有關(guān)材料成型方面的論文
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材料成型是現(xiàn)代制造業(yè)的重要支柱,對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展和綜合國(guó)力的提升有著十分重要的意義。下文是學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的有關(guān)材料成型方面的論文的范文，歡迎大家閱讀參考!
有關(guān)材料成型方面的論文篇1
試論材料成型技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
摘要：隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，各個(gè)領(lǐng)域?qū)Σ牧系男枨笠苍絹?lái)越大。材料成型技術(shù)決定了材料的產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)規(guī)模，本文通過(guò)對(duì)現(xiàn)階段鑄造、鍛造、焊接等幾種常用材料成型技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，展望材料成型技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。
關(guān)鍵詞：材料成型技術(shù);現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢(shì)
現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的好壞已經(jīng)不僅僅取決于材料自身的屬性，更取決于能否利用合適的材料成型技術(shù)來(lái)充分發(fā)揮材料的特點(diǎn)。材料成型技術(shù)影響著材料產(chǎn)品的質(zhì)量、性能、用途等各個(gè)方面，也影響著現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展。
一、我國(guó)材料成型技術(shù)的現(xiàn)狀
(一)鑄造技術(shù)現(xiàn)狀
鑄造技術(shù)主要用于金屬材料，它是通過(guò)將金屬熔煉成液體注入到鑄型中，經(jīng)過(guò)凝固、清理后得到預(yù)先設(shè)計(jì)的尺寸、形狀和性能的鑄件的材料成型工藝。鑄造按照不同方式分類(lèi)有眾多的種類(lèi)，比如按鑄型分類(lèi)有砂型鑄造和金屬型鑄造;按金屬液的澆注工藝可以分為重力鑄造和壓力鑄造等。總之，鑄造現(xiàn)代材料制造工業(yè)是最基本、最常用的工藝。
現(xiàn)代鑄造主要是快速成型技術(shù)，是指通過(guò)CAD模型直接驅(qū)動(dòng)，計(jì)算機(jī)控制加熱噴頭根據(jù)截面輪廓信息做平面運(yùn)動(dòng)和高度方向運(yùn)動(dòng)，絲材由供絲機(jī)送至噴頭加熱融化后涂覆在工作臺(tái)上，精確地由點(diǎn)到面，由面到體積的堆積成零件。目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的成型方法已經(jīng)有十余種，比如立體平版印刷法，逐層輪廓成型法，光掩模法融化堆積法和選擇性激光燒結(jié)法等[1]。
我國(guó)材料鑄造成型工藝技術(shù)水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于世界發(fā)達(dá)國(guó)家水平，具體體現(xiàn)在：鑄件的質(zhì)量差，工藝水平較低，加工余量過(guò)多;大型鑄件的厚大斷面存在宏觀偏析、晶粒粗大等問(wèn)題;鑄件裂紋問(wèn)題較多;澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在卷氣、夾雜等缺陷，使鑄件的出品率和合格率較低;能源和原材料利用水平較低;環(huán)境污染嚴(yán)重等眾多方面。
(二)電焊技術(shù)現(xiàn)狀
電焊也是材料成型中經(jīng)常用到的技術(shù)之一，它主要應(yīng)用于材料的連接、造型、封閉等方面。當(dāng)前，我國(guó)主要使用的電焊成型技術(shù)主要有弧焊、電阻焊和特種焊等幾種。弧焊技術(shù)主要是氣體保護(hù)焊和內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力焊，常用于鐵軌、油管、氣管等材料的焊接;激光焊、電子束焊以及攪拌摩擦焊等特種焊接技術(shù)也開(kāi)始應(yīng)用在我國(guó)材料成型方面[2]。
目前，我國(guó)的電焊技術(shù)仍存在著一些問(wèn)題，比如，對(duì)環(huán)境的高污染，對(duì)施工人員的健康危害較大，且對(duì)電焊施工人員的技術(shù)水平要求較高;另外，焊接大量地依靠人工操作，產(chǎn)品生產(chǎn)效率較低，人工失誤容易造成產(chǎn)品質(zhì)量的不合格等。
(三)鍛造技術(shù)現(xiàn)狀
鍛造是通過(guò)工具相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)改變工件厚度或截面形狀的方法，是一種傳統(tǒng)的機(jī)械加工工藝。現(xiàn)代鍛造技術(shù)幾乎可以把任意一種金屬鍛壓成形，并使金屬內(nèi)部質(zhì)量得到一定程度的改善。
當(dāng)前我國(guó)材料鍛造成型技術(shù)主要應(yīng)用于汽車(chē)、航空、電子、家電等工業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中，鍛壓技術(shù)主要有冷沖壓、熱模鍛、單機(jī)聯(lián)線自動(dòng)化和大型多工位壓力機(jī)等方式。我國(guó)的鍛造技術(shù)還主要依靠于人工操作，存在著生產(chǎn)效率較低，人身安全和工作環(huán)境較差，沖壓制件產(chǎn)品質(zhì)量較差，人工成本較高等眾多問(wèn)題。
綜上所述，材料成型技術(shù)是汽車(chē)、能源、機(jī)械造船等國(guó)家支柱產(chǎn)業(yè)和國(guó)防工業(yè)的關(guān)鍵基礎(chǔ)加工技術(shù)，但是我國(guó)在材料成型核心領(lǐng)域或關(guān)鍵技術(shù)方面還有較大的差距。比如軍用或民用飛機(jī)中的燃?xì)廨啓C(jī)葉片、大型水電工程水輪機(jī)的葉輪等方面，依然比較依賴(lài)于進(jìn)口。
二、材料成型技術(shù)的發(fā)展情況
高速發(fā)展的工業(yè)技術(shù)要求材料成型技術(shù)的精確化、輕量化、集成化，隨著新科學(xué)技術(shù)的不斷出現(xiàn)，材料成型技術(shù)也在不斷變革。近年來(lái)，鑄造、電焊及鍛造等材料成型技術(shù)都有所升級(jí)與革新。
(一)鑄造技術(shù)的發(fā)展
鑄造技術(shù)在近年來(lái)出現(xiàn)了液壓塑性成型、精密鍛造、鎂及鋁合金半固態(tài)成型、鈦合金成型等新技術(shù)。在汽車(chē)工業(yè)出現(xiàn)了可控壓力鑄造、消失模鑄造以及壓力鑄造等新一代汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁鋁合金缸體鑄件的新方法;在航空工業(yè)中，則出現(xiàn)了用定向凝固熔模鑄早生產(chǎn)高溫合金單晶體燃?xì)廨喨~片的方法。另外，隨著金屬基復(fù)合材料、金屬間化合物材料等新材料的研究開(kāi)發(fā)，新的材料成型方法也不斷涌現(xiàn)。比如材料電磁成型加工、金屬基復(fù)合材料液態(tài)噴射成型技術(shù)、激光直接加工成型技術(shù)等的[3]。
(二)電焊技術(shù)的發(fā)展
電焊技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步主要體現(xiàn)在逆變式焊接電源所占的比重越來(lái)越大;自動(dòng)、半自動(dòng)電焊機(jī)，尤其是高效節(jié)能的CO2焊接得到快速發(fā)展;熔化極氣體保護(hù)焊已經(jīng)逐漸取代手工電弧焊成為電焊的主流;焊機(jī)的操作趨向于簡(jiǎn)單化、智能化;在汽車(chē)、造船、工程機(jī)械和航空航天等領(lǐng)域使用智能化焊接機(jī)器人等。另外，專(zhuān)業(yè)配套的焊接設(shè)備應(yīng)用的范圍也越來(lái)越大。
(三)鍛造技術(shù)的發(fā)展
鍛造技術(shù)的發(fā)展表現(xiàn)為材料柔性自動(dòng)化技術(shù)的提升，工業(yè)裝備的數(shù)控化、自動(dòng)化、柔性化蓬勃發(fā)展。鍛壓技術(shù)主要用于汽車(chē)工業(yè)，隨著汽車(chē)工業(yè)的快速發(fā)展不斷更新進(jìn)步，由于現(xiàn)代汽車(chē)工業(yè)生產(chǎn)規(guī)?；?、車(chē)型個(gè)性化、車(chē)型批量小、變化快、多車(chē)型生產(chǎn)和車(chē)身覆蓋一體化大型化等特征，要求鍛壓技術(shù)必須放棄以前的加工單一品種剛性生產(chǎn)的方法，升級(jí)為具有高柔性和高效率的自動(dòng)化鍛壓設(shè)備。
三、材料成型技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
(一)高效節(jié)能
隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)材料的需求量越來(lái)越大，這就意味著材料成型的時(shí)間必須縮短，材料生產(chǎn)的規(guī)模需要擴(kuò)大，也就是材料成型的效率需要得到提高。而未來(lái)能源必然會(huì)愈加緊張，能源浪費(fèi)高的材料成型技術(shù)將不再適合時(shí)代的要求，節(jié)省能源的材料成型技術(shù)將會(huì)成為社會(huì)的主流。所以，高效節(jié)能是未來(lái)材料成型技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)所在，以提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，減少能源消耗[4]。
(二)綠色環(huán)保
社會(huì)的發(fā)展使人們的健康和綠色環(huán)保意識(shí)越來(lái)越強(qiáng)，對(duì)生活和工作環(huán)境有了更高的要求，高污染、作業(yè)環(huán)境惡劣以及對(duì)人體危害較大的材料成型技術(shù)會(huì)逐漸被人們放棄，轉(zhuǎn)而研發(fā)潔凈環(huán)保的新型材料成型技術(shù)，以降低對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的噪音、氣體、水資源等方面的污染，提高工作人員的人身健康安全。
(三)數(shù)字化與智能化
數(shù)字化是建立數(shù)字化數(shù)據(jù)體系，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)體系、制造技術(shù)以及檢測(cè)與后加工的數(shù)字化。數(shù)字化技術(shù)體系的建立，能夠減少材料生產(chǎn)中各個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的誤差，加強(qiáng)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)督檢驗(yàn)。智能化是指在材料成型的生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)材料生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)施智能化控制技術(shù)，優(yōu)化生產(chǎn)工藝和流程，以提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量[5]。
(四)自動(dòng)化
自動(dòng)化是材料成型技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。隨著工業(yè)發(fā)展對(duì)材料產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定性要求的提高，提升材料生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化就顯得十分有必要。它可以改變材料制造中勞動(dòng)密集型特征，解決材料生產(chǎn)中的人工失誤和生產(chǎn)效率等問(wèn)題，達(dá)到提高制造效率和產(chǎn)品質(zhì)量的目標(biāo)。
結(jié)語(yǔ)：
工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，要求材料成型產(chǎn)品性能高、成本低、周期短。為了生產(chǎn)高精度、高質(zhì)量和高效率的產(chǎn)品，材料成型技術(shù)就需要從傳統(tǒng)的單一型走向復(fù)合型、多功能型，變得綜合化、多樣化、多科學(xué)化。加快材料成型技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，是適應(yīng)國(guó)際市場(chǎng)，參與全球競(jìng)爭(zhēng)的必然要求。
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有關(guān)材料成型方面的論文篇2
淺談激光相變技術(shù)在材料成型中的應(yīng)用
摘要：主要介紹了激光相變硬化的特點(diǎn)及強(qiáng)化機(jī)理、激光表面相變硬化工藝。分析了鋼鐵材料激光相變硬化后的組織與性能， 及近年來(lái)激光相變硬化技術(shù)在材料科學(xué)領(lǐng)域的研究狀況。激光技術(shù)自2 0 世紀(jì)6 0 年代問(wèn)世以來(lái)， 在各行業(yè)都獲得了重要的應(yīng)用。近年來(lái)， 激光表面處理技術(shù)不僅在研究和開(kāi)發(fā)方面迅速發(fā)展， 而且在工業(yè)應(yīng)用方面也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步， 成為表面工程一個(gè)十分活躍的新興領(lǐng)域。激光表面處理既可以通過(guò)激光相變硬化(激光淬火)、表面熔凝改變基體表層材料的微觀結(jié)構(gòu)， 也可以通過(guò)激光熔覆、氣相沉淀和合金化等處理方法同時(shí)改變基體表層的化學(xué)成分和微觀結(jié)構(gòu)。其中， 激光相變硬化是現(xiàn)有各種激光表面處理技術(shù)中研究和應(yīng)用最多的方法之一。然而目前激光表面相變硬化技術(shù)的應(yīng)用還不象傳統(tǒng)熱處理技術(shù)那樣廣泛和成熟， 但由于其具有獨(dú)特的優(yōu)越性而正日益受到人們的重視， 已經(jīng)在機(jī)械制造、交通運(yùn)輸、石油、礦山、紡織、冶金、航空航天等領(lǐng)域得到應(yīng)用和發(fā)展。
1 激光相變硬化的機(jī)理及特點(diǎn)
激光相變硬化是局部的急熱急冷過(guò)程。由于加熱時(shí)間短， 熱影響區(qū)域小， 硬化層較淺， 一般只有0.3 一1.0 mm。激光相變硬化加熱時(shí)， 表面升溫速度可達(dá)104～ 106℃/s ， 使材料表面迅速達(dá)到奧氏體化溫度， 原有材料中珠光體組織通過(guò)無(wú)擴(kuò)散轉(zhuǎn)化為奧氏體組織， 隨后通過(guò)自身熱傳遞以106 一108℃ /s 的冷卻速度快速冷卻，它既可在原晶界和亞晶界成核， 也可在相界面和其它晶體缺陷處成核， 而在快速加熱下的瞬間奧氏體化使晶粒來(lái)不及長(zhǎng)大， 在馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)， 必然轉(zhuǎn)變成細(xì)小的馬氏體組織; 另一方面， 激光快速加熱， 使得擴(kuò)散均勻化來(lái)不及進(jìn)行， 奧氏體內(nèi)碳及合金元素濃度不均勻性增大， 奧氏體中含碳量相似的微觀區(qū)域變小， 在隨后的快速冷卻條件下， 不同的微觀區(qū)域內(nèi)馬氏體形成溫度有很大的差異， 這也導(dǎo)致了細(xì)小馬氏體組織的形成。激光淬火后的馬氏體組織為板條狀馬氏體組織和孿晶馬氏體組織， 位錯(cuò)密度極高， 可達(dá)10l2/cm2。研究表明： 晶粒細(xì)化， 馬氏體高位錯(cuò)密度， 碳的固溶度高是獲得超高硬度的主要原因[3]。
2 激光表面相變硬化工藝
2.1 材料表面預(yù)處理
金屬材料表面對(duì)激光輻射能量吸收能力主要取決于表面狀態(tài)。一般金屬材料表面經(jīng)過(guò)機(jī)械加工， 表面粗糙度很小， 其反射率可達(dá)80%一90%，影響金屬材料表面吸收光能的效率[4]。為了提高金屬表面對(duì)激光的吸收效率， 在激光硬化前要進(jìn)行表面預(yù)處理， 其方法有磷化法、提高表面粗糙度法、氧化法、噴涂涂料法、鍍膜法等， 其中最常用的是磷化法和噴涂涂料法。在原始表面上覆以吸收激光物質(zhì)涂層是最有效的一種。這些涂料除了能大大提高吸收率外， 還必須具有廉價(jià)、無(wú)毒、無(wú)污染、與基體結(jié)合牢靠、干燥快、激光掃描時(shí)無(wú)反噴、激光處理后清除方便等特點(diǎn)。為此， 研制出在激光淬火前能涂覆在被處理金屬表面， 從而大大提高金屬表面對(duì)激光的吸收能力的涂料， 已成為激光技術(shù)能否在工業(yè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用的一個(gè)重要課題[5]。
2.2影響相變硬化層的主要參數(shù)及其相互關(guān)系
激光相變硬化過(guò)程是一個(gè)錯(cuò)綜復(fù)雜的快速加熱快速冷卻的淬火過(guò)程。激光硬化層的尺寸參數(shù) (硬化層寬度、硬化層深度、表面粗糙度)和性能參數(shù)(顯微硬度、耐磨性、組織變化)取決于激光功率密度(激光功率、光斑尺寸)、掃描速度、材料的性質(zhì)(成分、原始狀態(tài))和表面預(yù)處理特性等， 同時(shí)也與被處理零件的幾何形狀和尺寸以及激光作用區(qū)的熱力學(xué)性質(zhì)有關(guān)。在其他工藝因素不變的條件下， 其主要工藝參數(shù)有激光器輸出功率(P)、掃描速度(V)和作用在材料表面上的光斑尺寸(D)，三者的綜合作用直接反映了激光淬火過(guò)程的溫度及其保溫時(shí)間。三個(gè)參數(shù)對(duì)激光相變硬化效果的影響關(guān)系式為：
激光相變硬化層深度(H)ocP/(DxV)
由上式可知， 激光相變硬化層深正比于P， 反比于D、V， 三者可互相補(bǔ)償， 經(jīng)適當(dāng)?shù)倪x擇和調(diào)整可獲得相近的硬化效果[4]。另外， 還應(yīng)考慮各參數(shù)值的選擇范圍，D不能過(guò)大，V不能過(guò)小， 以免冷卻速度過(guò)低， 不能實(shí)現(xiàn)馬氏體轉(zhuǎn)變。反之， 當(dāng)激光輸出功率過(guò)大時(shí)， 容易造成表面熔化， 影響表面的幾何形狀。奧氏體的轉(zhuǎn)變臨界溫度與材料的熔點(diǎn)之比值越小， 允許產(chǎn)生相變的溫度范圍越大， 硬化層深度就越深。
2.3 激光相變硬化掃描方式
激光的掃描方式有圓形或矩形光斑的窄帶掃描和線形光斑的寬帶掃描。窄帶掃描的硬化帶寬度與光斑直徑相近， 一般在5 ～ 以?xún)?nèi)。對(duì)于要求大面積硬化時(shí)， 必須逐條地進(jìn)行掃描， 各掃描帶之間需要重疊， 重疊部分將留下回火軟化帶， 回火軟化帶的寬度與光斑特性有關(guān)， 一般均勻矩形光斑產(chǎn)生的回火軟化帶較小。寬帶掃描的寬度可達(dá)十幾毫米， 有效地減少了軟化帶的不良影響。清華大學(xué)劉文今等人[l0] 曾用GaAs 二元光學(xué)器件聚焦后得到線光斑， 對(duì)45 鋼凸輪表面進(jìn)行激光熔凝一合金化的研究， 提高了凸輪強(qiáng)化表面的硬度和耐磨性。
3 結(jié)束語(yǔ)
激光相變硬化技術(shù)從開(kāi)始應(yīng)用到現(xiàn)在， 已經(jīng)歷了30多年的發(fā)展歷程， 應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。但由于這項(xiàng)工藝的技術(shù)含量很高， 工藝過(guò)程中影響因素太多， 設(shè)備費(fèi)用高昂， 除了對(duì)形狀簡(jiǎn)單、工藝基本定型且批量較大的工件可以專(zhuān)門(mén)建立生產(chǎn)線， 并可獲得穩(wěn)定的加工質(zhì)量外， 在形狀較為復(fù)雜的工件中應(yīng)用仍存在不少問(wèn)題， 基本上還是一種成本高、控制復(fù)雜但性能特殊的實(shí)驗(yàn)室技術(shù)。但是， 由于激光相變硬化技術(shù)所具有的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)， 它仍是一項(xiàng)有廣泛應(yīng)用前景的高新技術(shù)。隨著數(shù)值模擬與計(jì)算機(jī)控制技術(shù)研究的不斷進(jìn)展， 可適用于各種情況的激光相變硬化工藝實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的研制也將獲得成功， 那時(shí)必將為激光相變硬化技術(shù)全面進(jìn)入自動(dòng)化生產(chǎn)線鋪平道路。
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