间没有明显的切削力，工具材料的硬度也可低于工件材料的硬度。特种加工技术在国内外各行各业的应用中取得了巨大成效，它们有着各自的特点，特殊材料或特殊结构工件的加工工艺性发生了根本变化，解决了传统加工方法所遇到的各种问题，已经成为现代工业领域中不可缺少的重要加工手段和关键制造技术。

2.1特种加工技术的特点

特种加工与一般机械切削加工相比，有其独特的优点，在某种场合上，它是一般机械切削加工的补充，扩大了机械加工的领域。它具有以下较为突出的特点。

（1）不用机械能，与加工对象的机械性能无关，有些加工方法，如激光加工、电火花加工、等离子弧加工、电化学加工等，是利用热能、化学能、电化学能等，这些加工方法与工件的硬度强度等机械性能无关，故可加工各种硬、软、脆、热敏、耐腐蚀、高熔点、高强度、特殊性能的金属和非金属材料。

（2）非接触加工，不一定需要工具，有的虽使用工具，但与工件不接触，因此，工件不承受大的作用力，工具硬度可低于工件硬度，故使刚性极低元件及弹性元件得以加工。

（3）微细加工，工件表面质量高，有些特种加工，如超声、电化学、水喷射、磨料流等，加工余量都是微细进行，故不仅可加工尺寸微小的孔或狭缝，还能获得高精度、极低粗糙度的加工表面。

（4）不存在加工中的机械应变或大面积的热应变，可获得较低的表面粗糙度，其热应力、残余应力、冷作硬化等均比较小，尺寸稳定性好。

（5）两种或两种以上的不同类型的能量可相互组合形成新的复合加工，其综合加工效果明显，且便于推广使用。

（6）特种加工对简化加工工艺、变革新产品的设计及零件结构工艺性等产生积

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极的影响。

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2.2几种特种加工技术简介

2.2.1电火花加工

电火花加工的原理是基于工具和工件之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸形状及表面质量预定的加工要求。按工具电极和工件相对运动的方式和用途的不同，电火花加工工艺大致可分为电火花成形加工、电火花线切割、电火花磨削和镗磨、电火花同步共轭回转加工、电火花高速小孔加工、电火花放电沉积与刻字六大类。(1)电火花放电沉积的基本原理与特点

电火花放电沉积的原理是利用脉冲电路的充放电原理，采用导电材料(硬质合金、石墨、合金钢、铝和铜等)作为工具电极(阳极)，在空气或特殊的气体中使之与被强化的金属工件(阴极)之间产生火花放电。当工具电极与工件达到某个距离电场强度足以使介质电离击穿时两者之间就产生火花放电，使电极端部与工件表面微区发生熔化甚至气化，熔融金属在热作用，电磁力和机械力的作用下沉积在工件表面。电极与工件的放电间隙频繁发生变化，电极与工件间不断发生火花放电，从而实现放电沉积。(2)极性效应

在电火花放电加工过程中，无论是正极还是负极，都会受到不同程度的电蚀。这种单纯由于正、负极性不同而彼此电蚀量不一样的现象叫做极性效应。因此，当采用窄脉冲、精加工时应选用正极性加工；当采用长脉冲、粗加工时，应采用负极性加工，此时可得到较高的蚀除速度和较低的电极损耗。从提高加工生产率和减小工具损耗的角度来看，极性效应愈显著愈好，故在电火花加工中必须充分利用。当用交变的脉冲电流加工时，单个脉冲的极性效应便相互抵消，增加了工具的损耗，因此，电火花加工一般采用单向脉冲电源。

(3)电火花加工中电极损耗分析与解决措施

电火花在整个加工过程中要受到各种干扰因素的影响, 这些干扰因素直接或间接地影响着加工质量。在电火花加工过程中电极损耗分为绝对损耗和相对损耗。造成电极损耗的原因有：小面积精加工，加工件结构尺寸偏小，加工时间过长，电极装夹不当等因素。因此为了减少电极的损耗一般有以下方法：（1）有效排除电蚀物（2）

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(4)电火花加工的发展趋势

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电极材料和加工参数的合理选用（3）提高加工技能和安全操作意念等等。

电火花线切割加工技术在相当长的时间里间都是采用精规准参数进行一次切割成型,其切割速度与加工表面质量之间存在着一定的矛盾。中国特有的高速走丝电火花线切割机长期存在的加工质量问题, 可以采用多次切割工艺来解决。现目前中速走丝电火花线切割机是一种价格较低, 加工精度、粗糙度、加工效率介于高速走丝与慢走丝的一种机床,具有很好的发展前景。2.2.2电化学加工

电化学加工是通过电化学反应去除工件材料或在其上镀覆金属材料等的特种加工。该方法主要包括电解、电镀、电铸、电化学抛光等工艺方法，其中电解加工使用于深孔、型孔、型腔、型面、倒角去毛刺、抛光等，电铸加工适用于形状复杂 精度高的空心零件，如波导管、注塑用的模具、薄壁零件、复制精密的表面轮廓、表面粗糙度样板、反光镜、表盘等零件；涂敷加工可针对表面磨损、划伤、锈蚀的零件进行涂敷以恢复尺寸；对尺寸超差产品进行涂敷补救、对大型、复杂、小批工件表面的局部镀防腐层、耐腐层，以改善表面性能。电镀、电铸可以复制复杂、精细的表面。刷镀可修复磨损的零件，改变原表面的物理性能，有很大实用价值。2.2.3离子束加工

聚焦离子束技术是一种集形貌观测、定位制样、成分分析、薄膜淀积和无掩膜刻蚀各过程于一身的新型微纳加工技术。离子束纳米加工,具有传统加工方法无可比拟的优势而逐渐成为新一代精加工方法，在微纳米加工、操纵以及器件的研制等方面具有重要应用。纳米测量学在纳米科技中起着信息采集和分析的不可替代的重要作用,纳米加工是纳米尺度制造业的核心,发展纳米测量学和纳米加工的一个重要方法就是电子束与离子束技术。2.2.4超声波加工

超声加工是利用超声频作小振幅振动的工具，并通过它与工件之间游离于液体中的磨料对被加工表面的捶击作用，使工件材料表面逐步破碎的特种加工。超声加工常用于穿孔、切割、焊接、套料和抛光。其加工原理是超声波发生器将工频交流电能转变为有一定功率输出的超声频电振荡，换能器将超声频电振荡转变为超声机械振动，通过振幅扩大棒（变幅杆）使固定在变幅杆端部的工具振产生超声波振动，迫使磨料悬浮液高速地不断撞击、抛磨被加工表面使工件成型。超声加工的主要特点：不受材

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料是否导电的限制；工具对工件的宏观作用力小、热影响小，因而可加工薄壁、窄缝和薄片工件；被加工材料的脆性越大越容易加工，材料越硬或强度、韧性越大则越难加工；由于工件材料的碎除主要靠磨料的作用，磨料的硬度应比被加工材料的硬度高，而工具的硬度可以低于工件材料；可以与其他多种加工方法结合应用，如超声振动切削、超声电火花加工和超声电解加工等。

高效超声波光整技术是利用超声波振动冷压加工原理。它是将一台高效超声波表面光整设备装于车床刀架上，利用工件的回转，磨头对零件表面作高频率短促的往复振动冲击运动，以一定的冲击力敲击被加工表面的加工方法。其冷压加工是充分利用金属的塑性，使零件的表面层金属在外力作用下产生细微塑性残余变形，从而达到改变其表面性能，形状和尺寸的目的。2.2.5激光加工技术

激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料（包括金属与非金 属）的原理进行切割、焊接、表面处理、打孔及微加工等的一种加工新技术，涉 及到光、机、电、材料及检测等多门学科。

公认的激光加工原理是两种：分别为激光热加工和光化学加工(又称 冷加工)。激光热加工指当激光束照射到物体表面时，引起快速加热，热力把对 象的特性改变或把物料熔解蒸发。热加工具有较高能量密度的激光束（它是集中的能量流），照射在被加工材料表面上，材料表面吸收激光能量，在照射区域内产生热激发过程，从而使材料表面（或涂层）温度上升，产生变态、熔融、烧蚀、蒸发等现象

激光加工的特点

①由于激光加工热影响区域小，光束方 向性好，其几乎可以加工任何材料。常用来进行选择性加工，精密加工。

②由于激光加工是无接触式加工，工具不会与工件的表面 直接磨察产生阻力，所以激光加工的速度极快、加工对象受热影响的范围较小而 且不会产生噪音。

③由于激光束的能量和光束的移动速度均可调节，因此激光加工 可应用到不同层面和范围上。

2.2.6高压水射流切割工艺

这项新技术采用的是水的0.80～1．50mm射流，喷射速度为600～800米／秒（速度大于2马赫）。水压为3000～4000巴（bar），用水量每分钟仅4升。为了用磨料如氧化铝或碳化硅等切割不锈钢，在喷射水流抵达钢材前，向水流内射入磨料颗粒。现代

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化的设备可切割20．0mm厚的不锈钢。切边准确、切面干净光滑。切割作用所产生的热由水带走，金属温度仅为50～60℃。这样再加上由喷射水流在金属上所产生的力，就可以防止变型，提高切割精度[5]。由于高压水射流切割属于冷切割，在切割过程中产生的热量很少，并且热量很快被水流带走，所以不会造成工件切口附近的材料氧化、金相组织发生变化，也不会使工件发生变形，同时也避免了某些材料有害物质的挥发[5]。高压水射流切割具有以下特点：

② 高压水射流切割属于点切割，切割时作用在工件上的力很小，不会使工件产生附加应力或应力变形，这对于切割某些表面完整性要求高的零部件及其补充加工有着特殊的意义。

③ 高压水射流切割没有粉尘危害，因为切割碎屑很快会随水流进入收集器而被排走，这对于石棉制品、玻璃钢制品、酚醛夹层材料以及陶瓷制品等材料的切割是非常有利的。

④ 由于高压水射流切割所使用的喷嘴孔径很小，使得切口的间隙很窄，这可以大大节约材料，特别是对于某些贵重金属的切割，提高了材料的利用率，降低了生产成本。

⑤ 高压水射流切割设备大都采用计算机或机器人控制的数控切割装置，可以实现多轴联动，所以采用高压水射流不但可以切割各种板状材料，也可以切割三维曲形的零部件。

2.3特种加工的发展趋势

为进一步提高特种加工技术水平及扩大其应用范围, 当前特种加工技术的发展趋势主要包括以下几点:1)采用自动化技术。充分利用计算机技术对特种加工设备的控制系统、电源系统进行优化,使加工设备向自动化、柔性化方向发展, 这是当前特种加工技术的主要发展方向。2)趋向精密化研究。高新技术的发展促使高新技术产品向超精密化与小型化方向发展, 对产品零件的精度与表面粗糙度提出更严格的要求。为适应这一发展趋势, 特种加工的精密化研究已引起人们的高度重视, 3)开发新工艺方法及复合工艺。为适应产品的高技术性能要求与新型材料的加工要求, 需要不断开发新工艺方法, 包括微细加工和复合加工, 尤其是质量高、效率高、经济型的复合加工, 如工程陶瓷、复合材料以及聚晶金刚石等[6]。

材料先进加工技术结课论文 先进制造技术

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先进制造技术是研究产品设计、生产、加工制造、销售使用、维修服务乃至回收再生的整个过程的工程学科,是以提高质量、效益、竞争力为目标,包含物质流、信息流和能量流的完整的系统工程。随着社会的发展,人们对产品的要求也发生了很大变化,要求品种要多样、更新要快捷、质量要高档、使用要方便、价格要合理、外形要美观、自动化程度要高、售后服务要好、要满足人们越来越高的要求,就必须采用先进的机械制造技术。

先进制造技术不是一般单指加工过程的工艺方法，而是横跨多个学科、包含了从产品设计、加工制造、到产品销售、用户服务等整个产品生命周期全过程的所有相关技术，涉及到设计、工艺、加工自动化、管理以及特种加工等多个领域，并逐步融合与集成。可基本归纳为以下四个方面：

a、先进的工程设计技术 b、先进制造工艺技术

c、制造自动化技术 d、先进生产管理技术、制造哲理与生产模式

3.1先进制造技术的研究现状

新材料成形加工技术的研究开发，是近二、三十年来材料科学技术领域最为活跃的方向之一。先进制备与成型加工技术的出现与应用，加上了新材料的研究开发、生产和应用进程，促成了诸如微电子和生物医用材料等新兴产业的形成，促进了现代航天航空，交通运输，能源环保等高技术产业的发展。

先进工业国家对材料制备与成型加工技术的研究开发十分重视。美国制定了“为了工业材料发展计划”，其核心是开放先进的制备与成型加工技术，提高材料性能，降低生产成本，满足未来工业发展对材料的需求。德国开展的“21世纪新材料研究计划”将材料制备与成型加工技术列为六个重点内容之一。在欧盟的“第六框架”计划中，先进制备技术时新材料领域的研究重点之一。日本在20世纪90年代后期，先后实施了“超级金属”、“超钢铁”计划，重点是发展先进的制备加工技术，精确控制组织，大幅度提高材料的性能，达到减少材料用量、节省资源和能源的目的。同时开展本科学领域色前沿和基础研究，并综合利用相关学科基础理论和科技发展成果，提供预备新材料的新原理新方法，也是材料科学与工程学科自身发展的需求。

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3.2先进制造技术的特点

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现代的产品开发系统的特点是：采用现代设计理论与方法；进行全生命周期设计；设计全过程采用信息技术；加快采用新材料、新工艺；产品开发周期短，返工少，成本低，努力做到一次成功；产品有创新，在国际市场上有竞争能力。

而材料则由传统结构材料向高性能、复合化、结构功能一体化发展，尤其需要先进制备与成型加工技术及装备，可使材料的生产过程更加高效，节能和洁净。材料成形加工技术是以成形技术为手段、以材料为加工对象、以过程控制为质量保证措施、以实现产品制造为目的技术。以材料为加工对象的特点决定了材料科学也成为技术的基础知识，而以过程控制为质量保证措施这一特点，决定了控制理论也成为重要组成部分。因此，材料成形加工技术是以材料学科和自动化专业及计算机科学与技术等为基础进行发展的技术。此外，随着科学技术的发展和学科交叉，材料成形加工也紧密地依赖诸如数学、物理、化学、微电子、计算机、系统论、信息论、控制论及现代化管理等各门学科及其最新成就。

3.3先进制造技术原理

3.3.1材料的精确成形

金属材料的精确成形包括液态金属精确成形(铸)、金属材料塑性精确成形(锻)、金属材料的精确连接成形(焊)。

无机非金属材料的精确成形包括陶瓷精确成形(塑性滚压成形法、注浆成形法、粉料压力成形法和特种成形法四种)、玻璃精确成形(吹制法、拉制法、压制法和吹/压制法四种)等。

高分子材料的精确成形包括液态高分子材料精确成形(如环氧树脂的浇注成形等)，固态高分子材料精确成形(如塑料的注射成形、挤出成形等)。3.3.2快速成形技术

快速成形技术就是利用三维CAD的数据，通过快速成型机，将一层层的材料堆积成实体原型。快速成型（RP）的技术设想，即是利用连续层的选区固化生产三维实体。快速成型制造是将制品离散成为相互独立的层并将各层独立制造。快速成形技术是在计算机控制下，基于离散、堆积的原理采用不同方法堆积材料，最终完成零件的成形

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与制造的技术。从成形角度看，零件可视为“点”或“面”的叠加。从CAD电子模型中离散得到“点”或“面”的几何信息，再与成形工艺参数信息结合，控制材料有规律、精确地由点到面，由面到体地堆积零件。从制造角度看，它根据CAD造型生成零件三维几何信息，控制多维系统，通过激光束或其他方法将材料逐层堆积而形成原型或零件[7]。

3.3.3高分子材料加工技术

现代材料科学的范围定义为研究材料性质、结构和组成、合成和加工、材料的性能这四个要素以及它们之间的相互关系。高分子材料科学的基本任务是：研究高分子材料的合成、结构和组成与材料的性质、性能之间的相互关系；探索加工工艺和各种环境因素对材料性能的影响；为改进工艺，提高高分子材料的质量，合理使用高分子材料，开发新材料、新工艺和新的应用领域提供理论依据和基础数据。

3.4 工业机器人

工业机器人是一种可编程的智能型自动化设备，是应用计算机进行控制的替代人进行工作的高度自动化系统。最近，联合国标准化组织采用的机器人的定义是：“一种可以反复编程的多功能的、用来搬运材料、零件、工具的操作机”。在无人参与的情况下，工业机器人可以自动按不同轨迹、不同运动方式完成规定动作和各种任务。机器人和机械手的主要区别是：机械手是没有自主能力，不可重复编程，只能完成定位点不变的简单的重复动作；机器人是由计算机控制的，可重复编程，能完成任意定位的复杂运动。

3.5先进制造技术的发展趋势

轻量化、精确化、高效化将是未来材料成形加工技术的重要发展方向。新材料加工技术的主要发展方向包括以下几个方面[8]。

1）常规材料加工工艺的短流程化和高效化。

2）发展先进的成形加工技术，实现组织与性能的精确控制

3）材料设计（包括成分设计、性能设计与工艺设计）、制备与成形加工一体化 发展材料设计、制备与成型加工一体化技术，可以实现先进材料和零部件的高效，近终形，短流程成型。

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4）开发新型制备与成形加工技术，发展新材料和新产品

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块体非晶合金制备和应用技术、连续定向凝固成形技术、电磁约束成型技术、双结晶器连铸与充芯连铸复合技术、多坯料挤压技术、微成形加工技术等，是近年来开发的新型制备与成形加工技术。

5）发展计算机数值模拟与过程仿真技术，构建完善的材料数据库

高性能、高保真、高效率、多学科及多尺度是模拟仿真技术的努力目标，而微观组织模拟（从mm、μm到nm尺度）则是近年来研究的新热点课题。通过计算机模拟，可深入研究材料的结构、组成及其各物理化学过程中宏观、微观变化机制，并由材料成分、结构及制备参数的最佳组合进行材料设计。

6）材料的智能化制备与成形加工技术

材料的智能化制备与成形加工技术是1986年由美国材料科学界提出的“第三代”材料成形加工技术，20世纪90年代以来受到日本等先进工业国家的重视它通过综合利用计算机技术、人工智能技术、数据库技术和先进控制技术等，以成分、性能、工艺一体化设计与工艺控制方法，实现材料组织性能与成形加工质量，同时达到缩短研制周期、降低生产成本、减少环境负荷的目的。

材料的智能化制备与成形加工技术的研究尚处于概念形成与探索阶段，被认为是21世纪前期材料成形加工新技术中最富潜力的前沿研究方向之一。

材料先进加工技术结课论文

第 16 页

共 16 页 参考文献

[1]《材料成形技术基础》，西安交通大学 邢建东 陈金德，机械工业出版社2010.1第二版

[2]《机械制造基础》，赵建忠，北京理工大学出版社，2008.7:89-90 [3]百度文献.国内外焊接技术的发展前景.[2012-11-22].http://wenku.baidu.com/view/36674be19b89680202d82501.html [4] 《特种加工技术》，赵万生，高等教育出版社，2001.6第一版 [5]百度百科.高压水射流切割

[6] 张纹,蒋维波.特种加工技术的应用与发展趋势[ J ].农业装备技术, 2006, 32(3): 24225.[7] 谢建新等编著，材料加工新技术与新工艺，北京：冶金工业出版社，2004 [8]荣烈润，材料成形加工技术发展趋势，航空精密制造技术，2009年02期

第四篇：先进材料加工成形技术专题报告

先进材料加工成形技术专题报告

摘要：本文对材料加工成形技术现状做了一个概述，同时对未来先进材料加工技术作了展望。重点介绍了几种先进材料加工成型技术的应用，包括激光加工技术，超声加工技术，电磁加工技术。

关键词：先进材料 加工技术 激光加工 超声加工 电磁加工

0 引言

材料是人类赖以生存和发展的物质基础，也是社会现代化的物质基础和先导[1]。人们通常把材料、信息和能源并列为现代科学技术的三大支柱，这三大支柱是现代社会生存和发展的基本条件之一，而材料科学显得尤为重要[2]。一般而言，材料可以分为传统材料和先进材料两大类，先进材料是指那些新近开发或正在开发的，具有优异性能的材料。先进材料不仅是对于高科技和新技术有重要的影响，同时也是发展高科技的物质基础，可以说掌握先进材料是一个国家在科技上处于领先地位的标志。

但是更为重要的是，随着科学技术的发展，先进材料的生产，制备，应用都越来越发杂，这就迫切需要材料加工成形技术的发展。正如学者认为的材料制备、[3]成形与加工技术发生了一场“静悄悄的革命”一样。材料成形加工技术与科学作为制造业的重要组成部分，其发挥着重要的作用，有时候甚至可以对材料的性能产生决定性影响。特别是现在先进材料在航空航天，机械，汽车领域越来越多的采用，其加工成形技术的重要性也尤为突出[4]。如今，为了适应全球竞争的需要，同时也为了占据有利形势，改善材料及相关制备技术对国家是非常重要的[5]。

当今先进材料加工成形技术已经发生了很多变化。从尺度上看，精密制造技术已经突破了微米级技术，进入了亚微米和拉米技术领域。同时，在加工过程中也更多的开始强调成形质量的问题，其要求开始向无缺陷方向过度。值得注意的是，现在成形加工技术也越来越与社会需求联系紧密，其倾向于快速化方向发展，来提高竞争力。并且随着复合材料的应用日益广泛，也迫切需求其加工成形工艺的提高。就目前发展情况来看，材料成形加工过程也在向建模与仿真靠近，同时也注重材料加工成形的信息化与清洁化，这也是未来材料发展的主流方向。几种先进材料加工技术

1.1 激光加工技术

激光具有亮度高、方向性强、单色性和相干性好等性能，加上激光的空间控制性和时间控制性很好，易获得超短脉冲、尺度极小的光斑，能够产生极高的能量密度和功率密度，足以融化世界上任何金属和非金属物质，特别适合自动化加工，而且对加工对象的材质、形状、尺寸和加工环境的自由度都很大[6]。由于激光热处理有相当明显的优势，其解决了困扰已久的传统金属热处理不能解决或不易解决的技术难题。激光加工技术作为一项综合集成激光技术、新材料技术、计算机与数控技术的现代化先进制造技术，一直得到世界各国重要研究机构和大学的重视和推广

目前激光加工技术有五大热点：激光焊接、激光成形与制造、新激光器与新激光加工研究、激光表面强化及激光加工过程的传感、检测与控制。随着技术的进步，这些研究方面还可以进一步细分。而激光热处理的技术关键有三个：高功率的激光器；多自由度的加工设备并与计算机配套；不同应用的激光处理工艺[7]。

[8]分析对比中国与国际激光加工研究领域不难看出：(1)中国激光材料加工研究紧扣国际研究主导方向，研究成果丰硕；(2)中国在激光表面强化领域基础扎实，实力雄厚，特别是激光熔覆技术的研究特色鲜明；(3)现在中国激光焊接与激光成形制造领域的研究与产业化紧密结合，形成了良性发展；(4)但是也明显看到我国在新型激光器和应用方面的研究严重不足，光学元器件方面研究也很微弱，成为了掣肘我国激光加工技术提高的瓶颈。

1.2 超声加工技术

超声加工是利用超声振动工具在有磨料的液体介质中或干磨料中产生磨料的冲击、抛磨、液压冲击及由此产生的气蚀作用来去除材料，或给工具或弓箭沿一定方向施加超声频振动进行振动加工，或利用超声振动使工件相互结合的加工[9][10]方法。大量实验研究和加工结果表明,超声振动加工有能量集中、瞬间作用、快速切削的特性，能有效地改变传统加工的切削机制，具有独特的加工工艺效果。

超声加工系统由超声波发生器、换能器、变幅杆、振动传递系统、工具、工艺装置等构成。近年来，随着不同领域实际加工的特殊需要，超声加工系统的应用研究有了新的发展[11]。目前超声加工技术主要应用在深小孔加工、拉丝模及型腔模具研磨抛光、难加工材料超声加工、超声振动切削以及超声复合加工。但是随着超声技术的发展以及对材料要求的提高，未来超声加工发展趋势主要集中在[12]超声振动切削技术、超声复合加工技术和微细超声加工技术等方面。

值得一提的是由于非金属硬脆材料同时具有高脆性、底断裂韧性及材料弹性与强度非常接近等特点，因此加工难度大[13]，而超声加工方法很好的解决了这些问题，在其领域内得到了大量应用。1.3 电磁加工技术

材料的电磁加工是指利用电磁能量实现材料的熔化、精炼和成形等加工过程，其理论基础是研究电磁场和流体间相互作用的电磁流体力学[14]。利用磁性的同性磁极相吸,异性磁极相斥,位于磁场中的磁性物质按磁力线有序排列原理,将高强度磁性颗粒置于工件与工具之间,并处于高频转换的磁场之中,辅以一定的工具运动作用,磁力与工具运动之间形成“共振”,使磁性颗粒在工具及磁场的作用下以很大的加速度不断地撞击被加工表面,把工件材料剥落下来,从而形成加工过程[15]。

由于电磁加工中电磁力的易控性和没有接触摩擦，用它作为加工的执行手段，使大量的复杂操作，简化到少数手柄上。只有电磁加工时如此的易于实现自动化[16]和生产的高速度。

材料电磁加工的特点可以概括为：(l)以最廉价和方便的手段将高密度电磁能量作用于各种材料,特别是金属材料;(2)除去加热功能以外,充分发挥电磁场的各种功能.例如对熔融金属进行非接触性搅拌、输运和形状控制;(3)运用电磁流体力学理论可以有效地解决加工过程中的各种问题,例如电磁力的计算;(4)与电磁场相关的各种检测及控制技术日新月异,为材料电磁加工技术的研究和发展提供了条件.2 结语

随着科学技术的进步和物质生活的需要，材料科学的发展会不断向前，而先进材料作为未来的主流方向，其加工成形技术也显得尤为重要，本文以上介绍的方法也只是一小部分，其代表着先进材料加工成形技术发展的一些成果，可以预见，材料作为三大支柱之一，其成形加工技术也会迅速发展，带来更多的效益。引用文献 [1] 材料科学技术百科全书编辑委员会，材料科学技术百科全书（上册）.北京：中国大百科全书出版社，1995.[2]陈拥军，魏强民，李建宝.先进材料科学与应用的展望[J].21世纪青年学者论坛.[3]Thomas W E.The quiet revolution in materials processing[C], Advanced Materials and Processing, Proceedings of PRICM-3, 1998.3-11 [4] 荣烈润，新世纪材料成形加工技术的发展趋势[J],金属加工.2012,23:(36-38).[5] Federal research and development program of materials science and technology[R].USA, 1995.[6] 江海河，激光加工技术应用的发展及展望[J]，光电子技术与信息.2001,14(4):1-4.[7] 孙晓辉，激光加工技术的产业化应用[J].机械工人.2004,4:35-37.[8] 钟敏霖，刘文今.国际激光材料加工研究的主导领域与热点[J].中国激光.200811(35):1654-1658.[9] 曹凤国，张勤俭.超声加工技术的研究现状及其发展趋势[J].电加工与模具.2005年增刊：25-28.[10] 张存信,杨继先,曹文燕.超声振动精密加工研究现状与发展趋势[J].热处理技术与装备,2006,27(5).[11] 曹凤国.超声加工技术［M］.北京：化学工业出版社，2005.[12] 张雄，焦锋.超声加工技术的应用及其发展趋势[J].工具技术.2012,46(1):3-5.[13] 郭昉，田欣丽，张保国等.超声振动在非金属硬脆材料加工中的应用[J].新技术新工艺.2009,9:14-18.[14] 张军，傅恒志，谢发勤等.金属熔体的电磁成形与凝固[J].材料研究学报.1997,11(6):612-614.[15] 陈养厚，电磁成型加工及其实现方法研究[J]，潍坊学院学报.2010,10(6):6-8.[16] 王金光.电磁加工探讨[J].电加工.

第五篇：N.材料先进制备加工技术-2011中国材料研讨会

2011中国材料研讨会 5.17-5.20 北京

国家会议中心

N．材料先进制备加工技术 分会主席：谢建新、曲选辉、刘雪峰

单元N1：5月19日上午 主持人：谢建新，李元元 08：30---09：00am *N1 多场作用下金属粉末成形烧结一体化方法的研究进展

李元元，李小强，杨超；华南理工大学机械与汽车工程学院

为了探索高致密、高性能、短流程、节能和低成本的金属粉末成形与烧结方法，分别对电-热-力三场和电-磁-热-力四场作用下的粉末成形与烧结机理、关键技术以及相应装备进行了研究。研制出一套集电、磁、热、力多个场作用下的粉末成形与烧结一体化设备；建立了多个场作用下的粉末成形与烧结模型；明晰了场间的交互作用机理和烧结机理；优化了多场作用下碳化钨、钨基、钛基、铁基等粉末的成形和烧结一体化工艺；证实在电-热-力三场作用基础上耦合交变磁场可改善温度场分布，进一步促进粉体致密、改善烧结组织与性能。研究表明，多场作用下的粉末成形烧结一体化方法在制备优质粉末冶金材料和零件方面优势显著。

09：00---09：30am *N2 多元多相合金及其结构件铸造过程的凝固基础 介万奇；西北工业大学凝固技术国家重点实验室

本文从我国古代铸造技术的发展说起，概括了凝固理论与技术的应用背景和发展历程。宏观总结了自20世纪50年代以来现代凝固理论与技术的发展。进而分析了近年来多组元合金凝固理论及技术研究的新进展，这些进展主要体现在以下3个方面：(1)将热力学原理与扩散动力学的分析相结合，进行多元合金凝固过程的分凝行为、凝固路径和相析出规律的预测；(2)采用二元合金凝固扩展模型、界面寻踪模型和相场分析等方法，进行多元合金凝固过程生长形貌演变规律的研究；(3)铸锭与铸件宏观凝固过程的模拟研究。进而指出了凝固理论与技术研

究的4个重点发展方向，即：(1)多元多相合金非平衡凝固行为的热力学与动力学耦合理论；(2)多元多相合金凝固过程的多层次表征及跨层次耦合；(3)多元多相合金非平衡凝固过程中熔体-界面-传输的协同调控原理；(4)电磁场及高能束作用下多元多相合金的凝固行为及其控制原理。最后介绍了作者关于多组元合金凝固的4个方面的研究工作，即：铸锭与大型铸件中的宏观偏析；枝晶凝固中固相分数变化与微观偏析；三组元合金的凝固模型；II－VI族化合物半导体晶体生长过程中的分凝与偏析。

09：30---09：50am

N3

双流浇注连续铸造工艺参数对凝固液穴的影响 郑小平，张卫文，邵明；华南理工大学

双流浇注连续铸造技术（DSPCC）是一种“液-液复合”制备层状金属复合材料的新兴工艺，其特点是两股液态金属熔体通过对流传质形成具有毫米级微观尺度、成分与组织梯度过渡的冶金结合界面。本文利用双流浇注连续铸造技术制备了7075/6009铝合金梯度复合铸锭，分析了铸造温度、铸造速度、节流孔径、内导管插入结晶器深度这四个双流浇注连续铸造工艺参数对结晶器内凝固液穴的影响，并利用内层合金元素扩散来表征铸造工艺参数，研究了内层合金元素扩散与凝固液穴的关系，结果表明：在7075/6009合金的双流浇注连续铸造过程中，铸造温度、节流孔径和铸造速度显著影响着凝固液穴的深度和宽度，而内导管插入结晶器深度变化对液穴宽度与深度的影响较小。内层合金元素扩散与凝固液穴存在r*2R22Rqv(Rq)chsshHHc的关系，通过试验结果与理论计算分析反映了基本一致的变化规律。

09：50---10：10am

休息

www.xiexiebang.com+Al2O3）/Fe复合材料。研究了Al元素的加入及其加入量对钛铁矿原位合成铁基复合材料还原过程的影响。研究表明：FeTiO3–Al–C–N2体系中Al先与钛铁矿发生反应生成钛的中间产物TixOy和Al2O3，接着C、N2与TixOy反应，最终产物中主要存在三相，即TiCN相、Al2O3相和Fe的固溶相。此外，当体系中铝的含量过高时，产物中会出现AlN相。

02：30---02：50pm

N10 硅对热处理态M2高速钢中共晶碳化物的影响 王维青，潘复生，汤爱涛；重庆大学

高速钢中碳化物的类型、形貌、数量和分布等是决定高速钢的性能的重要因素，尤其是共晶碳化物，而合金元素以及热处理对碳化物有明显的影响。本文通过金相、扫描电镜、X射线衍射分析的方法研保温2.5h的热处理过程中，片层状M2C碳化物分解为MC和M6C碳化物，在后续变形中破碎为细小的碳化物颗粒，0.8%Si的M2高速钢中碳化物的尺寸稍小些。而鱼骨状M6C在热处理过程中形态上没有变化，在后续变形后仍有尺寸较大的块状碳化物，这对性能不利。

02：50---03：10pm

N11

双金属气压顶出充芯连铸工艺的研究 梁贺，臧勃林，吴春京；北京科技大学

采用自制研究设备，运用气压顶出充芯连铸法，通过确定合理的工艺参数，制备出外径为12mm，内径为8mm的铅包锡和铜包铝双金属复合棒坯。复合棒坯连续稳定，表面质量良好，包覆层厚度均匀，界面实现了冶金结合。对铜包铝双金属复合棒坯后续拉拔加工，获得了直径为0.95mm铜包铝复合导线，通过对其力学性能和导电性能进行检测，性能高于传统相同直径铜包铝复合导线。

03：10---03：30pm

休息

03：30---03：50pm

N12 铁粉温高速压制成形的研究

陈进，肖志瑜；华南理工大学机械与汽车工程学院

温高速压制（WHVC）是一种结合温压和高速压制为一体的粉末冶金成形方法，通过冲锤冲击上模冲产生的冲击波使加热的温粉末迅速成形。该方法很好地结合了温压和高速压制的优点，同时粉末中不添加润滑剂，粉末加热温度可不受润滑剂的限制。得到的压坯比传统高速压制密度要高。本文以铁粉为原料，利用自行设计制造的一套利用重力势能驱动的温高速压制成形装置研究铁粉的成形规律，采用正交实验的方法研究了落锤冲击高度、模具加热温度、装粉量对铁基冶金材料的温高速压制成形的www.xiexiebang.com

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压坯密度以及生坯强度的影响，为优化铁基冶金材料的最佳温高速压制工艺提供一定的参考依据。

03：50---04：10pm

N13

Fatigue Property of Cu-12wt%Al Alloys Fabricated by Continuous Unidirectional Solidification 黄海友，聂铭君，栾燕燕，谢建新；北京科技大学

In this paper, the tensile mechanical properties and fatigue strength of single-crystalline and continuous-columnar-grained Cu-12wt%Al alloy rods prepared by vertical continuous unidirectional solidification(OCC)technology were investigated and compared with those properties of polycrystalline Cu-12wt%Al alloy prepared by conventional casting.The results of tensile mechanical test indicated that single-crystalline and columnar-grained samples had more excellent mechanical properties comparing with the polycrystalline alloy.For single-crystalline samples, the elongation was 8.7% and the tensile strength up to 717MPa, which was twice as much as that of polycrystalline samples(332MPa).For columnar-grained samples, the tensile strength was 380MPa and the elongation reached 24.2%, which was 6.5 times as much as that of polycrystalline alloy(3.7%).The fatigue strengths of single-crystalline, columnar-grained and polycrystalline alloys were measured by using descent method, which were 413MPa, 303MPa, 256MPa, respectively.Compared with the conventional casting polycrystalline samples, the single-crystalline and continuous-columnar-grained samples had higher fatigue strength.The fatigue strength of single-crystalline samples was 1.6 times as much as that of polycrystalline samples and higher than continuous-columnar-grained samples.Compared with the aging state QBe2.0 bronze(tensile strength 1250MPa, fatigue strength 200MPa), the tensile strength of single-crystalline Cu-12wt%Al alloy was 2/3 of that of QBe2.0, but the fatigue strength was twice.04：10---04：30pm

N14

奥氏体不锈钢管坯二辊斜轧穿孔裂纹的形成及控制

张凯，宋仁伯；北京科技大学材料科学与工程学院

奥氏体不锈钢圆管坯高温塑性差，易开裂，在穿孔过程中内壁经常出现裂纹（内裂）。相关文献研究了管坯的化学成分、α相、穿孔工艺对裂纹的影响，认为虽然管坯质量对穿孔内裂产生一定的影响，但产生内裂的主导原因还在穿孔工艺上。但是由于其工艺参数的调整在实际生产中较难把握规律，造成了产品成本高，生产周期长，开发新产品困难等问题。本文用有限元软件ANSYS/LS-DYNA根据某钢厂提供的锥形二辊斜轧穿孔机的实际几何参数，建立了三维有限元模型，并以0Cr18Ni10Ti奥氏体不锈钢为例，模拟了穿孔过程。

管坯在斜轧穿孔时，受曼乃斯曼效应影响，管坯心部容易过早出现孔腔，孔腔如果提前出现就容易在穿出的毛管内外表面产生裂纹、分层、内折等缺陷。由于孔腔形成是由于中心部分金属受到交变切应力和很大的拉伸应力作用的结果。中心破裂属于韧性-脆性断裂。根据第一强度理论，模拟中设置了最大拉应力单元失效准则判断孔腔是否提前出现。管坯旋转前进到顶头，受顶头作用，材料也会屈服破坏，产生断裂。根据第四强度理论，模拟中同时设置了Von mises等效应力失效准则。

在ANSYS/LS-DYNA中，同时设置上述两种单元失效判据，模拟了穿孔过程，得到了各阶段管坯的应力应变云图和金属的流动规律，显示了裂纹的形成与分布；并得到轧制时存在打滑现象，易对管坯外表面质量产生影响，实际生产时还会加剧轧辊的磨损，使生产效率降低，应当尽量控制打滑；实际生产中存在两轧辊磨损程度不同或更换频率不同导致两轧辊表面摩擦系数不同，模拟得到两轧辊表面摩擦系数的差异容易在管坯外表面引起裂纹；同时得到了管坯倾斜进入孔型时对管坯的影响。本文对实际生产中管坯的裂纹控制具有很好的参考价值。

04：30---04：50pm

N15

粉末冶金高钒冷作模具钢不同热处理状态析出相的研究

李小明，况春江；安泰科技股份有限公司

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2011中国材料研讨会 5.17-5.20 北京

国家会议中心

粉末冶金高钒冷作模具钢中的微细析出相对其性能有重要影响，本文采用电解的方法提取了粉末冶金高钒冷作模具钢中的析出相，并对不同热处理状态合金的析出相进行了定量分析，用X射线衍射、扫描电镜、激光粒度、X射线小角衍射、ICP等方法对析出相的种类、形态、粒度分布和成分进行了分析。研究发现合金的析出相为V6C5，淬火态试样中一次析出碳化物尺寸大多处于0.631μm-2.512μm之间。回火态合金中有大量细小的二次析出相，响的规律与强度变化的规律相反。造成银包铝丝材力学性能上述变化规律的主要原因是其力学性能受退火软化、界面扩散相变以及由于扩散导致的包覆层和芯材合金化三种机制共同作用，在较低退火温度和较短退火时间的条件下，退火软化起主要作用，而在较高退火温度和较长退火时间条件下扩散相变和合金化起主要作用。

09：00---09：30am *N17 其尺寸在10nm-96nm之间，二次析出相占总析出相质量分数29.7%。析出相中除C、V元素外，还存在Mo、Cr、Fe三种元素，相比一次析出相，二次析出相中Cr、Fe的含量较高。

单元N3：5月20日上午 主持人：曲选辉，刘雪峰 08：30---09：00am *N16 退火对银包铝丝材界面与力学性能的影响

刘新华，刘雪峰，谢建新；北京科技大学新材料技术研究院

银包铝复合丝材在航空航天、仪器仪表领域应用广泛。本文采用冷静液挤压和拉拔的方法制备了银包铝丝材，研究了退火对所制备的丝材界面与力学性能的影响。结果表明，在150℃30分钟以下退火时，界面无明显新相生成，而200℃以上退火时则有明显的新相生成；界面中新生成的相主要为Ag3Al电子化合物（μ相）。退火温度和退火时间对界面的影响规律不同：随退火温度增加，无论在哪一退火时间下，界面层厚度均增加比较显著；而同一退火温度下，尤其是在退火温度较低时，增加退火时间时，界面厚度增加并不明显，但退火温度提高时，界面层厚度随退火时间增加的趋势加快，退火温度是界面层厚度的敏感因素；经150℃、200℃和300℃退火30分钟后的厚度分别为5~7µm、7~9µm和10~12µm。银包覆层和铝芯在界面附近的成分受退火影响，温度低于200℃时，成分变化不明显，退火温度高于200℃时，成分明显随距离变化；低于300℃时扩散过程以银向铝中扩散为主，但当温度升高到300℃时，铝也开始明显向银一侧扩散。退火对银包铝丝材的力学性能有明显的影响，在150℃和200℃退火时，随着退火时间增加，丝材强度先增大后减小，而在300℃退火时，随着退火时间增加，丝材强度一直增大；退火对丝材延伸率影集成计算材料工程及其在铸件开发过程中的应用 张瑞杰，曲选辉；北京科技大学

集成计算材料工程被定义为将计算手段所得的材料信息，与产品性能分析和制造工艺模拟相结合。其中包含了产品开发所需的多种信息：材料微观组织模型、微观结构—性能模型、材料数据库、成本分析模型等等，目标是在产品真正投产之前，通过集成计算过程使材料选择、加工制造和产品设计优化成为一个整体系统。预期可以实现更有效的探寻新材料、尽可能发掘新材料的潜力、优化制造工艺系统的各个环节、减少产品研发时间和成本。本文将重点结合铝合金铸件的生产工艺，介绍集成计算材料工程在铸件开发过程中的应用。铸件生产过程中主要有熔炼、浇铸、凝固、固溶、时效等主要的工序，这些工序中发生的主要物理现象在尺度上跨度很大，因此需要在不同尺度范围内对铸件生产过程中的物理现象进行建模，比如：充型、凝固微观组织形成、次生相溶解、强化相析出等等。建立不同尺度微观组织模型对产品性能的影响模型，并且建立不同尺度模型之间的连接关系，定量研究不同工序对后续工序及最终产品性能的影响。并且根据对铸件生产全工艺过程的分析，反馈在材料选择、铸造、时效等环节中对产品性能影响的负面因素，实现对整个铸造工艺各个工序的优化。

最后，本文简要介绍目前集成计算材料工程在其他产品开发过程中的应用情况，并且讨论集成计算材料工程的广泛应用所面临机遇与挑战。

09：30---09：50am

N18

搅拌摩擦加工细晶AZ91镁合金的组织和力学性能研究

王赛香，张大童；华南理工大学国家金属材料近净成形工程技术研究中心

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2011中国材料研讨会 5.17-5.20 北京

国家会议中心

搅拌摩擦加工技术（FSP）是在搅拌摩擦焊（FSW）基础上发展起来的一种新型剧塑性变形技术，在细晶金属材料制备方面具有较大的应用潜力。本文研究了铸态AZ91镁合金经搅拌摩擦加工后的显微组织和力学性能。显微组织观察表明，合金经FSP加工后粗大的铸态树枝晶变成细小的等轴晶粒，在旋转速度400r/min、行走速度60mm/min加工条件下（Mg）晶粒尺寸约为3µm；位于晶界处的粗大相（Mg17Al12）转变为细小颗粒相。显微硬度及拉伸力学性能测试结果表明，经搅拌摩擦加工后材料的硬度、抗拉强度和断后伸长率均显著提高；在旋转速度600r/min、行走速度60mm/min时搅拌区的平均硬度、抗拉强度和断后伸长率分别为83HV、317.6MPa和21.6%（母材的分别为63.8HV、112.4Mpa和16.6%）。拉伸断口分析表明，铸态合金属脆性断裂，而搅拌摩擦加工合金由于晶粒明显细化，断裂表面存在较多的韧窝，属韧性断裂。

09：50---10：10am

休息

10：10---10：30am

N19 纳米水基板带钢轧制液摩擦特征与润滑性能研究 孙建林，王冰，武元元；北京科技大学材料科学与工程学院

全新概念的水基纳米润滑是当前板带钢冷轧生产应对节能减排的重要措施之一，为此论文以几种典型的纳米粒子为例，通过修饰与分散，制备了板带钢水基轧制液。借助SEM、XRD、四球摩擦试验机和四辊轧机，分析测试了纳米粒子的形貌特征、摩擦学性能、轧制润滑性能及轧后板带钢表面质量。实验结果表明：粒径在10-50nm的纳米Cu、纳米Fe3O4、纳米MoS2等金属纳米粒子表现出优异的摩擦学性能，由此制备的水基轧制液具有无毒环保、轧制润滑性能好、轧后表面质量优等特点。另外还初步分析了纳米润滑机理，为纳米润滑在材料加工中的应用提供理论指导。

10：30---10：50am

N20 不锈钢表面阴极微弧电沉积氧化铝涂层的制备及组织性能研究

薛文斌，金乾，杜建成；北京师范大学核科学与技术学院射线束技术与材料改性教育部重点实验室

以Al(NO3)3乙醇溶液为电解液，利用阴极微弧电沉积技术在304不锈钢表面制备了80 μm厚的氧化铝涂层。采用扫描电镜和X射线衍射分析了涂层的形貌、成分和相组成，测试了涂层的抗高温氧化及电化学腐蚀性能，并探讨了阴极微弧沉积氧化铝涂层的机理。涂层由γ-Al2O3和的α-Al2O3组成。涂层中含有少量的Fe、Cr、Ni元素，表明膜/基界面附近的不锈钢基体在微弧放电作用下也参与氧化铝涂层的沉积和烧结过程。具有氧化铝涂层的不锈钢在800 ℃恒温氧化速率降低将近1倍，同时它的腐蚀电位有所提高，腐蚀电流密度降低1个数量级，其耐腐蚀性能得到提高。

10：50---11：10am

N21

高分子链的冷流和去拥挤（unjamming）转变 薛奇；南京大学化学化工学院高分子科学与工程系

高分子材料的加工通常需要在远高于其玻璃化转变温度时才可进行，这一过程将消耗大量能源、导致聚合物降解污染环境并且使材料难以再回收利用。我们发现当增大高分子链间邻近度时，单独通过施加压力就可以使高分子链在远低于比量热法测得的玻璃化转变温度时发生流动。此时相比于自由体积的理论,体系的玻璃化转变温度不但没有升高, 反而降到了测试的温度。而这一现象与近年来凝聚态物理中的一个重要课题即拥挤（Jamming）理论密切相关，通过拥挤相图我们发现，在玻璃体系中，堆积密度、施加的负载与体系的温度这三个因素共同决定了体系所处的状态。这为我们研究高分子的玻璃化转变以及高分子材料加工提供了新的思路。

11：10---11：30am

N22 脉冲强磁场下的电磁成形技术

邱立，李亮，吕以亮；华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心（筹）

电磁成形技术是利用脉冲电磁力驱动工件成形的高速率加工技术，其具有改善成形性能、减少起皱、提高成形范围等优点，是轻合金等难成形材料成形技术的研究热点。但现有电磁成形技术因驱动线圈强度不够，只能提供10T左右的磁场，加工工件的厚度一般小于2mm，这严重限制了电磁成形技术的www.xiexiebang.com

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发展。

本文借鉴脉冲磁体的设计理论及优化技术，结合电磁成形驱动线圈自身的特性，成功研制出可提供40T磁场的高强度驱动线圈，并建立了一套脉冲强磁场电磁成形设备系统。选用2a12铝合金板，利用该系统已完成：

1、2mm厚80mm*160mm方形盒拉延。实验表明，电磁板材成形以流动形式变形，拉延高度为20mm，变形后的板材最薄处为1.88mm。

2、5mm厚内孔翻边。预孔直径为30mm，用于Cu-Zr-Ni系统的分子动力学模拟，预测了Cu-Zr-Ni系统的成分三角形可以划分成三类区域，即晶态区、非晶态区以及晶态-非晶态共存区。同时采用分子静力学计算出Cu-Zr-Ni系统晶态区的非晶和固溶体能量差，从能量角度预测了最优的非晶成分区域。

02：00---02：30pm

*N24

Origin of lathy ferrite in AISI 304 stainless steel 翻边高度为18mm，一次翻边系数为0.55。

3、8mm厚冲孔。冲孔直径为50mm，一次放电完成，断面光滑无毛刺。选用0.1mm厚铜箔，利用该系统已完成：

1、一次完成多孔冲裁。在直径为100mm的铜箔上完成直径从2mm到16mm的一系列冲孔。

2、完成微结构成形。在铜箔面上切割出一条0.19mm宽的线槽。实验证明，脉冲强磁场技术能有效提高电磁成形的加工能力，拓展了其实现工业应用的前景。

单元N4：5月20日下午 主持人：杨院生，李家好 01：30---02：00pm

*N23 热力学和原子相互作用势计算Cu-Zr-Ni系统的非晶形成范围

崔苑苑，李家好，柳百新；清华大学材料科学与工程系

Cu-Zr-Ni块体金属玻璃系统由于其良好的非晶形成能力和优异的机械性能，成为了理论和实验研究的典型系统。在Cu-Zr-Ni块体金属玻璃的研究中，存在一个基础性的问题，即非晶形成范围。由于金属玻璃制备过程中动力学因素的限制，结构复杂的金属间化合物难以形核和长大，与非晶相竞争的主要是结构简单的固溶体。因此，研究Cu-Zr-Ni系统非晶形成范围的问题，就可以转化为比较非晶和过饱和固溶体的相对稳定性，从而确定Cu-Zr-Ni系统的最大过饱和固溶度，进而确定Cu-Zr-Ni系统的非晶形成范围。本研究采用基于原子相互作用势的分子动力学模拟，模拟过程的关键是如何描述原子之间的相互作用，即构建合适的Cu-Zr-Ni系统的原子相互作用势。为此，本研究使用实际存在的金属间化合物的物理性能进行拟合，同时采用改进的TB-SMA势形式，从而保证在整个计算范围内能量及其导数都连续光滑。将构建的原子相互作用势应during directional solidification

付俊伟，杨院生；中国科学院金属研究所

Formation and evolution details of the skeletal ferrite in AISI 304 stainless steel were investigated by liquid quenching and directional solidification techniques.The origin of lathy ferrite in AISI 304 stainless steel was confirmed.Experimental results showed that a coupled microstructure, consisting of thin lathy ferrite and austenite, solidified directly from the melt without dendrite ferrite with the withdraw velocity of 150 m/s.During the formation of the coupled microstructure, solutes Cr and Ni are rejected into liquid.As solidification proceeds, retained liquid transforms into austenite and lathy ferrite becomes coarse gradually.When solidification is completed, solid-state transformation from ferrite to austenite takes place.The thinner ferrite in the coupled microstructure is consumed by the solid state transformation.The microstructure at room temperature is composed of thin ferrite and austenite.The ferrite is parallel arrangement in the austenite matrix.Formation of the two-phase coupled microstructure is analyzed.02：30---02：50pm

N25

基于FVM的分流模非稳态挤压过程数值模拟研究 程磊，谢水生，黄国杰；北京有色金属研究总院有色金属材料制备加工国家重点实验室

由于空心铝型材分流模挤压过程中金属流动及变形的复杂性，采用基于拉格朗日网格描述的有限元法进行数值模拟时，研究对象仅局限于形状简单、截面尺寸和挤压比小的空心型材，对于大断面复杂截面铝型材分流模挤压过程的数值模拟尚未见报

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道。针对上述问题，采用基于欧拉网格描述的有限体积法，实现对大型材分流模非稳态挤压过程的数值模拟，不仅可以完整的模拟分流模挤压焊合过程，而且具有计算时间短、模拟精度高的优点，是进行大型复杂截面铝型材挤压焊合过程研究的一种十分有效方法。

02：50---03：10pm

N26 喷射轧制工艺参数对铝带材固相分数和孔隙率影响规律的模拟研究

刘允中，李凤仙，谢金乐；华南理工大学国家金属材料近净成形工程技术中心

喷射轧制是一种金属半固态近净成形新技术，将熔体雾化、喷射沉积、双辊热轧有机结合，可在一步工序内从液态金属直接制备高性能金属板带材，对喷射轧制过程中铝合金材料的固相分数和孔隙率进行模拟研究有助于揭示致密化机理和指导工艺优化。初步建立了喷射轧制过程中熔滴雾化和沉积阶段的凝固和动力学模型，对喷射轧制中沉积阶段孔隙的形成规律进行了分析，结果表明可通过减小沉积时的孔隙率和在轧制阶段提供必要的厚度减薄率以获得致密材料。研究了喷射轧制主要工艺参数（如：熔滴飞行距离、气体初始速度、过热度和熔体质量流率）对7050铝合金带材沉积与成形过程中平均固相分数、孔隙率和厚度减薄率的影响规律，对致密化过程进行了理论分析。在此基础上对喷射轧制的主要工艺参数进行了优化，可使沉积材料有最低的孔隙率，且能稳定连续制备致密带材。

03：10---03：30pm

N27 轧辊喷淬热处理过程温度的测量与计算机控制 李莎，刘增辉，赵永龙；北京科技大学

针对喷淬过程中水雾、水膜、氧化铁皮及其他干扰对辊身表面温度测量的影响，本文采用红外测温仪配用自行设计的空气吹扫装置实现了喷淬过程辊面温度的测量，并选用峰值保持+复合滤波的数字滤波方法对所测温度进行抗干扰处理。以红外测温仪实测辊面温度为控制参数，根据实际温度与目标温度的差值情况，通过调节喷淬机的冷速，实现喷淬过程中按照轧辊的目标温度曲线进行控制，提高了轧辊的喷淬质量。

03：30---03：50pm

N28 稀土纳米材料的应用进展

张文毓，侯世忠；洛阳船舶材料研究所

本文概述了稀土纳米材料的研究现状，重点介绍了稀土纳米材料在发光材料、永磁材料、陶瓷、催化剂、贮氢材料、环保材料等领域的应用,对其发展前景进行了展望。希望对稀土纳米材料有所了解。

稀土纳米材料的研究与应用将有助于发现新性质，开拓新材料，已成为当前的研究热点。稀土元素特殊的电子构型使其具有特殊的光、电、磁性质。而被誉为新材料的宝库。纳米技术与稀土相结合形成的新型材料包括稀土纳米陶瓷、催化剂、永磁材料、发光材料、防晒材料、生物医药材料等。这些新型材料在信息、生命科学等领域必将发挥重要的作用。因此开展稀土纳米材料的研究、应用与开发将是一次新的机遇，对于我们稀土大国具有重要的意义。

稀土纳米材料研究现状包括：稀土纳米粉体、稀土化合物纳米薄膜、稀土纳米结构的陶瓷、稀土纳米复合与组装、稀土纳米磁性材料、稀土纳米催化剂、稀土纳米发光材料、稀土纳米光学材料。目前开发研究和应用的领域包括:.稀土发光材料、.纳米超导材料、.稀土纳米磁性材料、.稀土高性能陶瓷、.稀土纳米催化剂、稀土紫外线吸收剂、稀土精密抛光、稀土纳米贮氢材料、稀土纳米环保材料、稀土纳米薄膜材料、稀土纳米合金等。

近年来，随着纳米技术的问世，纳米技术与稀土相结合形成的新材料使稀土的应用增加了不少新的内涵，发挥出其更大的潜能。在新的前沿技术方面,又发现了稀土不少新的应用。稀土纳米材料在 21世纪必将发挥越来越重要的作用。更重要的是发挥稀土纳米材料的优异特性，开发其新的应用。

墙展 NP1

Mn对Mg-6Al合金挤压棒材组织与性能的影响 张志强，乐启炽，崔建忠；东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室

本文对不同Mn含量的Mg-6Al进行反向挤压，考察Mn对Mg-6Al镁合金挤压棒材组织与性能的影响。研究结果表明，在试验范围内随着Mn含量的增加Mg-6Al-xMn合金挤压棒材晶粒逐渐变小，硬

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度有增大的趋势；挤压棒材的抗拉强度、屈服强度和延伸率均随着Mn含量的增加现增加后降低。Mn含量为0.5%的挤压棒材抗拉强度和屈服强度最高，责任公司

航空发动机涡轮导向空心叶片是航空发动机重要零件，其无余量叶片精密铸造技术含量高，目前生分别为293 MPa、173 MPa； Mn含量为0.7%的挤压棒材延伸率最大，达20%。

NP2

钎焊工艺对铝合金真空钎焊焊缝组织的影响

高飞，陈召松，赵飞；贵州永红航空机械有限责任公司

铝合金真空钎焊时钎焊工艺对焊缝组织性能有重要影响，其中焊缝中大量存在的Si偏聚组织是影响焊缝强度不高的主要原因。本文采用15min-90min六种不同钎焊保温时间和595℃-620℃六种不同保温温度对铝合金散热器进行真空钎焊试验，通过光学显微镜、扫描电镜、X射线能谱仪、硬度试验等研究确定保温时间和保温温度对焊缝组织的影响关系。结果表明，随着钎焊保温时间的延长和适量的提高保温温度，焊缝间的元素扩散越来越充分，Si偏聚形状由原来的树枝状向点状转变，当钎焊工艺为615℃保温75min时，焊缝组织中只有少量点状Si偏聚组织，绝大部分为固溶体，钎料对母材有少量溶蚀，结合更为牢固，工艺较佳。

NP3

减少承压铸件的铸造缺陷，提高铸件检漏合格率 白素春；中航工业沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司

我们所生产的铝合金筒体铸件技术条件要求铸件表面不能有夹渣、针孔、缩孔、缩松等缺陷，并且需要承受 FS6 气密性检验，水压试验 1.22 Mpa，筒体铸件结构复杂，尺寸大，壁厚不均，铸造热节偏多，容易产生铸造缺陷。在实际生产过程中，筒体铸件铸造缺陷多，打压合格率 50% 左右，通过对大型铝合金铸件铸造特点的分析，根据生产实践经验，利用树脂砂造型，采用底注式浇注系统，总结出一套有效的提高大型铝合金铸件承压件检漏合格率的有效方法。

NP4

一种涡轮导向叶片无余量精铸工艺研究

韩宏；中航工业沈阳黎明航空发动机（集团）有限产工艺尚不成熟不能满足批产需求。本文总结了对该类叶片精铸的工艺研究，包括了对该类叶片生产工艺的陶瓷型芯制造工艺、浇注系统设计、制壳工艺、浇注工艺、振动光饰工艺等方面进行的试验工作。通过研究，摸索出了一套适合航空发动机涡轮导向空心叶片的无余量精铸工艺路线，获得了合理的工艺参数，成功研制出首批合格叶片并参加了试车考核，为该类叶片实现批产应用奠定了技术基础。

NP5

异型截面铝材穿孔针挤压成形规律的数字化研究 李峰，徐永超，初冠南；哈尔滨理工大学材料科学与工程学院

为了揭示异型截面铝型材穿孔针挤压成形规律，以导弹尾翼构件为例，本文采用非线性有限元对其过程进行了三维热力耦合模拟，系统地分析了工艺条件对温升变化、附加拉应力及成形载荷的影响规律，研究结果表明：在低速挤压范围内，坯料上最高温度峰值均呈减小趋势变化，且随着挤速的增加，最高温度峰值的降幅随之减小，而模口处轴向附加拉应力的数值则相应地增大；成形过程中模口处的轴心部位为高温区，随着轴心距的增加，温度值呈梯度减小的趋势变化；且随着压下量的增加，温度减小的梯度趋势逐渐变缓，藉此为异型截面材穿孔针挤压成形的工艺设计及变形流动控制提供理论依据。

NP6

Mechanism of Stainless Steel Machinability Improvement by Adding Copper

张孟仪，Zhimin Zhong；国核电站运行服务技术有限公司

本文主要研究在4Cr13钢中添加铜和硫以改善其切削性能。在4Cr13钢中添加铜所起到的效果和添加硫相似。应用扫描电镜（SEM）和高分辨透射电镜（HRTEM）对4Cr13Cu中易切削相的分布和尺寸进行观察研究，研究结果发现易切削相的组成为铜-石墨复合相，该相弥散分布在钢的基体中，大小约

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为10nm。经切削试验发现，铜-石墨复合相起到润滑颗粒的作用，润滑了切削刀具，减少了刀具磨损量，从而提高了不锈钢的切削性能。

NP7

钌金属溅射靶材烧结工艺研究

罗俊锋，丁照崇，王欣平；北京有色金属研究总院 下，烧结体密度随烧结温度的增高而递增。在1350℃保温2小时真空烧结条件下，凝胶注模成形出的不锈钢力学性能优良，晶粒尺寸适中，烧结体的相对密度达98.7％，抗拉强度可达1058.9MPa，并可成形出形状复杂的较大尺寸的不锈钢坯体。

NP10

采用热压、放电等离子烧结及直接热压等烧结工艺制备了钌金属靶材，通过微观结构与氧含量分析对比了三种工艺方法对钌金属靶材制备的影响。结果表明，随着制备温度的升高钌靶晶粒尺寸增大，氧含量降低；通过工艺优化，三种方法均能得到密度达到99%以上的钌靶；放电等离子烧结与直接热压工艺都具有快速成型的特点；放电等离子烧结制备的钌靶组织均匀性最好。

NP8

低碳钢变形奥氏体相变后铁素体晶粒尺寸的数值计算

贠冰，孙建林，高雅；北京科技大学材料科学与工程学院

摘要：根据热力学理论和形核生长理论，对低碳钢在奥氏体非再结晶区变形后，连续冷却过程中的组织演变进行了数值分析。铁素体相变动力学模型是根据“形核长大”和“位置饱和”机制，采用Cahn的相变动力学理论和Scheil叠加原理建立的；同时计算了铁素体的晶粒尺寸。模型的预测结果与实验数据基本相符。

NP9

17-4PH不锈钢粉凝胶注模成形工艺的研究

刘小婷，邵慧萍，郭志猛；北京科技大学新材料技术研究院

本文对17-4PH不锈钢粉末进行了凝胶注模成形的研究，比较研究了水基和非水基凝胶体系的工艺参数对其性能的影响。结果表明：非水基凝胶体系的浆料具有较好的流变学性能，且烧结制品具有更高的致密度和力学性能。在非水基凝胶体系中，单体的浓度直接影响其成形坯体强度，在最佳工艺条件下，其生坯的抗弯强度可达38MPa；烧结体密度随着单体浓度的增大呈先增后减的趋势；在一定温度

板料V形弯曲中凸模深度对弯曲影响规律的研究 董文正，林启权，李彦涛；湘潭大学机械工程学院

板料V形件弯曲变形过程一般分为正向自由弯曲，正、反向弯曲和校正弯曲三个阶段，由于在弯曲成形过程中工件的内外层从拉应力过渡到压应力有弹性变形存在，工件在卸载后内、外层纤维因弹性恢复而分别伸长和缩短，结果使得工件弯曲的曲率和角度发生显著变化，产生弹性回跳或弹性回复现象，从而降低了影响工件的成形精度。本文首次提出了弯曲凸模深度（即弯曲凸模斜壁直边的长度）这个概念，推倒弯曲凸模深度与模具结构参数之间的计算公式及基于凸模深度的回弹公式。并利用有限元软件Deform对弯曲成形过程进行了数值模拟，分析了凸模深度对成形过程的影响规律，发现弯曲结束阶段板料出现明显的“分流面”，并通过理论分析计算出分流面的精确位置，对实际生产过程具有重要的指导意义。

NP11

激光直接沉积TB6钛合金的成形性研究

于承雪，李怀学，景财年；北京航空制造工程研究所

通过激光熔化同轴输送的TB6钛合金粉末，分析了激光直接沉积TB6钛合金的成形缺陷、显微组织和力学性能。结果表明：气孔和未熔合是激光直接沉积TB6钛合金典型的两种缺陷，气孔形貌呈圆球形，随机分布于成形件内部；未熔合缺陷呈现不规则形状，主要分布在沉积层的层间和道间。激光直接沉积TB6钛合金的显微组织主要以等轴晶为主，其沉积态的拉伸断口为沿晶/穿晶混合断裂方式。激光直接沉积TB6钛合金沉积态的拉伸强度与其锻件相当，其沿沉积、扫描、搭接等三个方向的拉伸强度相差不大，约为各向同性。热等静压导致激光直接沉积TB6

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钛合金的拉伸强度降低约200MPa，而塑性提高2倍。该结果对调控激光直接沉积钛合金的组织与性能具有重要意义。

NP12

放电等离子烧结制备高性能WC/(Fe-Cu-Ni-Mo-C)合金材料

赖燕根，李小强，陈健；华南理工大学国家金属材料近净成形工程技术研究中心

采用高能球磨方法制备了WC/(Fe-Cu-Ni-Mo-C)合金粉末，通过放电等离子烧结技术将其快速固结成形，研究了该合金粉末的烧结行为，并对不同WC含量的烧结样品进行了密度、硬度及横向断裂强度的测试，同时分析了试样的显微组织和断口形貌。结果表明：试样的密度接近全致密，硬度及横向断裂强度随WC含量的增加呈先增后减的变化趋势，当WC质量百分比含量为10%，烧结温度为850 ℃及烧结压力为50 MPa时，所得试样的密度达到8.09 g/cm3，硬度值为HRC 57及横向断裂强度为2780 MPa；该烧结材料的显微组织以珠光体为主，另外还包含块状铁素体、奥氏体及弥散分布的WC硬质颗粒相，断口形貌呈现出典型的韧窝特征。NP13

喷射轧制过程中沉积物形貌的数值模拟

李凤仙，刘允中，罗霞；华南理工大学国家金属材料近净成形工程技术中心

对喷射轧制过程中轧辊表面的沉积层厚度和形貌进行深入研究，可使喷射轧制具有最大的沉积效率，且能稳定连续生产致密带材。在喷射轧制中雾化后的熔滴沉积到轧辊表面形成沉积层，沉积层增长到一定厚度达到稳态后，其形貌将保持不变。采用坐标追踪方法，建立了雾化后熔滴沉积到轧辊表面的质量流率分布、厚度和形貌模型，可较好地预测不同工艺参数下沉积层的几何尺寸和形貌，并对咬入角进行了定性的分析。研究了工艺参数（如轧辊半径、轧辊转速、参考位置处最大质量流率、轧辊间距、喷射距离等）对沉积物几何特征的影响，结果表明：最大质量流率、轧辊半径、轧辊转速对沉积物厚度和形貌有显著影响，在此基础上采用正交实验法对主要工艺参数进行了优化。

NP14

1350铝合金与纯铜异种材料的搅拌摩擦焊接头组织与性能的分析

李夏威，张大童；华南理工大学

采用搅拌摩擦焊对3mm厚的1350铝合金和纯铜板材进行了对接，并对接头的组织和性能进行了分析.试验结果表明在搅拌头旋转速度为1200rpm，焊接速度为80mm/min且铝合金位于后退侧，纯铜位于前进侧时能得到内部组织致密、无缺陷的接头.在铝合金和纯铜侧均发现了热影响区、机械热影响区和搅拌区，热影响区的晶粒略有长大，机械热影响区的晶粒发生了较大的弯曲和变形，搅拌区的组织为明显的动态再结晶的组织.接头处没有金属间化合物生成，结合界面处铝、铜元素仅发生少量的扩散.搅拌区的垂直于焊接方向的横截面上的显微硬度基本介于铝合金和纯铜之间.接头抗拉强度为73Mpa，断后伸长率为1.7%，拉伸试样断裂区位于搅拌区铝-铜结合面，断口扫描照片显示铝合金侧有少量的韧窝及撕裂棱存在，其余断裂表面形貌较为平坦，为脆性断裂.NP15

ZrO2/Al90Mn9Ce1 核壳结构复合材料的SPS制备及其性能研究

张迪，王明罡，赵占奎；长春工业大学先进结构材料教育部重点实验室

用放电等离子(Spark Plasma Sintering)法烧结表面包覆 10wt%ZrO2 纳米粉末的微米 Al90Mn9Ce1 合金复合粉末, 得到高致密的陶瓷结构, 内充金属合金的块体复合材料, 烧结温度仅为 520℃.该材料由蜂窝状封闭 ZrO2 陶瓷壳壁和 Al90Mn9Ce1 合金核体组成, 核壳单元尺寸约为 10~40 µm, 壳壁厚 2~3 µm.烧结后材料的抗压强度达到 525 MPa, 显微硬度达到 316 Hv.这种ZrO2/Al90Mn9Ce1 复合材料的成功制备, 为新型陶瓷/金属复合材料的设计提供了新思路.NP16

AZ91D镁合金等离子喷涂NiCoCrAlY/AZ50的工艺研究

芦笙，翁志平，陈静；江苏科技大学

本文利用大气等离子喷涂技术（APS）在AZ91D镁合金表面成功地制备了NiCoCrAlY/(Al2O3+50wt%ZrO2，简称AZ50）复合www.xiexiebang.com

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陶瓷涂层。采用正交试验设计，以结合强度为指标，优化了AZ50复合陶瓷涂层的工艺参数并通过OM、SEM、XRD等分析方法对涂层的微观组织结构进行了研究。研究表明：喷涂功率、送粉量、喷涂距离、主气流量和喷涂次数对喷涂的性能有重大的影响；AZ50复合涂层由α-Al2O3，γ-Al2O3，t’-ZrO2，1.5倍。

NP19

高球形度超低氧含量铝青铜粉末研制 于军，章徳铭，杨永琪，任先京； 北京矿冶研究总院 t-ZrO2和c-ZrO2组成，呈典型的层片状结构并含有少量的气孔和微裂纹，涂层和基体的结合处是涂层最薄弱的环节。

NP17 AZ91D镁合金等离子喷涂NiCoCrAlY/陶瓷涂层的工艺和性能

芦笙，陈燕，陈静；江苏科技大学材料科学与工程学院

本文利用正交试验对AZ91D镁合金等离子喷涂NiCoCrAlY/Al2O3-13%TiO2陶瓷涂层的工艺参数进行优化，研究喷涂次数对涂层结合性能的影响规律，确定优化的工艺参数及最佳喷涂次数。借助OM、SEM、EDX等手段，对涂层显微组织进行观察分析，并对涂层的硬度进行了测量。结果表明，工艺参数对涂层结合强度有重要影响，其主次关系的顺序为：电源功率>送粉量>喷涂距离>主气流量。随着喷涂次数的增加，即涂层厚度的增加，结合强度减小。断裂均发生在过渡涂层处，且各元素含量在界面处均发生突变，没有明显的扩散现象。镁合金表面喷涂陶瓷层后硬度明显提高。

NP18 P对铁素体区热轧Ti-IF钢组织和性能的影响研究 景财年，刘敬广，王作成；山东建筑大学

对两种不同磷含量的普通Ti-IF钢和高强Ti+P-IF钢，在800℃铁素体区经4道次热轧、模拟罩式退火后，测量了退火钢板的力学性能、显微组织和二相粒子。结果显示普通IF钢的延伸率和r值大于高强IF钢，在高强Ti+P-IF钢中有FeTiP二相粒子的析出，两种钢板的显微组织都是再结晶铁素体，但钢板中心部组织比边部组织要粗大，两种钢板在铁素体区轧制都获得了很好的深冲性能，r值都大于1，Ti-IF钢深冲性能更好，其原因是添加P后形成FeTiP粒子不利于深冲织构的形成，Ti-IF钢{111}<112>和{554}<225>织构是Ti+P-IF钢的新型发动机要求铝青铜软支撑耐磨涂层具有较低的氧化物杂质含量以及较高的结合强度，因此，对高性能铝青铜粉末的研究迫在眉睫。本文采用自主开发的真空雾化设备，通过加入添加剂的方式引入合金元素、铝脱氧熔炼、大角度和低压力的惰气雾化工艺实现了细粒径、球形铝青铜合金粉末的高产率制备。所研制的粉末具有球形度高、低氧含量和低成本等特点。采用XRD、SEM等测试手段对该粉末及其组成的铜铝/镍石墨涂层进行了国内外材料及其涂层的理化性能的对比分析，结果表明国产铝青铜合金粉末具有与Metco 51NS相同的物理性能、化学性能及工艺性能，涂层达到了相应技术指标要求，满足了新型航空发动机用铜铝/镍石墨封严涂层材料研制对原材料的需求。

NP20

双扫描喷射成形工模具钢工艺及性能研究

张勇，张国庆，李周，袁华，许文勇，刘娜，高正江，王孝平；

北京航空材料研究院先进高温结构材料国防科技重点实验室

本文主要研究了双扫描喷射成形的工艺及制备的工模具钢SFT15的力学性能和微观组织。结果表明，双扫描喷射成形工模具钢SFT15沉积坯平均体密度为8.2g/cm3，达到理论密度的99％。采用喷射成形制备的SFT15高速钢晶粒细小，无宏观偏析，组织致密。经过热变形加工可大幅提高喷射成形工模具钢的力学性能。采用SEM、TEM研究了SFT15的微观组织，绝大部分为小于20μm的等轴晶，晶界和晶内分布一些M6C型碳化物，热处理后SFT15工模具钢组织主要为回火马氏体和碳化物。

NP21

Tungsten doped ZrB2 powder synthesized synergistically by co-precipitation and solid-state reaction methods

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Yanshan Jiang, Ruixing Li, Yun Zhang, Bin Zhao, Junping Li, Zhihai Feng；

Key Laboratory of Aerospace Materials and Performance(Ministry of Education), School of Materials Science and Engineering, Beihang University

Firstly, an amorphous precursor of hydrous nano-ZrO2-WO3 powder was precipitated by a co-precipitation method in alcohol-water mixed solvent using ammonia as a precipitator.Then, tungsten doped ZrB2 powder was successfully synthesized via a solid-state reaction by borothermal and carbothermal reduction using as-synthesized amorphous nano-ZrO2-WO3.The mass and heat flow of the samples were monitored by thermal analysis.The crystallographic structure was identified by X-ray diffractometry.The specific surface area of the powder was determined using a NOVA-2200e analyzer.The size and morphology of the particles were characterized by SEM and TEM microscopies.The combined effects of uniformly distributed tungsten and the complex physicochemical changes effectively improved the solid state reaction.NP22 水热合成氧化钇弥散铁基复合材料的制备 刘青，郭志猛，罗骥； 北京科技大学

结合共沉淀法与水热合成法，以氯化铝、氯化钇和氨水所得的氢氧化物沉淀为前驱物，在水热温度100-200°、保温3-7h的条件下可以制备出弥散相在纳米级的弥散强化铁基材料。研究了反应条件，如加入分散剂的种类及含量、水热温度、水热时间等对水热合成的影响，从而得到了最佳的工艺参数。用SEM分析了弥散相的大小及分布确定了最佳的分散剂的种类及含量，通过力学性能的比较，进一步确定了最佳的水热温度及时间。

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