第一篇：材料加工新技術(shù)論文

題目：噴射沉積技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用

院（部）系 所 學(xué) 專 業(yè) 年級、班級 完成人姓名 學(xué)號

材料科學(xué)與工程

材料工程 2014級 衛(wèi)明 2014730056

噴射沉積技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用

摘要：噴射沉積技術(shù)是一種新的金屬成形工藝,作為高性能結(jié)構(gòu)件的一種先進(jìn)制坯技術(shù),應(yīng)用愈來愈廣泛。本文對該工藝進(jìn)行了綜述，并介紹了噴射沉積技術(shù)的特點(diǎn)及其在諸多領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：噴射沉積；應(yīng)用；現(xiàn)狀

Development and Its Application of Spray Deposition Technology

Abstract : The spray deposition technology is a new metal forming technology.As an advanced technology, it was applied more widely in manufacturing high-performance structural blanks.The process was reviewed and the characteristic of spray deposition technology and prospects of spray forming and application status.Key words : spray forming ；application ；status

1.前言

金屬的噴射沉積技術(shù)是一種新的金屬成形工藝。由于人們對液態(tài)金屬經(jīng)霧化到動態(tài)固結(jié)這一過程的不同理解, 它往往又被冠之以噴射成形(SF)、噴射沉積(SD)、噴射鑄造(SC)、液體動態(tài)固結(jié)(LDC)及控制噴射沉積(CSD)等名稱。噴射成形的概念最早是由英國Swansea 大學(xué)冶金及材料工程系Singer 教授于1968 年首先提出,并于1972 年獲得專利[1]，而作為一種工程技術(shù)則是從1974 年英國OsprayMetals 公司取得專利權(quán)開始。噴射成形技術(shù)包括金屬熔化、霧化和沉積等三個工藝過程。即將金屬熔化成液態(tài)金屬后,霧化成熔滴顆粒, 隨即直接沉積在具有一定形狀的收集器上,從而獲得致密的大塊金屬實(shí)體。這一過程全部是在密閉艙體內(nèi)完成, 完全取消了粉末處理、燒結(jié)等工序,避免了金屬的污染。由于液態(tài)金屬是在惰性氣流作用下霧化和沉積, 所獲得的金屬實(shí)體具有偏析小、晶粒細(xì)小等特性[2]。利用這一技術(shù)可以得到一般快速凝固方法無法得到的大尺寸的金屬實(shí)體?？傊?霧化噴射沉積技術(shù)既克服了傳統(tǒng)鑄造過程中存在的晶粒粗大、偏析嚴(yán)重的缺點(diǎn),又屏棄了粉末冶金工藝中工序繁多、氧化嚴(yán)重等不足,同時又兼有粉末冶金技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),是一種極具競爭力的快速凝固工藝。因此引起了各國科技、企業(yè)界的廣泛重視,得到了迅速的發(fā)展。

噴射沉積技術(shù)是在Ospray 技術(shù)的基礎(chǔ)上增加真空熔化處理技術(shù)而形成的。預(yù)處理的合金在坩堝中通過真空感應(yīng)冶煉后, 通過漏斗狀計量口流入Ospray 工藝裝置,熔化的合金流經(jīng)過2 次高純度的氬氣霧化成很細(xì)的霧滴[3]。再將霧化后的金屬熔滴直接噴射到金屬基底，在基底上沉積形成半凝固沉積層, 依靠金屬基底的熱傳導(dǎo)使沉積層不斷地凝固形成較致密的預(yù)制坯料。通過更換不同形狀的冷卻機(jī)體而噴霧成形各種形狀的預(yù)制坯(如圓盤、塊坯、環(huán)形坯或管坯等),隨后進(jìn)行鍛造。合金沉積的形狀和厚度通過芯棒的退回來控制。其生產(chǎn)環(huán)類或殼類零件長達(dá)1.5 m, 直徑達(dá)51.4m。在合金熔化過程中,允許添加其他合金,不像常規(guī)制坯那樣要進(jìn)行嚴(yán)格地隔離[4]。一般情況下,氧含量<10 ppm,氮含量<60ppm。噴射沉積技術(shù)制坯有如下特點(diǎn): ①該技術(shù)與傳統(tǒng)的粉末冶金技術(shù)相比,簡化了霧化和固化生產(chǎn)工藝,縮短了生產(chǎn)時間,生產(chǎn)成本降低20%～40%,同時也避免了雜質(zhì)的介入。②噴霧沉積工藝過程是在真空、氬氣和氮?dú)猸h(huán)境中進(jìn)行, 該方法解決了合金RSPM 工藝中粉末表面氧化的問題,減輕了原始顆粒界面(PPB)對合金性能的不利影響,顯微組織均勻(沒有宏觀析出物)、致密、晶粒細(xì),晶粒尺寸達(dá)A STM5～8，其制坯的孔積率為0.2%～2.0%。③用該項(xiàng)技術(shù)所制坯料的熱加工性得以改善。因?yàn)樵诤辖痨F化過程中, 使合金化學(xué)成分的均勻性得到改善，晶粒得到細(xì)化。其效果與真空感應(yīng)熔化-真空電弧再熔化真空感應(yīng)熔化-真空電火花再熔化方法相比更加突出。這對于超強(qiáng)度材料在高溫合金和硅鋁合金中應(yīng)用無疑起到促進(jìn)作用。④用噴射沉積工藝制坯可以改善材料切削加工性噴射沉積技術(shù)作為高性能結(jié)構(gòu)件的一種先進(jìn)冶金制坯技術(shù)逐漸受到廣泛的重視。利用噴射沉積技術(shù)可以使合金零件的制造既快捷又經(jīng)濟(jì)。如高質(zhì)量鎳基超強(qiáng)合金用于渦噴發(fā)動機(jī)生產(chǎn)，通過一步轉(zhuǎn)換就能制成預(yù)成型的環(huán)類或殼類毛坯，大大縮短了制坯的生產(chǎn)周期,簡化工藝過程。

2.噴射沉積技術(shù)的應(yīng)用

2.1 噴射沉積技術(shù)在合金制造中的應(yīng)用 噴射沉積技術(shù)目前已被廣泛用來研究和開發(fā)多種快速凝固材料，取得了很好的效果，所研制的不銹鋼，工具鋼，高強(qiáng)度低合金鋼，高合金鑄鐵，耐磨、精密合金，高溫合金以及鋁、鎂等輕合金的組織和性能都得到了改善。下面以部分高溫合金及硅鋁合金為例作簡要介紹。

2.1.1噴射沉積技術(shù)在高溫合金制造中的應(yīng)用

高溫合金是發(fā)動機(jī)制造必需的材料，其制坯工藝受到工業(yè)界的普遍重視。采用噴射沉積制坯，不但能改善高溫合金的顯微結(jié)構(gòu)和性能，還可以直接生產(chǎn)成最終形狀或接近最終形狀的產(chǎn)品，提高材料的利用率,降低產(chǎn)品的成本。噴射沉積制坯高溫合金的顯微結(jié)構(gòu)比熔鑄材料均勻，特別是為改善強(qiáng)度和高溫性能增加了溶質(zhì)含量的合金，其性能如拉伸、蠕變抗力、應(yīng)力斷裂和低周疲勞性能改善尤為明顯。另一方面還解決了導(dǎo)致高溫合金性能惡化的兩種主要缺陷:氣孔和夾雜。2.1.2 噴射沉積技術(shù)在硅鋁合金制造中的應(yīng)用

噴射沉積硅鋁合金經(jīng)鍍金處理后用作電子電路中微波放大器的模塊。無線電頻率(RF)和微波的封裝材料要求極其嚴(yán)格，如低的熱膨脹系數(shù)(CTE)(與鎵砷化合物和氧化鋁相當(dāng)或稍高)，較高的熱傳導(dǎo)性(>100W·m-1K-1),低密度(<3 g·cm-3)，具有一定的剛度(>100GPa)。另外，還應(yīng)便于加工、電鍍和激光焊接以及不受環(huán)境溫度變化等因素的影響。從這些要求看，Si-Al 合金是比較理想的材料。其優(yōu)點(diǎn)隨Si 含量的提高表現(xiàn)得尤為突出。但Si含量過高，尤其是超過共晶點(diǎn)時會形成粗大針狀或片狀多角形Si 相，嚴(yán)重降低合金的力學(xué)性能。采用噴射沉積技術(shù)，可顯著改善合金的纖維組織，減少偏析，提高合金固溶度等，使合金性能得以大幅度提高。利用該技術(shù)得到一種新的合金，叫做可控膨脹(CE)合金。CE 合金的CTE 可隨著Si 含量變化在Al 和Si 的CTE 之間變化。CE 合金在封裝應(yīng)用上也表現(xiàn)出明顯的優(yōu)點(diǎn)，其重量比純鋁輕15%以上，強(qiáng)度超過高強(qiáng)鋁合金。CTE 隨溫度變化不明顯，當(dāng)溫度變化從-50～300℃時，CTE 變化不超過10%，彈性模量大于110GPa，密度，剛度大,如Si-30Al 是53 G Pa·cm 3/ g, 與Kovar(54Fe-29Ni-17Co)的17 G Pa·cm3/g 和Cu275W 的15 G Pa·cm3/g 相比要高得多。由于Si-Al 合金中含有極硬的硅粒子,加以鋁基體比較軟，常規(guī)坯料在加工時很難保證加工精度和低的表面粗糙度及好的表面形狀，且刀具易磨損，加工高溫鋁合金就更不易了。但采用Ospray工藝制坯的高硅(wSi≯70%)Si-A l 合金，利用鈦氮化物涂層硬質(zhì)合金刀具可以順利地進(jìn)行機(jī)械加工，表面粗糙度Ra≤1.6滋m,甚至還可以加工出棱邊。在鉆孔時,若鉆頭上涂一層很薄(<10滋m)的復(fù)晶金剛石(PCD)涂層，還可避免孔口的塌陷。對非環(huán)形槽等可以采用電火花、激光等方便地加工出來。

2.2 噴射沉積技術(shù)在貴金屬領(lǐng)域的應(yīng)用前景

目前，噴射沉積技術(shù)在鋁合金、高溫合金、金屬間化合物中的應(yīng)用已基本成熟。從貴金屬材料的應(yīng)用領(lǐng)域和材料的形狀類型(塊、片、絲、膜等)考慮, 噴射沉積技術(shù)可以應(yīng)用到貴金屬材料及其復(fù)合材料的制備和生產(chǎn)中。(1)電接觸材料的生產(chǎn)(如:AgSnO2、Pt-Ir、Pd-Ag、Au-Cr)。

可以預(yù)期，利用噴射沉積技術(shù)能消除電接觸材料成分的宏觀偏析、抑制微觀偏析的生成、細(xì)化晶粒，從而可改善和提高貴金屬電接觸材料的綜合性能。如加工性、氧含量、抗電蝕性等。并減少加工工序、降低成本。

(2)某些貴金屬焊料(如:Ag-Cu28、Au-Sn20共晶合金)的生產(chǎn)可實(shí)現(xiàn)成分亞穩(wěn)固溶擴(kuò)展，及形成均勻細(xì)化的微觀組織。由此來改善和提高材料的加工性能。(3)為貴金屬與金屬基復(fù)合材料的制備提供了一種可能的制備途徑(如；Pt-Pd-Rh-RE 與金屬基復(fù)合催化材料)。目前，純貴金屬催化網(wǎng)的使用效率在70%左右，如能在有色金屬基體上沉積適量的貴金屬催化材料，通過擠壓、拉制制備出貴金屬與金屬基復(fù)合催化網(wǎng)，可大量節(jié)約貴金屬。

(4)利用低密度噴射可完成離散表面涂層的生產(chǎn)(如錸管涂銥航空航天火箭噴管復(fù)合材料)。噴射沉積技術(shù)為貴金屬復(fù)層材料的生產(chǎn)提供了較為理想的技術(shù)方法，并可提高噴管的高溫抗氧化性，從而減少冷卻用燃料的攜帶量?？傊?，噴射沉積作為一項(xiàng)新興的快速凝固材料制備技術(shù)，雖然還存在很多值得研究的問題，但隨著人們對噴射沉積技術(shù)各領(lǐng)域逐步深入的研究，必將對國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和國防工業(yè)的發(fā)展起到重大的推動作用。2.3 噴射沉積技術(shù)在Al-Si 電子封裝材料中的應(yīng)用

A l-Si 合金是一種綜合性能可以滿足電子封裝要求的合金體系，其熱膨脹系數(shù)(C TE)和熱導(dǎo)率隨硅含量的變化在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào).因此，通過設(shè)計材料的成分, 可制備出新型輕質(zhì)并具有熱傳導(dǎo)率高、熱膨脹系數(shù)低、與半導(dǎo)體硅和砷化鎵匹配及硅含量高(50 %～ 70 %)的Al-Si 合金材料，使之滿足現(xiàn)代封裝技術(shù)的要求。

硅含量較低的Al-Si 合金一般可通過熔化鑄造成形，但硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于50 %時,Al-Si 合金鑄態(tài)的顯微組織主要由粗大的、孤立的、多面化和高縱橫比的一次硅晶體組成，這對材料的力學(xué)性能和可加工性將產(chǎn)生不利的影響。針狀一次硅相的尺寸為毫米級，這導(dǎo)致材料的顯微組織極度各向異性，使此合金極不適合用于電子封裝。例如，用于電子封裝的板材厚度為1 ～ 5 mm，如果采用鑄造材料，那么單個顆粒硅晶體將有可能穿透整個板厚，并且硅顆粒易沿?fù)駜?yōu)晶體學(xué)平面發(fā)生單方向開裂，這使材料的加工極難達(dá)到表面涂裝所要求的高精度。采用噴射沉積技術(shù)制備的A l-Si 合金，可在不改變材料成分的前提下大幅度提高材料的性能。在噴射成形過程中，經(jīng)過霧化的Al-Si 合金熔滴在飛行過程中即開始形成硅晶體。在沉積坯表面的凝固相被破碎而產(chǎn)生大量的硅相形核，這些核心長大并相互碰撞限制了硅相的長大，使其無法形成鑄造組織中那樣孤立的、高度取向性的硅顆粒，而且所形成的硅晶體隨機(jī)取向，解決了顯微組織與性能各向異性的問題。這樣使沉積坯在結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)了連貫性，具有各向同性的合金組織和性能，有利于材料表面的精細(xì)加工。目前，關(guān)于硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于50 %的Al-Si 合金電子封裝材料的研究十分活躍。歐共體實(shí)施BRI TE/EU RAM 計劃來開發(fā)以Al-Si 合金為基礎(chǔ)的新型電子封裝材料。由歐共體支持的英國Ospray公司于2000 年用噴射沉積技術(shù)生產(chǎn)出硅含量最高達(dá)到70 %的A l-Si 合金，制備出了A l-27Si ,A l-42Si，Si-50Al，Si-40Al，Si-30Al 系列合金。該公司還可根據(jù)用戶的需求設(shè)計材料的成分，大幅度拓展了Al-Si合金的應(yīng)用，滿足了電子封裝業(yè)的需求。

目前，國內(nèi)主要有北京有色金屬研究院、北京科技大學(xué)、中南大學(xué)和中國科學(xué)院等單位進(jìn)行了相關(guān)研究，并且取得了一定的成果。田沖等人[5] 采用噴射沉積技術(shù)制備了Al-70Si 合金，其組織均勻，Si 相粒子細(xì)小，沒有粗化和偏析的現(xiàn)象。該合金的CTE 為(7 ～ 8)×10-6K-1，熱導(dǎo)率大于100 W/(m ·K)，密度為2.46 g/cm3，機(jī)械加工性能良好，可以用普通刀具進(jìn)行車、銑、刨、鉆孔加工.魏衍廣等人[6 研究了沉積態(tài)合金的顯微組織及其隨溫度變化的規(guī)律, Al-70Si 合金的熱加工變形溫度為560 ～ 590 ℃.王曉峰等人[7] 采用噴射沉積與熱等靜壓結(jié)合的方法制備了性能良好的Al-70Si 合金.王磊等人[8] 用該法制備的Al-70Si 合金, 其C TE 為(7 ～ 9)×10-6 K-1 , 熱導(dǎo)率為120 W/(m ·K), 抗彎強(qiáng)度為180 MPa。

3.結(jié)論

綜合已有的研究成果，可見噴射沉積技術(shù)有其獨(dú)特的優(yōu)越性：①高的致密度。多種合金的直接沉積一般可達(dá)理論密度的95%以上，在工藝成熟條件下可達(dá)到99%以上。隨后對坯件加工則很容易達(dá)到完全致密。②較低的含氧量。噴射沉積過程是在惰性氣氛中瞬間完成的, 因此金屬中的氧含量得到了很好的控制, 而且由于液態(tài)金屬一次成形,工序簡單,避免了粉末冶金工藝中因篩分、貯存、運(yùn)輸?shù)裙ば驇淼难趸?減輕材料的受污染程度。③屬于快速凝固的范疇。根據(jù)合金類型、霧化沉積條件的不同和沉積坯尺寸大小, 合金的冷卻速度可在103～106K·s-1 之間變化。因此噴射沉積合金具有一般快速凝固的組織特征, 主要是晶粒組織細(xì)化、宏觀偏析消除,合金成分趨于均勻。④流程短工序簡化。由于可減少中間工序的投資和能耗,經(jīng)濟(jì)性好,因此比粉末冶金具有更強(qiáng)的競爭力。⑤合金性能得到改善。由于快速凝固的組織優(yōu)勢，各種噴射沉積材料的組織性能，如耐蝕、耐磨、磁性、強(qiáng)度、韌性等性能指標(biāo)均較常規(guī)鑄鍛工藝生產(chǎn)的材料有大幅度提高，或可與粉末冶金材料相當(dāng)。

噴射沉積技術(shù)把液態(tài)金屬的霧化和霧化熔滴的沉積自然地結(jié)合起來, 以較少的工序?qū)⒑辖鹬苯訌囊簯B(tài)制備成致密、組織細(xì)化、成分均勻、結(jié)構(gòu)完整并接近零件實(shí)際形狀的材料和坯件.用噴射沉積技術(shù)生產(chǎn)的A l-Si 系列電子封裝材料可與大多數(shù)半導(dǎo)體材料匹配，在國外這種材料已進(jìn)入實(shí)用化和商品化階段，但是國內(nèi)在高硅鋁合金電子封裝材料的研制及這類材料的產(chǎn)品化方面還有些差距，進(jìn)行這方面研究和開發(fā)是十分必要的。

參考文獻(xiàn)：

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第二篇：材料加工新技術(shù)

1.材料技術(shù)的概念和分類：將材料科學(xué)和其他相關(guān)學(xué)科(如計算機(jī)、機(jī)械、自動控制)的知識應(yīng)用于材料(制備)生產(chǎn)和使用的實(shí)際，以獲得所需的材料產(chǎn)品、提高材料的使用效能的技藝。分類：(1)制備技術(shù);(2)成形與加工技術(shù);(3)改質(zhì)改性技術(shù);(4)防護(hù)技術(shù)；(5)評價表征技術(shù)；(6)模擬仿真技術(shù)；(7)檢測與監(jiān)控技術(shù)。

按照傳統(tǒng)的三級學(xué)科進(jìn)行分類，材料加工技術(shù)(方法)包括機(jī)加工、凝固加工、粉末冶金、塑件加工、焊接、熱處理等。按照被加工材料在加工時所處的相態(tài)不同進(jìn)行分類：氣態(tài)加工、液態(tài)加工、半固態(tài)加工、固態(tài)加工。材料加工技術(shù)的總體發(fā)展趨勢：過程綜臺、技術(shù)綜合、學(xué)科綜臺。主要特征：(1)性能設(shè)計與工藝設(shè)計的一體化；(2)在材料設(shè)計、制備、成形與加工處理的全過程中對材料的組織性能和形狀尺寸進(jìn)行精確控制 材料加工技術(shù)的主要發(fā)展方向：（1）常規(guī)材料加工工藝的短流程化和高效化；（2）發(fā)展先進(jìn)的成形加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)組織與性能的精確控制；（3）材料設(shè)計、制備與成形加工一體化；（4）開發(fā)新型制備與成形加工技術(shù)，發(fā)展新材料和新制品；（5）發(fā)展計算機(jī)數(shù)值模擬和過程仿真技術(shù)，構(gòu)建完善的材料數(shù)據(jù)庫；（6）材料的智能制備與成形加工技術(shù)。快速凝固定義為：由液相列固相的相變過程進(jìn)行得非?？?，從而獲得普通鑄件和鑄錠無法獲得的成分、相結(jié)構(gòu)和顯微結(jié)構(gòu)的過程。實(shí)現(xiàn)快速凝固的兩個基本方法是：（1）快速冷卻：通過提高鑄型的導(dǎo)熱能力，增大熱流的導(dǎo)出速度可使凝固界面快速推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)快速凝固（2）深過冷：快冷法只能在薄膜、細(xì)線及小尺寸顆粒中實(shí)現(xiàn)，減少凝固過程中熱流導(dǎo)出量是大尺寸試件中實(shí)現(xiàn)快速凝固的唯一途徑，通過抑制凝固過程的形核，使合金溶液獲得很大的過冷度，從而凝固過程釋放的潛熱被過冷溶體吸收，可大大減少凝固過程要導(dǎo)出的熱量，獲得很大的凝固速度。金屬快速凝固的組織特征：（1）偏析形成傾向減小（2）形成非平衡相（3）細(xì)化凝固組織（4）析出相的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化（5）形成非晶態(tài) 快速凝固技術(shù)的用途：（1）獲得新的凝固組織，開發(fā)新材料（2）制備難加工材料薄帶、細(xì)小線材和塊體材料（3）簡化制備工序，實(shí)現(xiàn)近終形成形。

線材快速凝固成形：玻璃包覆熔融紡線法、合金溶液注入快冷法、旋轉(zhuǎn)水紡線法、傳送帶法 帶材快速凝固成形：單輥法、雙輥法、溢流法、甩出法、體材料快速凝固成形：噴射沉積技術(shù)、大塊非晶合金

3定向凝固是指在凝固過程中采用強(qiáng)制手段，在凝固金屬和未凝固金屬熔體中建立起特定方向的溫度梯度，從而使熔體沿著與熱流相反的方向凝固，最終得到具有特定取向柱狀晶的技術(shù) 定向凝固方法有：（1）發(fā)熱劑法（2）功率降低法（3）高速凝固法（4）液態(tài)金屬冷卻法（5）流態(tài)床冷卻法（6）區(qū)域熔化液態(tài)金屬冷卻法（7）連續(xù)定向凝固

連續(xù)定向凝固：在連續(xù)定向凝固過程中對鑄型進(jìn)行加熱，使它的溫度高于被鑄金屬的凝固溫度，并通過在鑄型出口附近的強(qiáng)制冷卻，或同時對鑄型進(jìn)行分區(qū)加熱與控制，在凝固金屬和未凝固溶體中建立起沿拉坯方向的溫度梯度，從而使熔體形核后沿著與熱流（拉坯方向）相反的方向，按單一的結(jié)晶取向進(jìn)行凝固，獲得連續(xù)定向結(jié)晶組織（連續(xù)柱狀晶組織）甚至單晶組織。OCC法特點(diǎn)：（1）可以得到完全單方向凝固的無限長柱狀組織（2）是一種近終形連鑄生產(chǎn)技術(shù)（3）凝固過程中固液界面始終凸向液相，有利于析出的氣體及夾雜進(jìn)入液相（4）鑄錠中缺陷少，組織致密，消除了橫向晶界。簡述半固態(tài)加工的概念：在金屬凝固過程中，對其施以劇烈的攪拌作用，充分破碎樹枝狀的初生固相，得到一種液態(tài)金屬母液中均勻的懸浮著一定球狀初生固相的固液混合漿料（固相組分一般50%），即流變漿料，利用這種流變漿料直接進(jìn)行成形加工的方法稱之為半固態(tài)金屬的流變成形；如果將流變漿料凝固成錠，按需要將此金屬錠切成一定大小，然后重新加熱至金屬的半固態(tài)溫度區(qū)，這時的金屬錠一般稱為半固態(tài)金屬坯料。利用金屬的半固態(tài)坯料進(jìn)行成形加工，稱為觸變成形。特點(diǎn)：（1）溶質(zhì)元素的局部濃度不斷變化（2）宏觀變形抗力很低（3）隨著固相分?jǐn)?shù)的降低，呈現(xiàn)黏性流體特征，在微小外力作用下即可很容易變形流動（4）當(dāng)固相在極限值（75%）一下時，漿料可以進(jìn)行攪拌，并容易混入各種異種材料的粉末、纖維等（5）固相粒子間無結(jié)合力，容易分離，由于液相成分存在又容易將分離部位連接形成一體化，特別液相成分很活躍，不僅半固態(tài)金屬間的結(jié)合，而且與一般固態(tài)金屬材料也容易形成很好的結(jié)合（6）可加工含有陶瓷顆粒、纖維等難加工材料（7）當(dāng)施加外力時，液相和固相成分存在分別流動的情況（8）上述現(xiàn)象在固相分?jǐn)?shù)很高或很低或加工速度特別高的情況下都很難發(fā)生。獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)：（1）黏度比液態(tài)金屬高，容易控制（2）流動應(yīng)力比固態(tài)金屬低（3）應(yīng)用范圍廣。金屬半固態(tài)制備方法：（1）電磁攪拌法（2）機(jī)械攪拌法（3）應(yīng)變誘導(dǎo)熔化激活法（4）液態(tài)異步軋擠法（5）超聲振動法（6）粉末冶金法（7）傾斜冷卻板制備法（8）低過熱度鑄造法制備半固態(tài)金屬漿料或坯料 直接將金屬熔體“軋制”成半成品帶坯或成品帶材的工藝稱為連續(xù)鑄軋

結(jié)晶器為兩個帶水冷系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)鑄軋輥，熔體于很短的時間內(nèi)（2~3S）在其輥縫間完成凝固和熱軋兩個過程。雙輥薄帶鋼鑄軋影響因素：（1）鋼水流動的影響（2）凝固行為的影響（3）鑄軋速度的影響（4）側(cè)封的影響（5）鑄軋力和輥縫控制問題 鑄軋基本條件：（1）澆鑄系統(tǒng)預(yù)熱溫度（2）金屬液面高度。熱平衡條件：（1）鑄軋溫度（2）鑄軋速度（3）冷卻強(qiáng)度 鑄軋產(chǎn)品缺陷：（1）條痕（2）孔洞（3）橫波（4）白條（5）黑皮（6）板面不平（7）邊部不齊 實(shí)現(xiàn)連續(xù)擠壓滿足兩個基個條件：(1)不需借助擠壓軸和擠壓墊片的直接作用，即可對坯料施加足夠的力以實(shí)現(xiàn)擠壓變形；(2)擠壓簡應(yīng)具有無限連續(xù)工作長度，以便使用無限長的坯料 連續(xù)擠壓有哪些優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：（1）利用擠壓型腔與坯料之間的摩擦，擠壓變形能耗大大降低；（2）可以省略常規(guī)熱擠壓中坯料的加熱工序；（3）可以實(shí)現(xiàn)真正意義上的無間斷連續(xù)生產(chǎn)，獲得長度達(dá)到數(shù)千乃至數(shù)萬米的成卷制品；（4）具有廣泛的使用范圍；（5）設(shè)備緊湊，占地面積小，設(shè)備造價及基建費(fèi)用較低。缺點(diǎn)：（1）對坯料預(yù)處理要求高；（2）主要適用于生產(chǎn)小斷面型材，生產(chǎn)大斷面型材時效率低；（3）由于坯料的預(yù)處理效果、難以獲得大擠壓比等原因，該法生產(chǎn)的空心制品在焊縫質(zhì)量、耐高壓性能等方面不如常規(guī)擠壓-拉拔生產(chǎn)的制品好；（4）對工模具材料的耐磨耐熱性能要求高；（5）工模具更換比常規(guī)擠壓困難；（6）對設(shè)備液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)要求高。

連續(xù)鑄擠：坯料以熔融金屬的形式通過電磁泵或重力澆鑄連續(xù)供給，由水冷式槽輪與槽封塊構(gòu)成的環(huán)型型腔同時起到結(jié)晶器和擠壓筒的作用。優(yōu)點(diǎn)：金屬處于液態(tài)與半固態(tài)或接近熔點(diǎn)的高溫狀態(tài)，能耗低（2）凝固開始到結(jié)束始終處于變形狀態(tài)，有利于細(xì)化晶粒，減少偏析、氣孔等缺陷（3）直接液態(tài)金屬成形，省略坯料預(yù)處理工序，工藝流程簡單，設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊。

7雙金屬包覆鑄造的方法有哪些？途徑方法的共同關(guān)鍵技術(shù)是什么？

（1）水平磁場制動復(fù)合連鑄法 ：水平磁場的作用強(qiáng)度；兩種金屬的澆鑄速度（2）包覆層連續(xù)鑄造法：溫度的正確設(shè)定、匹配與控制；輥芯防氧化（3）電渣包覆鑄造法

（4）反向凝固連鑄復(fù)合法：側(cè)封技術(shù)；凝固控制技術(shù)；母帶預(yù)處理技術(shù)（5）復(fù)合線材鑄拉法：鋼絲表面預(yù)處理；鑄拉工藝控制（6）雙流連鑄梯度復(fù)合法（7）雙結(jié)晶器連鑄法（8）充芯連鑄法

復(fù)合鑄造是指將兩種或兩種以上具有不同性能的金屬材料鑄造成為一個完整的鑄件，使鑄件的不同部位具有不向的性能，以滿足使用的要求。常見的復(fù)合鑄造工藝有鑲鑄工藝、重力復(fù)合鑄造、離心復(fù)臺鑄造。

復(fù)合鑄造鑄件的質(zhì)量除取決于鑄造合金本身的性能外，更主要地取決于兩種合金材料界面結(jié)合的質(zhì)量。在雙金屬復(fù)合鑄造過程中，兩種金屬中的主要元素在一定溫度場內(nèi)可以相互擴(kuò)散、相互熔融形成一層成分勺組織介于兩種金屬之間的過渡臺金層，一般厚度為40～60 μm?？刂聘鞴に囈蛩匾垣@得理想的過渡層的成分、組織、性能和厚度，是制造優(yōu)質(zhì)復(fù)合鑄造鑄件的技術(shù)關(guān)鍵。按界面結(jié)合狀態(tài)，層狀復(fù)合材料可以分為哪兩大類？

機(jī)械結(jié)合法：鑲套（熱裝和冷壓入）、液壓擴(kuò)管、冷拉拔。

冶金結(jié)合法：爆炸成形、擴(kuò)散熱處理、軋制、擠壓、粉末塑性加工、摩擦焊接、復(fù)合鑄造。等溫成形特點(diǎn)、適用范圍

等溫成形方法是通過模具和坯料在變形過程中保持同一溫度來實(shí)現(xiàn)的，從而避免了坯料在變形過程中溫度降低和表面激冷的問題。特點(diǎn)：（1）降低材料的變形抗力；（2）提高材料的塑性流動能力；（3）成形件尺寸精度高、表面質(zhì)量好、組織均勻、性能優(yōu)良；（4）模具使用壽命長；（5）材料利用率高 適用范圍：（1）低塑性材料的成形（2）優(yōu)質(zhì)或貴重材料的成形（3）形狀復(fù)雜的高精度零件的成形（4）采用低壓力成形大型結(jié)構(gòu)零件（5）研究材料的塑性變形規(guī)律 10 激光焊和電子焊統(tǒng)稱為高能束焊，試比較這兩種方法在工藝上的應(yīng)用

激光焊、電子束焊特點(diǎn)：（1）能量密度高（2）焊接速度快（3）焊接金屬冷速快容易得到細(xì)晶組織（4）焊接熱影響范圍小，殘余應(yīng)力和變形小。

激光焊、電子束焊應(yīng)用：一般金屬材料的激光焊與電子束焊都有良好的抗熱裂和冷裂能力，焊接性較普通電弧焊時焊接性好。激光焊拼焊的沖壓成型板了毛坯可大幅度降低成本，提高質(zhì)量，激光焊接的組合齒輪具有變形小，精度高，接頭剪切強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)，焊后可直接裝配使用。電子束焊穿透能力強(qiáng)，焊縫深寬比大，因此在大厚件焊接方面電子束焊接具有不可替代的地位，涉及的材料主要有鈦合金、高強(qiáng)鋼、高溫合金、不銹鋼、復(fù)合材料等。電子束焊還能應(yīng)用于金屬間化合物的連接。試說明粉末冶金的特點(diǎn)，并舉出一種粉末冶金的工藝

（1）可以直接制備具有最終形狀和尺寸的零件，是一種無切削，少切削的新工藝，有效降低生產(chǎn)的資源和能源消耗（2）可以實(shí)現(xiàn)多種類型的復(fù)合，充分發(fā)揮各組員材料各自的特性，是一種低成本生產(chǎn)高性能金屬基和陶瓷基復(fù)合材料的工藝技術(shù)（3）可以生產(chǎn)普通熔煉法無法生產(chǎn)的具有特殊結(jié)構(gòu)和性能的材料和制品。（4）可以最大限度的減少合金成分的偏聚，消除粗大、不均勻的鑄造組織。（5）可以制備非晶、微晶、準(zhǔn)晶、納米晶和過飽和固溶體等一系列高性能非平衡材料（6）可以充分利用廢舊原料，是一種有效的材料再生和綜合利用新技術(shù)

工藝：霧化制粉技術(shù)（二流霧化、離心霧化），機(jī)械合金化制粉技術(shù)，超微粉末制粉技術(shù)，粉末注射成型技術(shù)，溫壓成型技術(shù)，熱壓成型技術(shù)，等靜壓成型技術(shù)，場活化燒結(jié)技術(shù)。

等靜壓成形按其特性分成冷等靜壓(CIP)和熱等靜壓(GIP)。前者常用水或油作壓力介質(zhì)，故又稱液靜壓、水靜壓或油水靜壓；后者常用惰性氣體作壓力介質(zhì)，故又稱氣體熱等靜壓。

第三篇：材料加工新技術(shù)

材料加工新技術(shù)

姓名: 學(xué)號

專業(yè)：材料加工工程日期： 2013/11/6

金屬材料短流程、近終形生產(chǎn)工藝

人類在探索新材料的過程中，也在不斷地探索和完善材料的制備技術(shù)。近幾十年來，隨著高新技術(shù)在冶金領(lǐng)域的應(yīng)用，金屬材料短流程、近終成形技術(shù)也得到了很快的發(fā)展。金屬材料的近終成形是集金屬合成、精煉、凝固、成形于一道工序的一次成形技術(shù)，它實(shí)現(xiàn)了減少工序，縮短生產(chǎn)周期，提高金屬利用率，提高金屬性能。目前已使用的金屬近終成形技術(shù)有近終形連鑄、粉末冶金、噴射沉積成形、電渣轉(zhuǎn)注、電磁鑄造、金屬泥成型等。近終形連鑄

近終形連鑄技術(shù)是指澆鑄接近最終產(chǎn)品(板坯或者帶坯)形狀的連鑄技術(shù)。作為一種新型的連鑄技術(shù),對鋼鐵生產(chǎn)工藝進(jìn)步產(chǎn)生了巨大的影響。近終形連鑄主要包括薄板坯連鑄技術(shù),薄帶連鑄技術(shù)和異型坯連鑄技術(shù)等。同傳統(tǒng)工藝相比,它主要具有工藝簡單、生產(chǎn)周期短、低能量消耗、生產(chǎn)成本低、質(zhì)量較高等優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)恰好彌補(bǔ)了傳統(tǒng)工藝加工量較大、工序復(fù)雜、能耗大、生產(chǎn)周期長、成本較高、勞動強(qiáng)度大等不足。此外,利用薄帶連鑄技術(shù)的快速凝固效應(yīng)可以獲得一些難以生產(chǎn)的材料和新功能材料。

連鑄技術(shù)已成為現(xiàn)代材料工業(yè)，尤其是鋼鐵工業(yè)最主要的技術(shù)之一。西方發(fā)達(dá)國家鋼生產(chǎn)中的連鑄比已達(dá)90%,我國的連鑄比也接近90%。作為取代模鑄的一種新工藝,連鑄已帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。但傳統(tǒng)的連鑄坯需要多道加工工序才能制成最終的產(chǎn)品,因此造成大規(guī)模的設(shè)備投資和很大的能耗。為了減少投資,降低能耗,提高產(chǎn)品質(zhì)量,各種種近終形連鑄相繼出現(xiàn)。

1.1薄板坯連鑄技術(shù)

薄板坯連鑄技術(shù)(TSCC)指澆鑄厚度為40～80 mm的薄板鑄坯,是傳統(tǒng)連鑄板坯厚度的1/3～1/6,可以直接進(jìn)入熱精軋機(jī)。薄板坯連鑄連軋技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn),如其能耗是常規(guī)板坯連鑄坯熱送時的1/4,直接熱裝時的1/2。但采用TSCC新技術(shù)給冶金工藝帶來很多困難,如拉坯速度明顯提高、保護(hù)渣量增加、冷卻效率要求很高等。目前,世界上已建成的典型工藝流程有CSP(Compact Strip Plant)、ISP(In-line Strip Plant)、CONROLL、FTSC(Flexible Thin Slab Casting)等。

1.1.1 CSP技術(shù)

CSP工藝又稱為緊湊式熱帶生產(chǎn)工藝,是由德國施羅曼-西馬克公司開發(fā)成功的,是目前應(yīng)用最廣泛的薄板坯連鑄連軋工藝。目前已有22條生產(chǎn)線32流鑄機(jī)(包括我國在內(nèi))成功地投入了工業(yè)生產(chǎn)。

CSP的工藝過程為:采用立彎式連鑄機(jī)生產(chǎn)厚50～60 mm的鑄坯,經(jīng)分段剪切后,送入輥底式均熱爐(120～185 m)進(jìn)行加熱、均熱。薄板坯經(jīng)加熱爐入口段、加熱段和均熱段加速到20～30 m/min進(jìn)入軋制工序。六機(jī)架精軋機(jī)組將厚50～60 mm的鑄坯軋制成1.2～12.7 mm的帶材,經(jīng)層流水簾冷卻后卷取。生產(chǎn)線全長約270 m。

優(yōu)點(diǎn):流程短、生產(chǎn)簡便、穩(wěn)定、產(chǎn)品質(zhì)量好、成本低、有很強(qiáng)的市場競爭力等。

缺點(diǎn):對鋼水質(zhì)量要求高、難以生產(chǎn)很寬或較厚的鋼板等。

1.1.2 ISP技術(shù)

ISP技術(shù)也稱作在線熱帶鋼生產(chǎn)工藝,是由德國曼內(nèi)斯曼-德馬克公司1989年開發(fā)成功的,是世界上第一個在工業(yè)條件下采用固液鑄軋技術(shù)的生產(chǎn)工藝,也被稱為無頭軋制工藝。首臺ISP生產(chǎn)線是于1992年1月在意大利阿維迪公司克雷莫納(Cremona)廠建成投產(chǎn)的。目前,世界上有6條ISP生產(chǎn)線在運(yùn)行中。ISP的工藝過程為:鋼包車→中間罐→薄片狀浸入式水口→結(jié)晶器→鑄軋段(厚約40 mm)→大壓下量粗軋機(jī)(厚約20 mm)→剪切機(jī)→感應(yīng)加熱爐→克日莫那爐→精軋機(jī)→層流冷卻→地下卷取。生產(chǎn)線全長約175 m。

優(yōu)點(diǎn):生產(chǎn)線布置緊湊、生產(chǎn)能耗少等。

缺點(diǎn):感應(yīng)加熱爐設(shè)備較復(fù)雜且維修困難、薄片形水口壽命較短等。

1.1.3 CONROLL技術(shù)

該技術(shù)是由奧鋼聯(lián)工程技術(shù)公司(VILG)開發(fā)成功的。目前,已有5條生產(chǎn)線在運(yùn)行中。其工藝過程為:CONROLL連鑄機(jī)與熱軋機(jī)平行布置,鑄坯按Dynacs冷卻模型冷卻,鑄機(jī)尾部裝有一臺火焰切割裝置,將鑄坯切成所需長度后進(jìn)入連續(xù)式加熱爐,薄板坯離開加熱爐后,通過粗軋機(jī)架5個道次的可逆式軋制,軋成厚25 mm后進(jìn)入帶卷箱,經(jīng)過高壓噴水除磷,最后在6機(jī)架精軋機(jī)上軋成厚1.7～12.7 mm的熱軋帶鋼,出軋機(jī)再經(jīng)層流冷卻后,卷曲成卷。

優(yōu)點(diǎn):生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品成本較低等。

缺點(diǎn):生產(chǎn)線的緩沖能力未必足、鑄坯尺寸范圍較窄等。

1.1.4 FTSC技術(shù)

該技術(shù)被稱為高質(zhì)量產(chǎn)品的靈活性薄板坯軋制工藝,是由意大利著名的達(dá)涅利(Danieli)公司開發(fā)的一種薄板坯連鑄連軋工藝。FTSC工藝流程為:煉鋼爐→爐外精煉爐→薄板坯連鑄機(jī)→旋轉(zhuǎn)式除磷機(jī)→隧道式加熱爐→二次除磷機(jī)→立輥軋機(jī)→粗軋機(jī)→保溫軌道→三次除磷裝置→精軋機(jī)→輸出輥道和帶鋼冷卻段→地下卷取機(jī)。

FTSC工藝的特點(diǎn)是采用了三點(diǎn)除磷、H2結(jié)晶器、動態(tài)軟壓下裝置、熔池自動控制系統(tǒng)、全液壓寬度自動控制軋機(jī)、輥道式隧道加熱爐等技術(shù)。

優(yōu)點(diǎn):鋼種澆鑄范圍較寬、板坯尺寸范圍較大、軋制過程操作靈活等。缺點(diǎn):生產(chǎn)成本較高、對鋼水質(zhì)量要求較高等。

1．2 薄帶連鑄技術(shù)(SCC)薄帶坯連鑄技術(shù)指澆鑄厚度為幾毫米(厚25mm)或1 mm左右的成品或者半成品。其工藝方案因結(jié)晶器的不同分為帶式、輥式、輥帶式等,其中研究得最多、進(jìn)展最快、最有發(fā)展前途的當(dāng)屬雙輥薄帶連鑄技術(shù)。該技術(shù)在生產(chǎn)0.72 mm厚的薄鋼帶方面具有獨(dú)特的優(yōu)越性,其工藝原理是將金屬液注入一對反向旋轉(zhuǎn)且內(nèi)部通水冷卻的鑄輥之間,使金屬液在兩輥間凝固形成薄帶。雙輥鑄機(jī)依兩輥輥徑的不同分為同徑雙輥鑄機(jī)和異徑雙輥鑄機(jī),其中尤以同徑雙輥鑄機(jī)發(fā)展最快,已接近工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的水平。

與熱軋帶鋼傳統(tǒng)技術(shù)相比,該工藝省去了板坯連鑄、火焰清理、加熱、粗軋及全部或部分熱軋,可使設(shè)備投資節(jié)省40%～50%,生產(chǎn)成本降低10%～20%,噸鋼節(jié)能0.628 GJ,經(jīng)濟(jì)效益明顯。其缺點(diǎn)主要是年產(chǎn)量低、有些技術(shù)問題比較復(fù)雜(如:側(cè)邊密封、雙輥表面冷卻及澆鑄過程控制等)。

德國、美國還開發(fā)出了一種稱為反向凝固的帶鋼連鑄連軋法,利用該工藝可以鑄造復(fù)合金屬帶,高效經(jīng)濟(jì),并且不會出現(xiàn)漏鋼事故。

1.3 異型坯連鑄技術(shù)(BBCC)指澆鑄除了方坯、板坯、圓坯、矩形坯以外的具有復(fù)雜斷面的連鑄坯。其特點(diǎn)有:表面積大,散熱條件好,在二冷區(qū)內(nèi)就能完全凝固,冶金長度短；矯直為固相矯直,許用應(yīng)變較大,對矯直有利,矯直后形狀變形大；斷面形狀復(fù)雜,各點(diǎn)的散熱條件差別很大,因而溫差就大,易于產(chǎn)生裂紋,所以拉速和鑄機(jī)半徑受到限制。異型坯連鑄技術(shù)主要用于工字梁(H型鋼)連鑄。最早的工字形坯連鑄機(jī)于1968年在加拿大Algoma公司正式投產(chǎn)使用,但由于鑄坯斷面復(fù)雜,易于產(chǎn)生偏析和內(nèi)部裂紋等問題,長期以來發(fā)展緩慢。隨著煉鋼技術(shù)的進(jìn)步和連鑄工藝的日趨完善,工字形坯連鑄機(jī)不斷增加。目前,世界上已有20多條工字形坯連鑄生產(chǎn)線,能生產(chǎn)出腹板厚度和翼緣厚度都小于80 mm的工字形坯。國內(nèi)馬鞍山鋼鐵公司的工字形坯連鑄生產(chǎn)線已進(jìn)行了多次試生產(chǎn)。但在生產(chǎn)過程中異型坯質(zhì)量經(jīng)常發(fā)生波動,直接影響了H型鋼的實(shí)物質(zhì)量,主要有腹板表面縱裂、表面劃傷等缺陷。此外,近終形連鑄還有線材連鑄(WCC)、空心圓管式連鑄和噴射沉積成形等。連鑄連軋技術(shù)向棒、線材乃至異型坯領(lǐng)域擴(kuò)展,已成為必然趨勢。粉末冶金

粉末治金技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是它的近終成形的特點(diǎn),即從金屬粉末直接制造出接近于最終形狀的零件.采用這種技術(shù)可以避免傳統(tǒng)工藝中的疏松、縮孔、材料組織的枝晶偏析及晶粒長大等鑄造缺陷,有助于提高零件的各項(xiàng)力學(xué)性能。因此,粉末冶金技術(shù)在制造一些形狀復(fù)雜的零件及用鑄造方法無法得到優(yōu)良性能的零 件方面,具有很大的優(yōu)越性。

陶瓷模工藝是一種粉末冶金技術(shù)。陶瓷模工藝過程包括:陶瓷模的制備、裝粉、二次包套、熱等靜壓和脫模陶瓷模的制備包括在蠟?zāi)Ｉ贤扛蔡沾闪蠞{、脫除蠟?zāi)Ｒ约盁Y(jié)幾個過程。蠟?zāi)Ｊ且粋€與所要獲得的零件形狀一致,尺寸經(jīng)放大處理的石蠟或塑料模。裝粉就是將金屬原料粉末裝入陶瓷模內(nèi)。由于陶瓷模是多孔的,不能直接置于熱等靜壓的壓力容器中進(jìn)行處理,因此,將陶瓷模置于一形狀簡單的金屬包套中,在金屬包套與陶瓷模之間,填充陶瓷顆粒作為傳壓介質(zhì)。將金屬包套置于壓力容器中,進(jìn)行熱等靜壓,三向壓力均勻作用于金屬包套上,通過陶瓷顆粒傳到陶瓷模上,再通過陶瓷模保形傳壓,使原料粉末成形并致密化.對于不同材料,熱等靜壓的工藝參數(shù)也不同,如鈦鋁合金材料,要求溫度超過980℃,壓力不小于103 MPa,才能獲得全致密的、粉末顆粒間結(jié)合良好的零件。熱等靜壓后,將金屬包套剝?nèi)?倒出陶瓷顆粒,小心地敲去零件表面的陶瓷模即可脫模。陶瓷模工藝原理如下圖所示：

此項(xiàng)工藝中最為關(guān)鍵的工序是陶瓷模的制備,陶瓷料漿成分及配制,料漿的均勻涂覆方法及厚度控制、脫蠟及燒結(jié)等每一步都影響陶瓷模的性能,從而影響零件的制取.國外十分重視研究這道工序,且大都是保密的。

此項(xiàng)工藝于七十年代末由美國Crucible公司研究開發(fā)出來,主要用于一些形狀復(fù)雜,性能要求較高的零件,如增壓發(fā)動機(jī)的渦輪。國內(nèi)目前尚無這方面的研究成果。噴射沉積成形

噴射沉積成形技術(shù)是在粉末冶金惰性氣體霧化制粉的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一 種近終成形技術(shù)。原理如下圖所示：

它是利用已精煉的液態(tài)金屬,經(jīng)霧化成滴射流,使半凝固的顆粒在底襯上沉積,形成盤、棒、帶、管等噴射沉積成形技術(shù)的關(guān)鍵是熔融金屬經(jīng)高壓霧化成微小彌散的液態(tài)顆粒,以高速噴射到水冷基板上。到達(dá)基板前金屬熔滴不能完全凝固,而到達(dá)基板后必須很快凝固,不能形成金屬熔池。英國Swansea大學(xué)的Singger教授首先提出了噴射沉積概念,八十年代英國的Aurora鋼公司應(yīng)用這一原理生產(chǎn)M-2高速鋼,由于冷卻速度非常大(103～104 K/s),碳化物非常細(xì)小,用這種高速鋼制成的刀具工作壽命比普遍鑄-鍛造制出的同鋼種工具提高60%。美國麻省理工學(xué)院(MIT),用這種方法生產(chǎn)出強(qiáng)度、延伸率及缺口性能良好的Al-Li合金。這種方法還可以用于制取金屬基復(fù)合材料和多層不同成分的金屬復(fù)合材料。電渣轉(zhuǎn)注

電渣轉(zhuǎn)注法由烏克蘭巴頓電焊研究院首先提出。其原理如下圖所示： 6

自耗電極通入電流后,在渣池中析出焦耳熱,將電極熔化,熔化金屬在溶煉室中集聚,轉(zhuǎn)注入三面封閉的固定式鑄模,液態(tài)金屬在固定模內(nèi)凝固成形。

轉(zhuǎn)注使液態(tài)金屬與熔渣接觸面積擴(kuò)大,鋼-渣反應(yīng)時間增長,有利于鋼中非金屬夾雜物被爐渣吸附和溶解,有利于冷卻過程中過飽和氣體形成氣泡逸出。這一技術(shù)的難點(diǎn)是金屬液位的控制,熔煉移動過快會導(dǎo)致漏鋼,過慢又會使鑄模中的凝固外延到熔煉室,造成熔煉室卡死。電磁鑄造

電磁鑄造是無鑄模連續(xù)鑄造。液體金屬在電磁場約束下,保持自由表面狀態(tài)下凝固成形,其表面光潔似鏡面,在強(qiáng)磁場的作用下,金屬組織和結(jié)構(gòu)得到改善。前蘇聯(lián)首先發(fā)明了這種鑄造技術(shù),美國、法國、瑞士相繼引進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)用于工業(yè)化生產(chǎn),瑞士鋁公司利用這種技術(shù)生產(chǎn)出大量鋁合金。電磁鑄造鋁錠表面光潔,無偏析、拉傷等鑄造缺陷,既省去了銑面和切邊工序,又具有良好的內(nèi)部組織性能。我國在70年代開始研究電磁鑄造技術(shù),1989年大連理工大學(xué)鑄造工程中心用此項(xiàng)技術(shù)成功地研制出了120mm×50mm×1000mm的鋁錠。這項(xiàng)技術(shù)與傳統(tǒng)鑄造有很大區(qū)別,鑄件成形過程受溫度場、應(yīng)力場、流速場及濃度場的綜合影響,控制參數(shù)繁多,某一環(huán)節(jié)控制不當(dāng)必將影響鑄件的組織及材料的性能。金屬泥成形

美國麻省理工學(xué)院Fleming教授首先提出了金屬泥成形,隨后,日本大力開發(fā)金屬泥成形技術(shù)。目前,有色金屬及其合金半固態(tài)金屬泥制備與成形技術(shù)較為成 熟,利用這項(xiàng)技術(shù)已生產(chǎn)出鋁鎂合金汽車零件。

金屬泥成形的優(yōu)越性是,生產(chǎn)周期短,無疏松、縮孔、氣孔及宏觀偏析等鑄造缺陷,能耗小,工模具損耗小，產(chǎn)品規(guī)格與品種的靈活性好。目前制備半固態(tài)金屬泥主要采用電磁攪拌法，同時探索非均勻形核法、應(yīng)變誘導(dǎo)熔體活化的SIMA法制備金屬泥。采用壓鑄、擠壓、注射、模壓等方法對半固態(tài)金屬泥進(jìn)行加工。

金屬材料短流程、近終形生產(chǎn)工藝的出現(xiàn)和快速發(fā)展應(yīng)歸功于近代冶金學(xué)的研究成果和現(xiàn)代控制技術(shù)的進(jìn)步。21世紀(jì)的金屬材料仍將在世界經(jīng)濟(jì)中占據(jù)重要的位置，同時激烈的競爭也是在所難免。各國目前都相當(dāng)重視金屬材料短流程、近終形生產(chǎn)技術(shù)的研究與開發(fā)，它將使金屬工業(yè)的面貌煥然一新，所帶來的可觀經(jīng)濟(jì)效益與社會效益也是令人振奮的。金屬材料短流程、近終形生產(chǎn)工藝具有極大的發(fā)展?jié)摿?，中國在這方面的研究與國外還有較大差距，各金屬材料企業(yè)應(yīng)高度重視這一技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，應(yīng)借鑒國外成功的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和他們的研究成果，加大投入，加快研究步伐，爭取早日趕上世界先進(jìn)水平，最終達(dá)到降低金屬材料成本、不斷改善材料性能的目的，進(jìn)而使中國的金屬材料短流程、近終形生產(chǎn)技術(shù)取得重大突破。

第四篇：鋁合金型材加工新技術(shù)

鋁合金型材加工新技術(shù)

鋁合金型材加工新技術(shù)，隔熱鋁合金型材施工工藝有以下三種，新型的隔熱鋁合金型材產(chǎn)品的推廣使用將在節(jié)能和環(huán)保方面對我國國民經(jīng)濟(jì)起到重要作用。

一、灌注輥壓一體隔熱鋁合金型材

灌注輥壓一體隔熱鋁合金型材是采用機(jī)械加工的方法，把兩部分型材通過隔熱條進(jìn)行連接，在連接的隔熱條腔內(nèi)灌注PU樹脂起到雙效隔熱斷橋的作用。其工藝是綜合灌注PU樹脂隔熱鋁合金型材與嵌條隔熱鋁合金型材兩種工藝而成，工藝要求嚴(yán)格復(fù)雜。它通過隔熱條來阻斷熱量在鋁型材上的傳導(dǎo)，對K值起到了有效地降低作用。而灌注PU樹脂阻止了熱量的對流傳導(dǎo)，雙效節(jié)能，節(jié)能效果更加顯著。灌注輥壓一體隔熱鋁合金型材制作的產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)很大程度地優(yōu)于國家現(xiàn)階段的標(biāo)準(zhǔn)要求，具有廣闊的發(fā)展前景。

二、嵌條隔熱鋁合金型材。

嵌條隔熱鋁合金型材是采用機(jī)械加工的方法，把兩部分型材通過隔熱條進(jìn)行連接，連接的隔熱條起到隔熱斷橋的作用。嵌條隔熱鋁合金型材生產(chǎn)工藝為：型材貼保護(hù)膜→鋁型材開齒→穿隔熱條→輥壓成形。其加工難點(diǎn)是，開齒深度和輥壓型材變形量。新起草的國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了其抗拉強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度值，從而要求開齒深度必須保證將隔熱條與鋁合金型材輥壓緊密連接在一起。為了保證達(dá)到國標(biāo)要求，開齒深度和輥壓的變形量必須達(dá)到工藝參數(shù)的要求；復(fù)合處鋁。鋁合金型材以其強(qiáng)度高、水密性及氣密性好、外觀精美、加工簡便等優(yōu)點(diǎn)，20世紀(jì)80年代初開始在我國建筑行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。但是，進(jìn)入90年代末，由于鋁合金的導(dǎo)熱性能好，制作的門窗產(chǎn)品對于建筑物的保溫性能差這一問題逐漸被人們所重視。隔熱鋁合金型材保溫原理型材的幾何尺寸要滿足尺寸精度要求，確保產(chǎn)品質(zhì)量合格。嵌條隔熱鋁合金型材制作的門窗產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)完全達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

三、灌注PU樹脂隔熱鋁合金型材

灌注PU樹脂隔熱鋁合金型材生產(chǎn)工藝為：擠壓型材→灌注PU樹脂→切斷金屬冷橋。灌注PU樹脂隔熱鋁合金型材的加工工藝難度較大，灌注鋁合金型材制作的門窗產(chǎn)品抗風(fēng)壓強(qiáng)度、氣密性能、水密性能、門窗產(chǎn)品的導(dǎo)熱系數(shù)、隔聲性能等各項(xiàng)性能指標(biāo)完全能夠滿足建筑鋁合金隔熱型材的標(biāo)準(zhǔn)要求和新出臺的建筑門窗國家標(biāo)準(zhǔn)的七個性能指標(biāo)要求。

第五篇：汽車新技術(shù)論文

淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院

選修課論文

汽車被動安全新技術(shù)

班 級 ****** 學(xué) 生 姓 名 ****

學(xué) 號 ******** 指 導(dǎo) 教 師 *****

二 ○ 一 二 年 六 月

摘要

汽車被動安全技術(shù)是指一旦事故發(fā)生時，保護(hù)車輛內(nèi)部乘員及外部人員，使直接損失降到最小的技術(shù)。被動安全技術(shù)主要包括碰撞安全技術(shù)、碰撞后傷害減輕與防護(hù)技術(shù)等，盡管隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，汽車主動安全技術(shù)在交通安全中起著越來越大的作用，但仍然不可避免發(fā)生意外情況。此時，汽車被動安全技術(shù)將是避免乘員傷亡的唯一保障。因此，汽車被動安全技術(shù)的開發(fā)研究仍將是汽車安全技術(shù)研究的熱點(diǎn)之一。我國也應(yīng)有計劃、有步驟地發(fā)展現(xiàn)代汽車被動安全技術(shù)。

一．主動安全配置

主動安全配置主要是指發(fā)生撞擊之前所做動的輔助裝置，這些裝置在車輛接近失控時便會開始啟動，以各種方式介入駕駛的動作，希望能利用機(jī)械及電子裝置，保持車輛的操控狀態(tài)，全力讓駕駛?cè)四軌蚧謴?fù)對于車輛的控制，避免車禍意外的發(fā)生。

防碰撞控制系統(tǒng)、ABS、VSC(車身穩(wěn)定控制系統(tǒng))、DSC（動態(tài)穩(wěn)定控制）、ESP（車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)）等駕駛上的輔助裝置等屬于主動安全配置。被動安全系統(tǒng)是指在交通事故發(fā)生后盡量減小損傷的安全系統(tǒng)，包括對乘客和行人的保護(hù)。

被動安全裝置是指在意外發(fā)生不可避免，車輛已經(jīng)失控的狀況之下，對于乘坐人員進(jìn)行被動的保護(hù)作用，希望通過固定裝置，讓車內(nèi)的乘員固定在安全的位置，并利用結(jié)構(gòu)上的引導(dǎo)與潰縮，盡量吸收撞擊的力量，最大限度確保車內(nèi)乘員的安全。

主動頭部保護(hù)系統(tǒng)、安全帶、氣囊、籠型車體結(jié)構(gòu)等屬于被動安全配置與設(shè)計。

二．歐洲新車安全評價體系NCAP 包括兩個方面，正面和側(cè)面碰撞。正面碰撞速度為64公里/小時，側(cè)面碰 撞速度為50公里/小時。碰撞測試成績則由星級（★）表示，共有五個星級，星級越高表示該車的碰撞安全性能越好。

近年來，增加了車輛對被撞行人的安全保護(hù)程度的測試，并將結(jié)果劃分 為4個等級級：★★★★分?jǐn)?shù)為28-36分，★★★分?jǐn)?shù)為19-27分，★★分?jǐn)?shù) 為10-18分，★分?jǐn)?shù)為1-9分。

三．主動安全裝置

1.防碰撞控制系統(tǒng)

1).系統(tǒng)組成

防碰撞控制系統(tǒng)主要由行車環(huán)境監(jiān)測、防碰撞預(yù)測和車輛控制三部分組成。2).控制原理

該系統(tǒng)采用激光雷達(dá)在水平面上呈扇形快速掃描，提高激光束的能量密度，可延長激光掃描雷達(dá)的監(jiān)測距離，消除因車輛顛簸引起的誤差，并能監(jiān)測彎道上的障礙物。

最小的激光掃描雷達(dá)監(jiān)測范圍（一般在120m以上）是由實(shí)際車距確定。該車間距是指在潮濕路面狀況下，保證在后面車輛減速制動后，不致于碰撞到前面的暫停車輛的距離。

據(jù)路面狀況（濕/干）、后面車速及相對車速，計算出“臨界車間距離”，該值是根據(jù)路徑估算方法確定的車間距離。判斷安全/危險的方法，就是將實(shí)際測量的車間距離等于或小于臨界車間距離時，自動制動控制系統(tǒng)啟動。

2.防碰撞控制系統(tǒng)—預(yù)警系統(tǒng)

3.皇冠Majesta防碰撞系統(tǒng)

(1).毫米波雷達(dá)除根據(jù)到達(dá)障礙物的距離和方向，還通過處理攝像頭拍攝到的圖像來判斷前方障礙物的大小。

(2).與憑借毫米波進(jìn)行判斷相比，在遭遇無法避開沖撞的情況時，可在比以前快0.2秒左右的時間內(nèi)檢測出這一情況。通過在較早時間內(nèi)檢測出存在沖撞危險，可在提前在接下來的安全操作方面盡早做出反應(yīng)。

(3).如判斷無法避開沖撞時，便會象以前一樣，自動加大收緊安全帶的力量以及對制動踏板的踏力

(4).皇冠Majesta在防沖撞系統(tǒng)方面，配備了配套使用毫米波雷達(dá)和CMOS攝像頭的新式預(yù)防碰撞安全系統(tǒng)。

4.英菲尼迪防碰撞輔助概念系統(tǒng)

該系統(tǒng)利用毫米波雷達(dá)檢測前方的障礙物：

(1).在能夠通過方向盤操作等躲避障礙物的速度時，會進(jìn)行警告制動；(2).在操作方向盤也無法回避碰撞時，則會自動進(jìn)行緊急制動。

(3).當(dāng)系統(tǒng)檢測到前方障礙物并判斷出需要駕駛員減速時，會通過顯示信號與聲音提醒駕駛員，促使駕駛員進(jìn)行減速操作。此時，駕駛員可松開油門踏板，平穩(wěn)減速制動。

(4).在駕駛員未利用方向盤及制動踏板進(jìn)行躲避操作的情況下，當(dāng)系統(tǒng)判斷出存在發(fā)生追尾的可能性時，會自動實(shí)施制動。同時還會通過拉緊安全帶來減少安全帶的松弛余量，增強(qiáng)對乘員的束縛力。

員

四.被動安全裝置

1.主動頭部保護(hù)系統(tǒng)

當(dāng)受到后方來車撞擊時，最容易發(fā)生傷害的部位是頸椎。

乘員頭頸保護(hù)系統(tǒng)，屬于汽車被動安全裝置，一般設(shè)置于前排座椅。當(dāng)轎車受到后部的撞擊時，頭頸保護(hù)系統(tǒng)會迅速充氣膨脹起來，其整個靠背都會隨乘坐者一起后傾，乘坐者的整個背部和靠背安穩(wěn)地貼近在一起，靠背則會后傾以最大限度地降低頭部向前甩的力量，座椅的椅背和頭枕會向后水平移動，使身體的上部和頭部得到輕柔、均衡地支撐與保護(hù)，以減輕脊椎以及頸部所承受的沖擊力，并防止頭部向后甩所帶來的傷害。(1)預(yù)緊式安全帶

預(yù)緊式安全帶的特點(diǎn)是當(dāng)汽車發(fā)生碰撞事故的一瞬間，乘員尚未向前移動時它會首先拉緊織帶，立即將乘員緊緊地綁在座椅上，然后鎖止織帶防止乘員身體前傾，有效保護(hù)乘員的安全。

預(yù)緊式安全帶中起主要作用的卷收器與普通安全帶不同，除了普通卷收器的收放織帶功能外，還具有當(dāng)車速發(fā)生急劇變化時，能夠在0.1s左右加強(qiáng)對乘員的約束力，因此它還有控制裝置和預(yù)拉緊裝置。

(2)預(yù)緊式安全帶 控制裝置分有兩種：

電子式控制裝置、機(jī)械式控制裝置。

預(yù)拉緊裝置則有多種形式，常見的預(yù)拉緊裝置是一種爆燃式的，由氣體引發(fā)劑、氣體發(fā)生劑、導(dǎo)管、活塞、繩索和驅(qū)動輪組成。

當(dāng)汽車受到碰撞時預(yù)拉緊裝置受到激發(fā)后，密封導(dǎo)管內(nèi)底部的氣體引發(fā)劑立即自燃，引爆同一密封導(dǎo)管內(nèi)的氣體發(fā)生劑，氣體發(fā)生劑立即產(chǎn)生大量氣體膨脹，迫使活塞向上移動拉動繩索，繩索帶動驅(qū)動輪旋轉(zhuǎn)號驅(qū)動輪使卷收器卷筒轉(zhuǎn)動，織帶被卷在卷筒上，使織帶被回拉。最后，卷收器會緊急鎖止織帶，固定乘員身體，防止身體前傾避免與方向盤、儀表板和玻璃窗相碰撞（3）安全氣囊

安全氣囊主要由傳感器、氣體發(fā)生器、氣囊系統(tǒng)等三部分組成，傳感器的功能是檢測、判斷車體所經(jīng)受的撞擊信號，決定是否啟動安全氣囊；氣體發(fā)生器的功能是在傳感器的控制下根據(jù)信號指示產(chǎn)生點(diǎn)火動作，點(diǎn)燃固態(tài)燃料并產(chǎn)生氣體向氣囊充氣，使氣囊迅速膨脹展開保護(hù)乘員；氣囊一般裝在方向盤轂內(nèi)緊靠緩沖墊處，其容量約50～90升，做氣囊的布料具有很高的抗拉強(qiáng)度，同時氣囊設(shè)有安全閥，當(dāng)充氣過量或囊內(nèi)壓力超過一定值時會自動泄放部分氣體，避免將乘客擠壓受傷。安全氣囊所用的氣體多是氮?dú)饣蛞谎趸肌?/p>

傳統(tǒng)安全氣囊的設(shè)計是在發(fā)生正面撞車事故時避免車內(nèi)乘員的頭部、頸部和胸部強(qiáng)烈撞擊在儀表盤、方向盤或擋風(fēng)玻璃上。在后面碰撞、翻車或大多數(shù)側(cè)面碰撞的情況下，它不會被引發(fā)。隨著技術(shù)的發(fā)展，安全氣囊的保護(hù)范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大，從現(xiàn)在的前排乘員前方保護(hù)擴(kuò)展到前排乘員的側(cè)面、膝部和后排乘員的前方與側(cè)面以及車外行人。開發(fā)出了側(cè)面安全氣囊、發(fā)動機(jī)罩寬幅氣囊、車外氣囊等。同時，安全氣囊已出現(xiàn)智能化，能識別乘員席有無乘員、有無逆向兒童座椅、乘員身材大小、重量，坐姿、是否佩帶安全帶等，并根據(jù)上述信息調(diào)整動作，以求最大限度地減少失誤和保護(hù)乘員。

汽車的行人安全車采用了兩種可以碰撞中對行人進(jìn)行保護(hù)的新穎安全氣囊。這兩種氣囊一是發(fā)動機(jī)罩氣囊，一是前圍安全氣囊，兩者配合使用可減少最常見的行人傷亡事故

2.高強(qiáng)度車身

強(qiáng)度車身HSB（High Strength Body）充分考慮了車輛安全性、輕量化以

及人性化保護(hù)等方面的要求。

在車輛發(fā)生側(cè)面碰撞時，三層結(jié)構(gòu)的側(cè)圍對整個車身結(jié)構(gòu)起到了強(qiáng)大的支撐作用，為車內(nèi)生存空間提供了保障

正面碰撞時，撞擊力通過熱成型鋼板材質(zhì)的保險杠支架向碰撞影響區(qū)結(jié)構(gòu)分散，被縱梁吸收削弱后的碰撞能量繼而被傳遞給同樣由超高強(qiáng)度熱成型鋼板制成的腳部橫梁、中央通道及門檻，這樣就可以避免前排腳部區(qū)域在碰撞過程中的凸入危險。

五.輪胎氣壓自動監(jiān)測系統(tǒng)（TPMS）

(1).輪胎氣壓對汽車行駛安全性的影響：

輪胎氣壓對汽車承載能力、制動性能、側(cè)偏特性、高速性能均有影響。TPMS是汽車輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)（Tire Pressure Monitoring System），主要用于汽車行駛過程中對輪胎氣壓進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，對輪胎漏氣和低壓進(jìn)行報警，以保障汽車行駛安全性。

(2).汽車輪胎氣壓自動監(jiān)測系統(tǒng)的類型

間接式TPMS，它通過汽車ABS的輪速傳感器來比較輪胎之間的轉(zhuǎn)速差別，以達(dá)到監(jiān)視胎壓的目的，其缺點(diǎn)是無法對兩個以上輪胎同時缺氣的狀況和速度超

過100 km/h的情況進(jìn)行判斷。

直接式TPMS，它利用安裝在每一個輪胎里的鋰離子電池為電源的壓力傳感器來直接測量輪胎的氣壓，并通過無線調(diào)制發(fā)射到安裝在駕駛臺的監(jiān)視器上；監(jiān)視器隨時顯示輪胎氣壓，駕駛者可以直觀地了解各個輪胎的氣壓狀況，當(dāng)輪胎氣壓太低或有滲漏時，系統(tǒng)就會自動報警。

兩個以上輪胎同時缺氣的狀況和速度超過100 km/h的情況進(jìn)行判斷。

六.紅外夜視系統(tǒng)

在夜間行駛的時間雖少但出事故的幾率卻很大，因?yàn)樵诤诎抵腥藗兊囊曇笆艿搅艘欢ㄓ绊憽＼嚐舻恼丈渚嚯x和范圍有限，無法保證使駕駛者對車燈照射范圍以外的潛在危險獲得足夠的預(yù)警。隨著汽車技術(shù)的飛速發(fā)展，讓黑夜變成白晝，讓夜間駕駛變得更輕松安全。

當(dāng)在黑夜中駕駛時夜視系統(tǒng)提供了一種新的視覺方式。在司機(jī)借助燈光系統(tǒng)看不清前方路況之前，熱感成像相機(jī)在黑夜中可以探測到車輛前方的人、動物和一些物體。熱感相機(jī)另一項(xiàng)功能是將發(fā)生的圖象增加亮度，然后將增亮的圖象傳送到控制中心顯示，人和動物等目標(biāo)都會變得更清晰。奧迪A8L的夜視輔助系統(tǒng)

奧迪A8L的夜視輔助系統(tǒng)，除了可以讓駕駛者看清近光燈照不到的黑暗中的交通標(biāo)牌、彎道、車輛、障礙物等會造成危險的事物，正確判斷出前方道路的情況，還可以通過遠(yuǎn)紅外熱成像攝像頭捕捉到車輛前方24度范圍300米內(nèi)的熱源（包括人和動物），讓駕駛者提前作出反應(yīng)。

熱成像攝像頭裝在全新奧迪A8L車頭的進(jìn)氣格柵內(nèi)，撲捉前方信息非常直接。當(dāng)熱源（人或者動物）出現(xiàn)在捕捉范圍內(nèi)時，系統(tǒng)會將拍攝到的熱信號送交電腦處理，處理后的圖像就會在儀表盤的顯示器中顯示出來，當(dāng)行人有橫穿車輛前方的意圖時，系統(tǒng)會迅速做出判斷并以紅色突出顯示，同時發(fā)出聲音警告。

七．安全玻璃

汽車發(fā)生碰撞事故時風(fēng)窗玻璃的性能如何，對高速行駛的汽車安全性影響較大。汽車安全玻璃一般具有足夠大的變形余量和柔性，一方面可保證正常狀況下良好的視覺效果；另一方面既能防止碰撞時乘員從窗中飛出，又不致對其頭、頸部位造成較嚴(yán)重傷害。安全玻璃可分為強(qiáng)化玻璃和夾層玻璃