第一篇：先進加工技術

工程訓練報告

先進加工技術----3D打印

學院：機械與汽車工程學院

班級：機械13--4 姓名：姜暉

學號：201301011215

先進加工技術--------3D打印

眾所周知，傳統的打印技術及其所配套的打印設備只能進行簡單或者稍微復雜的二維平面打印。然而，隨著時代的發展，特別是對于加工效率，加工精度的要求日益增長的情況下，傳統的二維打印越來越力不從心，在一次次高科技革命的推動下，3D打印應運而生。

3D打印，也稱為3D立體打印技術，即快速成型技術的一種，它是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。

3D打印技術最早出現于20世紀90年代，是利用光固化和紙層疊等技術的最新快速成型裝置。原理方面與傳統的二維打印機相同，打印盒內裝有粉末等打印材料與電腦連接后，通過電腦控制把“打印材料”一層層疊加起來，最終把計算機上的藍圖變成實物的一種快速成型技術。

相對于傳統打印機，3D打印機所用原理基本相同，但是所用的原料并不相同，傳統打印機所用的材料是墨粉和各種紙張，而3D打印機內裝有金屬、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是實實在在的原材料，當打印機與電腦連接后，在電腦進行控制下，按照設計人員設定的三維立體模型，將原材料一層一層疊加起來，將計算機的立體模型變為一個實實在在的立體產品。

3D打印存在著許多不同的技術。它們的不同之處在于以可用的材料的方式，并以不同層構建創建部件。3D打印常用材料有尼龍玻纖、耐用性尼龍材料、石膏材料、鋁材料、鈦合金、不銹鋼、鍍銀、鍍金、橡膠類材料。

介紹了3D打印技術，就不得不介紹3D打印的工作過程.3D打印最重要的一個過程就是設計過程，3D打印的設計過程是：先通過計算機建模軟件建模，再將建成的三維模型“分區”成逐層的截面，即切片，從而指導打印機逐層打印。

其次便是相切面包一樣，對模型進行切片處理：打印機通過讀取文件中的橫截面信息，用液體狀、粉狀或片狀的材料將這些截面逐層地打印出來，再將各層截面以各種方式粘合起來從而制造出一個實體。這種技術的特點在于其幾乎可以造出任何形狀的物品。

打印機打出的截面的厚度（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）或者微米來計算的。一般的厚度為100微米，即0.1毫米，也有部分打印機如ObjetConnex 系列還有三維 Systems' ProJet 系列可以打印出16微米薄的一層。而平面方向則可以打印出跟激光打印機相近的分辨率。打印出來的“墨水滴”的直徑通常為50到100個微米。用傳統方法制造出一個模型通常需要數小時到數天，根據模型的尺寸以及復雜程度而定。而用三維打印的技術則可以將時間縮短為數個小時，當然其是由打印機的性能以及模型的尺寸和復雜程度而定的。

傳統的制造技術如注塑法可以以較低的成本大量制造聚合物產品，而三維打印技術則可以以更快，更有彈性以及更低成本的辦法生產數量相對較少的產品。一個桌面尺寸的三維打印機就可以滿足設計者或概念開發小組制造模型的需要。

完成以上步驟后，便只剩下完成打印了：三維打印機的分辨率對大多數應用來說已經足夠（在彎曲的表面可能會比較粗糙，像圖像上的鋸齒一樣），要獲得更高分辨率的物品可以通過如下方法：先用當前的三維打印機打出稍大一點的物體，再稍微經過表面打磨即可得到表面光滑的“高分辨率”物品。

有些技術可以同時使用多種材料進行打印。有些技術在打印的過程中還會用到支撐物，比如在打印出一些有倒掛狀的物體時就需要用到一些易于除去的東西（如可溶的東西）作為支撐物。

現行的3D打印有多種成型方法，每項各有利弊：

電子束是3D金屬打印成型最快方法電子束快速成型技術目前還有一些技術難點尚待進一步研究，比如成型過程中廢熱高，金屬構件中金相結構控制較為困難，特別是成型時間長，先凝固的部分經受的高溫時間長，對金屬晶態成長控制困難，進而引起大尺度構件應力復雜等等。

電子束成型對復雜腔體，扭轉體，薄壁腔體等成型效果不佳，他的成形點陣精度在毫米級，所以成型以后仍然需要傳統的精密機械加工，也需要傳統的熱處理，甚至鍛造等等。

但電子束快速成型速度快，是目前3D金屬打印類打印速度最快的，可達15KG／小時，設備工業化成熟度高，基本可由貨架產品組合，生產線構建成本低，具有很強的工業普及基礎，同時，電子束快速成型設備同時還能具有一定的焊接能力和金屬構件表面修復能力，應用前景廣泛。在發動機領域，目前美國和中國在電子束控制單晶金屬近凈形成型技術方面正積極研究，一旦獲得突破，傳統的單晶渦輪葉片生產困難和生產成本高的問題將獲得極大的改善，從而大大提高航空發動機的性能，并對發動機研制改進等提供了極大的助力。

由于電子束成形精度受到電子束聚焦和掃描控制能力的限制，激光作為更高精度的能量介質引起高度重視，激光成形技術幾乎是和電子束成形技術同步起步發展，但是，由于穩定的10KW以上級的大功率激光器到2008年才開始逐步工業化，所以激光成形技術在最近才出現噴涌的盛況。

激光數字成型技術主要有兩個類別，一是激光近凈成形制造（LENS）、金屬直接沉積（DMD），這個類別的技術和電子束快速成型類似，也是利用控制掃描區域形成控制的熔融區，用金屬絲或金屬粉同步掃描點添加，金屬熔融沉積，這項技術算電子束快速成型的高精度的進化成果，激光的掃描點陣精度可以比電子束高一個數量級，可以得到更高精度的零件，從而進一步減少材料的耗量和機械加工的需求，同時它還能保留電子束快速成型的打印速度快的優勢。

這類區域熔融的技術需要大尺度的腔體提供零件加工所需的真空環境，這限制了加工零件的尺寸，激光熔融區的大小和功率直接相關，越大形的構件加工能力要求越高，由于電子束對金屬的熱效應深度比較大，而激光熱效應深度較小，激光成形時胚體受熱和散熱狀況要好于電子束，因此它能形成很薄的熔化區和更細密均勻的沉積構造，凝固過程中的金相結構更容易控制，熱應力復雜度要低很多，可以制造更精確的形狀和更復雜零件，也能制造較薄壁的零件類型。美DRAPA，洛克希德先進制造技術中心，和飛利浦、賓州大學等于2013年演示的先進制造

DM概念，就是基于這類技術基礎。

激光3D打印幾乎可直接加工出工業零件

目前主流的激光打印機是利用硒鼓靜電吸附墨粉，激光掃描熔融墨粉形成圖像的，這種打印方式精度可達300PPI，利用激光打印和粉末冶金技術結合，新一代的最有希望的最精密成型的技術是以直接金屬激光燒結（Direct metal laser sintering，DMLS）和選區激光（selective laser sintering，SLS）為代表的激光精密數字成形。這兩者都是在基底鋪設金屬粉末，由激光掃瞄燒結，所不同的是，直接燒結是邊鋪粉邊燒，而選區燒結是先鋪整層粉末，然后激光掃描燒結，這種燒結每次沉積厚度約20－100微米，通過反復多次的沉積最終獲得三維立體的零件。

激光精密成形的優點是精度高，成形點陣可以小于0.01毫米，可以得到近似平滑的表面，能夠處理空腔，薄壁等復雜空間扭轉體，和相互交叉穿透的復雜空腔和管路，幾乎可以加工出直接應用的工業零件。

激光3D打印零件強度略小于鍛造機加件

高精度激光燒結對激光的功率要求中等，燒結點溫度雖然高，但是點陣小，每點陣金屬熔融凝固量很少，全過程熱釋放低，材料胚體溫度接近常溫區，較少形成復雜的熱應力情況，金屬凝固形成的金相較為均勻細密，大多為細小的晶格態，類似于經過鍛造的金屬構件，獲得金屬零件強度略小于鍛造機加件。

美國德州大學奧斯汀分院最早于1986年提出SLS的專利，由DTM公司提供商用設備，美國麻省理工1988年提出DMLS的概念和專利，但目前商用化設備主要的供應商都來源于歐洲，德國EOS略占優勢，MTT 公司和 Concept Laser 公司也具有很強的競爭力。中國于1998年以后開始開展SLS方面的研究，2000年以后，隨著商品化光纖激光器的成熟，國內在SLS方面取得一定成果，2004年起，有至少3家公司和單位提出SLS技術應用化的專利，在航空領域因材料強度方面的問題，早期的應用主要在快速建立冶金應用模具方面。

作為一種主流的高新技術，3D打印有著非常廣闊的應用領域：軍工，航天，醫學，甚至于建筑行業，均存在著3D打印技術的影子.3D打印技術目前在全球也是前沿技術和前沿應用，最尖端的航空工業對這種技術最為關注也最嚴謹，美國90年代中期就獲得這類技術的工業嘗試，但是他們一直稱為近凈成型加工技術，F－22,F－35都有應用，不過因為一些加工工藝等原因，美國也沒有能大規模應用，但美國將這一技術一直作為先進制造技術而由美國國防高級研究計劃局（DRAPA）牽頭，組織美國30多家企業對這一技術長期研究。

美國如此重視，我國自然也不甘落后。最近幾年，中國航空工業捷報頻傳，先進戰斗機殲-20，殲-31，艦載機殲-15，運輸機運-20一大批高新機不斷誕生，接踵而出，最為引人關注的是，在2013年全球3D打印熱潮中，以北航和西工大兩個科研主體帶動，沈飛、成飛、西飛等數家航空制造企業為主體，成為全球第二個能夠在實際應用中利用3D打印技術制造飛機零件的國家。

與其他的高新技術一樣，3D打印技術也有著自身的缺點和不足之處。

3D打印零件強度還難以作為飛機受力構件

3D打印概念的出現是一種制造工業領域革命性的新技術，目前的諸多成形手段和方法都有各自的具體優點和缺陷，在航空領域，選擇燒結SLS技術看起來潛力最大，應用前景最廣泛，它的材料適應范圍最廣，從鋁合金、鈦合金、高強度鋼、高溫合金到陶瓷都能處理，但是它屬于微觀粉末冶金的范疇，快速成形中，粉末冶金技術中因熔融——凝固過程過快，成形體中容易夾雜空穴，未完全熔融的粉末，胚體缺陷還有可能包括激光掃描線方向形成的熔融——凝固不均勻金相微觀線狀晶格排列，這些都會嚴重影響了成形件的強度。

目前激光選區成形的構件大多都只能達到同牌號金屬鑄造的強度水平，雖然這已經能讓構件進入正常的應用領域，但顯然要承擔象飛機這樣的主要結構受力構件還是有很大限制的。

3D金屬打印零件表面還需進一步機械加工直接金屬激光燒結DMLS技術因為直接用激光熔融金屬絲沉積，金屬本身是致密體重熔，不易產生粉末冶金那樣的成形時的空穴，這個技術生產的構件致密度可達99％以上，接近鍛造的材料胚體，目前國際國內都主要利用這種技術制造高受力構件，它能達到同牌號金屬最 高強度的90～95％左右的水平，接近一般鍛造構件。

目前的金屬3D打印構件都不能直接形成符合要求的零件表面，它都必須經過表面的機械加工，去除表面多余的，不連續的，不光滑的金屬，才能作為最終使用的零件，因此，盡管3D打印可以獲得復雜的空間結構和一些復雜的管路和腔體，但是這些管路和腔體的機械加工很有可能無法進行，其零件的重量效率，管路流動效率等方面不一定能夠滿足實際需求，因此，盡管3D打印可能能一步直接完成很多復雜零件的成形，但其還不具備直接取代傳統機械加工的能力。

3D打印對飛機大型構件制造還存在問題

直接成形的金屬零件在生產過程中因為反復經受局部接近熔點溫度受熱，內部熱應力狀態復雜，在成形某些大型細長體，薄壁體金屬構件時，應力處理和控制還不能滿足要求，實際上到目前為止一直影響3D打印在航空業的應用也正是因為這個原因。

美國從1992年開始就不斷利用這類技術希望能夠直接生產飛機用的大型框架，粱絎，整體壁板等，正是因為應力復雜，大型構件成形過程中或成形后會產生嚴重變形，嚴重到無法使用。所以3D打印技術盡管很早就出現了，但國外航空工業界還持有相當的保守態度也是有原因的。激光3D打印工業化面臨精細度難題目前激光成形技術面臨工業化的兩個方向相互間有矛盾，一是打印精細度，目前的打印精細度SLS最高，基本在1～0.1毫米左右，而其他技術加工生成的零件表面精度則在0.8～5毫米之間，目前市場銷售的2D激光打印機點陣精度在1200DPI左右即0.02毫米，這個精度可以獲得近似光滑的曲面，提高精度受到打印耗材粉末的粒徑粗細和激光熔融金屬液態滴狀表面張力影響，要把精度提高到0.1毫米以下還有很大困難，不過鋪粉預處理、激光超快速融化——凝固等技術的出現會為提高激光成形的精度有很大幫助。

激光3D打印工業化面臨打印速度難題另一個發展方向則是提高打印速度，目前激光打印的速度還是較慢的，每小時印重量大多都在1公斤以下，最好水平也只有9公斤／小時左右，要實現工業化生產，特別是大規模化生產，這個速度是不夠的，現在的激光成形基本還是單光頭單層鋪粉作業，未來為了提高打印速度和應對超大型構件打印，已經有多光頭多層鋪粉同步打印的設計出現。

激光成形目前尚屬于單一技術應用，但是在工業界，激光沖擊強化在冶金方面應用已經有10幾年的歷史了，激光打印成形實際上很有希望能夠直接集成激光沖擊強化，激光淬火等技術，它能讓激光成形的構件更加致密，且具有高級別的強度，實際上激光3D打印機都能簡單的通過軟件控制來實現激光沖擊強化的功能。

現在3D打印技術還只是露出第一縷曙光

新的制造方法需要新的一系列處理工藝配合，3D打印目前只能算一絲曙光，真正達到大規模應用產生效益，還需要很長的時間發展和積累。

3D打印技術的出現是信息革命在攻克傳統工業的最后堡壘的終結的沖鋒號，因而引發了一系列的科學技術領域研究的新課題，激光粉末冶金，微沉積金相學，微觀淬火、鍛造，激光沖擊強化等一系列機械制造，冶金等領域的課題將會讓已經暮氣沉沉的傳統冶金科學，和制造科學領域重新充滿發展的動力，在未來的數十年間，誰在這些技術領域獲得應用化的實際成果，可能會影響和顛覆現有的制造工業的基本面貌,未來可謂潛力無限。

第二篇：材料先進加工技術

1.快速凝固

快速凝固技術的發展，把液態成型加工推進到遠離平衡的狀態，極大地推動了非晶、細晶、微晶等非平衡新材料的發展。傳統的快速凝固追求高的冷卻速度而限于低維材料的制備，非晶絲材、箔材的制備。近年來快速凝固技術主要在兩個方面得到發展：①利用噴射成型、超高壓、深過冷，結合適當的成分設計，發展體材料直接成型的快速凝固技術；②在近快速凝固條件下，制備具有特殊取向和組織結構的新材料。目前快速凝固技術被廣泛地用于非晶或超細組織的線材、帶材和體材料的制備與成型。2.半固態成型

半固態成型是利用凝固組織控制的技術.20世紀70年代初期，美國麻省理工學院的Flemings教授等首先提出了半固態加工技術，打破了傳統的枝晶凝固式，開辟了強制均勻凝固的先河。半固態成型包括半固態流變成型和半固態觸變成形兩類：前者是將制備的半固態漿料直接成型，如壓鑄成型（稱為半固態流變壓鑄）；后者是對制備好的半固態坯料進行重新加熱，使其達到半熔融狀態，然后進行成型，如擠壓成型（稱為半固態觸變擠壓）3.無模成型

為了解決復雜形狀或深殼件產品沖壓、拉深成型設備規模大、模具成本高、生產工藝復雜、靈活度低等缺點，滿足社會發展對產品多樣性（多品種、小規模）的需求，20世紀80年代以來，柔性加工技術的開發受到工業發達國家的重視。典型的無模成型技術有增量成型、無摸拉拔、無模多點成型、激光沖擊成型等。4.超塑性成型技術

超塑性成型加工技術具有成型壓力低、產品尺寸與形狀精度高等特點，近年來發展方向主要包括兩個方面：一是大型結構件、復雜結構件、精密薄壁件的超塑性成型，如鋁合金汽車覆蓋件、大型球罐結構、飛機艙門，與盥洗盆等；二是難加工材料的精確成形加工，如鈦合金、鎂合金、高溫合金結構件的成形加工等。5.金屬粉末材料成型加工

粉末材料的成型加工是一種典型的近終形、短流程制備加工技術，可以實現材料設計、制備預成型一體化；可自由組裝材料結構從而精確調控材料性能；既可用于制備陶瓷、金屬材料，也可制備各種復合材料。它是近20年來材料先進制備與成型加工技術的熱點與主要發展方向之一。自1990年以來，世界粉末冶金年銷售量增加了近2倍。2003年北美鐵基粉末。相關的模具、工藝設備和最終零件產品的銷售額已達到91億美元，其中粉末冶金零件的銷售為64億美元。美國企業生產的粉末冶金產品占全球市場的一半以上。可以預見，在較長一段時間內，粉末冶金工業仍將保持較高的增長速率。粉末材料成型加工技術的研究重點包括粉末注射成型膠態成型、溫壓成型及微波、等離子輔助低溫強化燒結等。6.陶瓷膠態成型

20世紀80年代中期，為了避免在注射成型工藝中使用大量的有機體所造成的脫脂排膠困難以及引發環境問題，傳統的注漿成型因其幾乎不需要添加有機物、工藝成本低、易于操作制等特點而再度受到重視，但由于其胚體密度低、強度差等原因，他并不適合制備高性能的陶瓷材料。進入90年代之后，圍繞著提高陶瓷胚體均勻性和解決陶瓷材料可靠性的問題，開發了多種原位凝固成型工藝，凝膠注模成型工藝、溫度誘導絮凝成形、膠態振動注模成形、直接凝固注模成形等相繼出現，受到嚴重重視。原位凝固成形工藝被認為是提高胚體的均勻性，進而提高陶瓷材料可靠性的唯一途徑，得到了迅速的發展，已逐步獲得實際應用。

7.激光快速成型

激光快速成形技術，是20實際90年代中期由現代材料技術、激光技術和快速原型制造術相結合的近終形快速制備新技術。采用該技術的成形件完全致密且具有細小均勻的內部組織，從而具有優越的力學性能和物理化學性能，同時零件的復雜程度基本不受限制，并且可以縮短加工周期，降低成本。目前發達國家已進入實際應用階段，主要應用于國防高科技領域。國內激光快速成形起步稍晚于發達國家，在應用基礎研究和相關設備建設方面已有較好的前期工作，具備了通過進一步研究形成自身特色的激光快速成形技術的條件。8.電磁場附加制備與成型技術

在材料的制備與成形加工過程中，通過施加附加外場（如溫度場、磁場、電場、力場等），可以顯著改善材料的組織，提高材料的性能，提高生產效率。典型的溫度場附加制備與形加工技術有熔體過熱處理、定向凝固技術等；典型的力場附加制備與成形技術有半固態加工等；典型的電磁場附加制備與成形加工技術有電磁鑄軋技術、電磁連鑄技術、磁場附加熱處理技術、電磁振動注射成形技術等。近年來，有關電磁場附加制備與成形加工技術的研究在國際上已形成一門新的材料科學分支——材料電磁處理，并且得到迅速發展。9.先進連接技術

①鋁合金激光焊接 ②鎂合金激光焊接

③機器人智能焊接 10.表面改質改性

在材料的使用過程中，材料的表面性質和功能非常重要，許多體材料的失效也往往是從表面開始的。通過涂覆（或沉積、外延生長）表面薄層材料或特殊能量手段改變原材料表面的結構（即對處理進行表面改性），賦予較廉價的體材料以高性能、高功能的表面，可以大大提高材料的使用價值和產品的附加值，是數十年來材料表面加工處理研究領域的主要努力方向。

材料加工技術的總體發展趨勢，可以概括為三個綜合，即過程綜合、技術綜合、學科綜合。由于上述材料加工技術的總體發展趨勢，可以預見，在今后較長一段時間內，材料制備、成型與加工技術的發展將具有以下兩個主要特征：（1）性能設計與工藝設計的一體化。（2）在材料設計、制備、成型與加工處理的全過程中對材料的組織性能和形狀尺寸進行精確控制。

實際上，第一個特征實現材料技術的第五次革命、進入新材料設計與制備加工工藝時代的標志。實現第二個特征則要求具備兩個基本條件：一是計算機模擬仿真技術的高度發展；二是材料數據庫的高度完備化。基于上述材料加工技術的總體發展趨勢和特征，金屬材料加工技術的主要發展方向包括以下幾個方面。1）常規材料加工工藝的短流程化和高效化。

打破傳統材料成形與加工模式，工藝環節，實現近終形、短流程的連續化生產提高生產效率。例如，半固態流變成形、連續鑄軋、連續鑄擠等是將凝固與成形兩個過程合二為一，實行精確控制，形成以節能、降耗、提高生產效率為主要特征的新技術和新工藝。

目前國外鋁合金和鎂合金半固態加工技術已經進入較大規模工業應用階段。鋁合金半固態成型方法主要有流變壓鑄

2）發展先進的成形加工技術，實現組織與性能的精確控制

例如，非平衡凝固技術、電磁鑄軋技術、電磁連鑄技術、等溫成形技術、低溫強加工技術、先進層狀復合材料成形、先進超塑性成形、激光焊接、電子束焊接、復合熱源焊接、擴散焊接、摩擦焊接等先進技術，實現組織與性能的精確控制，不僅可以提高傳統材料的使用性能，還有利于改善難加工材料的加工性能，開發高附加值材料。

3）材料設計（包括成分設計、性能設計與工藝設計）、制備與成形加工一體化

發展材料設計、制備與成型加工一體化技術，可以實現先進材料和零部件的高效，近終形，短流程成型。典型的技術有噴射技術、粉末注射成形、激光快速成型等，是不銹鋼、高溫合金、鈦合金、難熔金屬及金屬間化合物、陶瓷材料、復合材料、梯度功能材料零部件制備成型加工的研究熱點。材料設計、制備與成形加工的一體化，是實現真正意義上的全過程的組織性能精確控制的前提和基礎。

4）開發新型制備與成形加工技術，發展新材料和新產品

塊體非晶合金制備和應用技術、連續定向凝固成形技術、電磁約束成型技術、雙結晶器連鑄與充芯連鑄復合技術、多坯料擠壓技術、微成形加工技術等，是近年來開發的新型制備與成形加工技術。這些技術在特種高性能材料或制品的制備與成形技術加工方面具有各自的特色，受到國內外的廣泛關注。

5）發展計算機數值模擬與過程仿真技術，構建完善的材料數據庫 隨著計算機技術的發展，計算材料科學已成為一門新興的交學科，是除實驗和理論外解決材料科學中實際問題的第3個重要研究方法。它可以比理論和實驗做得更深刻、更全面、更細致，可以進行一些理論和實驗暫時還做不到的研究。因此，基于知識的材料成形工藝模擬仿真是材料科學與制造科學的前沿領域和研究熱點。根據美國科學研究院工程技術委員會的測算, 模擬仿真可提高產品質量5～15倍，增加材料出品率25％，降低工程技術成本13%～30%，降低人工成本5%～20%，提高投入設備利用率30%～60%，縮短產品設計和試制周期30% ～60%等。目前，模擬仿真技術已能用在壓力鑄造、熔模鑄造等精確成形加工工藝中，而焊 接過程的模擬仿真研究也取得了可喜的進展。高性能、高保真、高效率、多學科及多尺度是模擬仿真技術的努力目標，而微觀組織模擬（從mm、μm到nm尺度）則是近年來研究的新熱點課題。通過計算機模擬，可深入研究材料的結構、組成及其各物理化學過程中宏觀、微觀變化機制，并由材料成分、結構及制備參數的最佳組合進行材料設計。計算材料科學的研究范圍包括從埃量級的量子力學計算到連續介質層次的有限元或有限差分模型分析，此范圍可分為4個層次：納米級、微觀、介觀及宏觀層次。在國外，多尺度模擬已在汽車及航天工業中得到應用。鑄件凝固過程的微觀組織模擬以晶粒尺度從凝固熱力學與結晶動力學兩方 面研究材料的組織和性能。20世紀90年代鑄造微觀模擬開始由試驗研究向實際應用發展，國內的研究雖處于起步階段，但在用相場法研究鋁合金枝晶生長、用Cellular Automaton 法研究鋁合金組織演變和汽車球墨鑄鐵件微觀組織與性能預測等方面均已取得重要進展。鍛造過程的三維晶粒度預測也有進展。6）材料的智能化制備與成形加工技術

材料的智能化制備與成形加工技術是1986年由美國材料科學界提出的“第三代”材料成形加工技術，20世紀90年代以來受到日本等先進工業國家的重視它通過綜合利用計算機技術、人工智能技術、數據庫技術和先進控制技術等，以成分、性能、工藝一體化設計與工藝控制方法，實現材料組織性能與成形加工質量，同時達到縮短研制周期、降低生產成本、減少環境負荷的目的。

材料的智能化制備與成形加工技術的研究尚處于概念形成與探索階段，被認為是21世紀前期材料成形加工新技術中最富潛力的前沿研究方向之一。其他的材料先進制備與成形加工前沿技術

電磁軟接觸連鑄、鈦合金連鑄連軋技術、高性能金屬材料噴射成形技術、輕合金半固態加工技術、泡沫鋁材料制備、鋼質蜂窩夾芯板擴散-軋制復合、金屬超細絲材制備技術、超細陶瓷粉末燃燒合成、模具表面滲注鍍復合強化、金屬管件內壁等離子體強化技術、鈦合金激光熔覆技術、非納米晶復合涂層制備技術等。

第三篇：材料先進加工技術論文

材料先進加工技術

結課論文

院系：

學號： 姓名： 指導教師：

目次

說明???????????????????????????????1

1、焊接成形工藝?????????????????????????????1 1.1焊接成形工藝發展歷史???????????????????1 1.2常見焊接工藝簡介??????????????????????1 1.3焊接技術的應用??????????????????????5 1.4 國內焊接技術現狀????????????????????????6

2、特種加工技術?????????????????????????????7 2.1特種加工技術的特點??????????????????????8 2.2幾種特種加工技術簡介?????????????????????11 2.3特種加工的發展趨勢??????????????????????11 3.先進制造技術???????????????????????????12 3.1先進制造技術的研究現狀????????????????????12 3.2先進制造技術的特點??????????????????????13 3.3先進制造技術原理???????????????????????12 3.4工業機器人?????????????????????????14 3.5先進制造技術的發展趨勢???????????????????14 參考文獻???????????????????????????????16

材料先進加工技術結課論文

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說明：本論文綜合余進老師講課重點焊接成型工藝，周琦老師講課重點高壓特種加工技術，以及王克鴻老師先進制造技術等相關內容筆記，分三部分進行內容介紹。通過查閱相關書籍及論文、互聯網、圖書館圖書借閱等途徑，結合自己本科專業課學習經驗整理而成。

1、焊接成型工藝

1.1焊接成形工藝發展歷史

焊接是通過加熱、加壓，或兩者并用，使同性或異性兩工件產生原子間結合的加工工藝和聯接方式。焊接應用廣泛，既可用于金屬，也可用于非金屬。

焊接技術是隨著金屬的應用而出現的，中國最古代早的焊接的焊接方法主要是鑄焊、釬焊和鍛焊，在商朝時期制造的鐵刃銅鉞，就是鐵與銅的鑄焊件，其表面銅與鐵的熔合線蜿蜒曲折，接合良好。春秋戰國時期曾侯乙墓中的建鼓銅座上有許多盤龍，是分段釬焊連接而成的。19世紀末，當Oscar Kjellberg成立伊薩公司以探索他發明的涂層焊條時，伊薩從一開始就和電弧焊的發展結下了不解之緣。19世紀80年代，焊接只用于鐵匠鍛造上。工業化的發展和兩次世界大戰的爆發對現代焊接的快速發展產生了影響。基本焊接方法—電阻焊、氣焊和電弧焊都是在一戰前相繼出現。但20世紀早期，氣體焊接切割在制造和修理工作中占主導地位。過些年后，電焊得到了同樣的認可。

1.2常見焊接工藝簡介

焊接的本質就是通過適當的物理化學過程，使兩個分離的固態物體產生原子（分子）間結合力而連接成一體的成形方法[1]。1.2.1、熔焊

使被連接兩物體表面局部加熱融化成液體，然后冷卻成一體的焊接方法，如：手工電弧焊、埋弧自動焊、氬弧焊等。(1)手工電弧焊

1888年，俄羅斯發明了手工電弧焊接技術，使用無藥皮的裸露金屬棒來產生保護氣體。直到20世紀初，在瑞典發明卡爾伯格過程（Kjellberg process）和Quasi-arc方

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法傳入英國后，藥皮焊條才開始發展起來。由于成本較高，剛開始人們不怎么使用藥皮焊條。但隨著人們對好的焊縫質量需求的日益增長，手工電弧也開始使用藥皮焊條。

原理：利用焊條與工件之間產生的電弧將焊條和工件局部加熱熔化，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。焊條藥皮熔化后形成熔渣并放出氣體，在氣、渣的聯合保護下，有效地排除了周圍空氣的有害影響，通過高溫下熔渣與熔池液態金屬之間的冶金反應，得到優質焊縫。因為熔渣會冷卻、凝固，所以一旦焊縫焊完（或在熔敷下個焊道前）就必須從焊道上清除熔渣。在焊鉗更換新的焊條前，手工電弧過程只能完成短焊縫的焊接。焊縫熔深淺，熔敷質量取決于焊工的技能。過程示意圖如下：

手工電弧焊特點：簡便靈活，適應性強。同時它使用的設備簡單，易于移動，并且費用也比其它電弧焊方法要低。但是，手工電弧焊對焊工的操作技術要求較高，焊接質量在一定程度上決定于焊工的操作技術。此外，手工電弧焊勞動條件差，生產率低。因此，手工電弧焊適用于焊接單件或小批量產品，短的和不規則的、各種空間位置的以及其它不易實現機械化焊接的焊縫。可焊工件厚度在1．5mm以上，1mm以下的薄板則不適于手工電弧焊。(2)埋弧自動焊

埋弧焊焊接原理：在焊絲與焊件之間燃燒的電弧是埋在顆粒狀焊劑下面的。電弧熱將焊絲端部及電弧直接作用的母材和焊劑熔化并使部分蒸發，金屬和焊劑所蒸發的氣體在電弧周圍形成一個封閉空腔，電弧在這個空腔中燃燒。空腔被一層由熔渣所構成的渣膜所包圍，這層渣膜不僅很好地隔絕了空氣和電弧與熔池的接觸，而且使弧光不能輻射出來。被電弧加熱熔化的焊絲以熔滴形式落下，與熔融母材金屬混合形成熔池。密度較小的熔渣浮在熔池之上，熔渣除了對熔池金屬起機械保護作用之外，焊接過程中還與熔池金屬發生冶金反應，從而影響焊縫金屬的化學成分。電弧向前移動。熔池金屬逐漸冷卻后結晶形成焊縫。浮在熔池上的熔渣冷卻后形成渣殼可繼續對高溫

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下焊縫起保護作用，避免被氧化。如下圖。

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埋弧自動焊具有生產率高、焊縫質量高和勞動條件好等優點，而也因其具有只適應于平焊且焊接設備比焊條電弧焊設備復雜等劣勢使其應用受到局限。(3)鎢極氬弧焊

鎢極氬弧焊是在惰性氣體——氬氣的保護下，利用鎢電極與焊件之間產生的電弧熱熔化母材和填充焊絲(如果使用填充焊絲)的一種氣體保護焊方法，如下圖所示。焊接時氬氣從焊槍的噴嘴連續噴出，在電弧周圍形成惰性氣體保護層隔絕空氣，防止對鎢極，熔池以及鄰近熱影響區的有害影響，從而獲得優質接頭。鎢極氬弧焊按操作方式分為手工焊和自動焊兩種。手工鎢極氬弧焊時，焊槍的移動和填充焊絲的添加完全靠操作者手工操作。鎢極組弧自動焊時，如果焊件固定電弧移動，則焊槍移動和填充焊絲的送進全靠機械自動進行。(4)熔化極氣體保護焊

熔化極氣體保護焊用連續送進的焊絲與被焊工件之間燃燒的電弧作為熱源來熔化焊絲與母材金屬于，通過焊槍噴嘴輸送保護氣體，使電弧、熔化焊絲、熔池及其附近的母材金屬免受周圍空氣的有害作用。從焊槍連續送進的焊絲不斷熔化以熔滴形式過渡到熔池中去，與熔化的母材金屬融合形成焊縫金屬。由于熔化極氣體保護焊對焊接區保護簡單、方便、明弧無渣、焊接區便于觀察，易于實現機械化、自動化焊接和進行全位置焊接，而且生產率高，因此在生產中日益廣泛地被采用。

1.2.2壓力焊

壓力焊，對焊件待焊處加壓或加壓又加熱，最后在壓力下焊接的方法，如：電阻焊，摩擦焊，冷壓焊等[2]。

近代首例電阻焊實例是在1856年。James Joule（Joule加熱原理發明者）成功用

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電阻加熱法對一捆銅絲進行了熔化焊接。第1臺電阻焊機用于對接焊。1886年，英國的Elihu Thomson造出了第1個焊接變壓器并在來年為此項工藝申請了專利。該變壓器在2V空載電壓時能產生200A電流輸出。此后，Thomson又發明了點焊機、縫焊機、凸焊機以及閃光對焊機，后來點焊成為電阻焊最常用的方法，如今已廣泛應用于汽車工業和對其它許多金屬片的焊接上。1964年，Unimation生產的首批用于電阻點焊的機器人在通用汽車公司使用。

壓焊又稱固相焊接，利用摩擦、擴散和加壓等物理作用克服兩個連接表面的不平度，擠出氧化膜或其它污染物，使兩個連接表面上的原子相互接近到晶格距離，從而在固態條件下實現兩物體的連接。大都在加壓的同時伴隨加熱措施，但加熱溫度又遠低于物體的熔點。因此壓焊除擴散焊之外一般不需要保護措施。按加熱方法不同，分為冷壓焊、摩擦焊、超聲波焊、電阻焊、爆炸焊、斷焊、擴散焊等，電阻焊又分為點焊、縫焊、凸焊、對焊等。

電阻焊是焊件組合后通過電極施加壓力，利用電流流過接頭的接觸面及鄰近區域產生的電阻熱將其加熱到熔化或塑性狀態，使之在加壓條件形成接頭的一種焊接方法。按工藝特點主要分有：點焊、縫焊、凸焊和對焊；按所用電流波形分有交流、直流和脈沖電流三大類。

點焊是將焊件裝配成搭接接頭，并壓緊在兩電極之間，接通電流后利用電阻熱將焊件局部熔化，形成焊點的方法。

縫焊是焊件裝配成搭接或對接接頭并置于兩滾輪電極之間，滾輪加壓焊件并轉動，連續或斷續送電，從而產生一連串熔核相互搭疊的密封焊縫的電阻焊方法。論文篇幅限制，就不一一介紹了。

1.2.3、釬焊

釬焊，將焊件及熔點低于焊件的釬焊材料同時加熱，至焊料融化，并與相鄰的焊件相互作用、擴散，冷凝后實現連接的方法。釬焊接頭根據需要，可將焊料重熔、拆開，所以是一種辦永久性的連接。釬焊常以搭接形式裝配，焊件之間保持很小的間隙，采用熔點比母材熔點低的金屬材料作為釬料，在低于母材熔點而高于釬料熔點的溫度下加熱，利用液態釬料潤濕母材，填充接頭間隙并與母材相互擴散實現連接焊件的方法。

釬焊與熔焊或壓焊相比，主要不同在于：釬焊時只有釬料熔化而母材保持固態，材料先進加工技術結課論文

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釬料熔點低子母材熔點，其成分與母材也有很大差別，熔化釬料依靠潤濕和毛細作用吸入并保持在母材待焊處間隙中，依靠液態釬料與固態母材之間的相互擴散形成冶金結合。

釬焊過程：表面清洗好的工件以搭接型式裝配在一起，把釬料放在接頭間隙附近或接頭間隙之間。當工件與釬料被加熱到稍高于釬料熔點溫度后，釬料熔化（工件未熔化），并借助毛細管作用被吸入和充滿固態工件間隙之間，液態釬料與工件金屬相互擴散溶解，冷疑后即形成釬焊接頭。

釬焊具有加熱溫度低，對母材組織和性能影響小，且容易保證焊件尺寸精度、可實現異種金屬或合金，金屬與非金屬的連接等優點。某些釬焊方法可一次焊接完成幾十條或成百條釬縫，生產工率高。但釬焊接頭的強度較低，耐熱性差、裝配精度要求高。

1.3焊接技術的應用

1.3.1焊接技術在機床行業的應用

機床行業的焊接技術的應用是隨著國外引進產品技術發展起來的。同時，國內焊接技術的發展也促進了機床行業焊接技術的應用。目前，鈑金加工在機床行業中應用的主要焊接技術有以下幾個方面: 1.氣體保護焊等高效率焊接技術的應用2.數控切割技術應用3.鋼板預處理技術應用。1.3.2焊接技術在航天領域的應用

宇航技術中所用的各類火箭、衛星、飛船、星球車、空間站以及太陽能電站等，它們的結構件、發動機，以及所用的各種儀器等都有一些共同特點，不僅要求零部件質量極為可靠，能經受各種惡劣環境，如強力振動，因日照變化引起的高低溫度交替沖擊，失重，宇宙線幅射，超高真空環境中運作；而且要求零件尺寸小，重量輕，氣

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密性好。因此，對宇航零部件的結構設計、材料選擇及加工工藝都提出了極為苛刻的要求，實踐證明為了滿足上述特點，電子束焊接技術是必不可少的強有力的工具之一。

此外，焊接技術在建筑行業、汽車行業鐵路、造船和醫藥工業、能源和電子工業、機器設備制造和食品工業都得到廣泛應用。

1.4國內焊接技術現狀

新中國建立以來，特別是改革開放25年來，中國先后自行研制、開發和引進了一些先進的焊接設備、技術和材料。目前國際上在生產中已經采用的成熟焊接方法與裝備，在國內也都有所應用，只是應用的深度和廣度有所不同而已。中國的制造企業已經在采用諸如電子束焊接、激光焊接、激光釬焊和激光切割、激光與電弧復合熱源焊接、單絲或雙絲窄間隙埋弧焊、４絲高速埋弧焊、雙絲脈沖氣體保護焊、等離子弧焊接、精細等離子弧切割、水射流切割、數控切割系統、機器人焊接系統、焊接柔性生產線、變極性焊接電源、表面張力過渡焊接電源（STT）和全數字化焊接電源等。甚至目前在國際上比較熱門的攪拌摩擦焊技術，也已經應用到產品的生產上。中國的焊接生產技術水平有了很大的提高，但是存在問題的嚴重性也不容忽視。

總體來看，中國2004年的焊接材料生產總量達到210萬噸，比美國、日本、德國三國焊接材料產量的總和還多，但是其中手工焊接用的焊條產量占７3%，各種機械化、自動化焊接用焊絲占25%，焊接的機械化/自動化率為35%，達到歷年來的最高比例。然而，這僅相當于日本20世紀70年代末焊接機械化/自動化率的水平，日本1979年焊接材料的總產量為40萬噸，手工焊條占58%，各種焊絲占42%，焊接的機械化/自動化率為44%[3]。

綜上所述，焊接工藝已經不是一種輔助工藝，它在最近幾年已經成為制造業中的關鍵加工手段，完成了許多關系國計民生與國防建設的重大戰略性產品的生產，中國已經毫無懸念地成為世界首屈一指的焊接大國。但是國內焊接生產中應用的關鍵焊接材料、焊接設備嚴重依賴國外進口，具有中國自主知識產權的關鍵技術與產品不多，而且總體研發、創新水平和速度都不高，與焊接大國的形象形成了巨大的反差。如果繼續下去，將會逐步成為中國經濟戰略安全的薄弱環節。

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2.特種加工技術

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近年來，計算機技術、微電子技術、自動控制技術、國防軍工和航空航天技術發展迅速，與此同時，高度、高韌性、高強度和高脆性等難切削材料的應用日益廣泛，制造精密細小、形狀復雜和結構特殊工件的求也在日益增加。社會需求與技術進步的結合促使特種加工技術不斷進步和快速發展。所謂特種加工，是一種利用化學能、電能、聲能、機械能以及光能和熱能對金屬或非金屬材料進行加工的方法[4]。其工作原理不同于傳統的機械切削方法，即加工過程中工件與所用工具之間沒有明顯的切削力，工具材料的硬度也可低于工件材料的硬度。特種加工技術在國內外各行各業的應用中取得了巨大成效，它們有著各自的特點，特殊材料或特殊結構工件的加工工藝性發生了根本變化，解決了傳統加工方法所遇到的各種問題，已經成為現代工業領域中不可缺少的重要加工手段和關鍵制造技術。

2.1特種加工技術的特點

特種加工與一般機械切削加工相比，有其獨特的優點，在某種場合上，它是一般機械切削加工的補充，擴大了機械加工的領域。它具有以下較為突出的特點。

（1）不用機械能，與加工對象的機械性能無關，有些加工方法，如激光加工、電火花加工、等離子弧加工、電化學加工等，是利用熱能、化學能、電化學能等，這些加工方法與工件的硬度強度等機械性能無關，故可加工各種硬、軟、脆、熱敏、耐腐蝕、高熔點、高強度、特殊性能的金屬和非金屬材料。

（2）非接觸加工，不一定需要工具，有的雖使用工具，但與工件不接觸，因此，工件不承受大的作用力，工具硬度可低于工件硬度，故使剛性極低元件及彈性元件得以加工。

（3）微細加工，工件表面質量高，有些特種加工，如超聲、電化學、水噴射、磨料流等，加工余量都是微細進行，故不僅可加工尺寸微小的孔或狹縫，還能獲得高精度、極低粗糙度的加工表面。

（4）不存在加工中的機械應變或大面積的熱應變，可獲得較低的表面粗糙度，其熱應力、殘余應力、冷作硬化等均比較小，尺寸穩定性好。

（5）兩種或兩種以上的不同類型的能量可相互組合形成新的復合加工，其綜合加工效果明顯，且便于推廣使用。

（6）特種加工對簡化加工工藝、變革新產品的設計及零件結構工藝性等產生積

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極的影響。

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2.2幾種特種加工技術簡介

2.2.1電火花加工

電火花加工的原理是基于工具和工件之間脈沖性火花放電時的電腐蝕現象來蝕除多余的金屬，以達到對零件的尺寸形狀及表面質量預定的加工要求。按工具電極和工件相對運動的方式和用途的不同，電火花加工工藝大致可分為電火花成形加工、電火花線切割、電火花磨削和鏜磨、電火花同步共軛回轉加工、電火花高速小孔加工、電火花放電沉積與刻字六大類。(1)電火花放電沉積的基本原理與特點

電火花放電沉積的原理是利用脈沖電路的充放電原理，采用導電材料(硬質合金、石墨、合金鋼、鋁和銅等)作為工具電極(陽極)，在空氣或特殊的氣體中使之與被強化的金屬工件(陰極)之間產生火花放電。當工具電極與工件達到某個距離電場強度足以使介質電離擊穿時兩者之間就產生火花放電，使電極端部與工件表面微區發生熔化甚至氣化，熔融金屬在熱作用，電磁力和機械力的作用下沉積在工件表面。電極與工件的放電間隙頻繁發生變化，電極與工件間不斷發生火花放電，從而實現放電沉積。(2)極性效應

在電火花放電加工過程中，無論是正極還是負極，都會受到不同程度的電蝕。這種單純由于正、負極性不同而彼此電蝕量不一樣的現象叫做極性效應。因此，當采用窄脈沖、精加工時應選用正極性加工；當采用長脈沖、粗加工時，應采用負極性加工，此時可得到較高的蝕除速度和較低的電極損耗。從提高加工生產率和減小工具損耗的角度來看，極性效應愈顯著愈好，故在電火花加工中必須充分利用。當用交變的脈沖電流加工時，單個脈沖的極性效應便相互抵消，增加了工具的損耗，因此，電火花加工一般采用單向脈沖電源。

(3)電火花加工中電極損耗分析與解決措施

電火花在整個加工過程中要受到各種干擾因素的影響, 這些干擾因素直接或間接地影響著加工質量。在電火花加工過程中電極損耗分為絕對損耗和相對損耗。造成電極損耗的原因有：小面積精加工，加工件結構尺寸偏小，加工時間過長，電極裝夾不當等因素。因此為了減少電極的損耗一般有以下方法：（1）有效排除電蝕物（2）

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(4)電火花加工的發展趨勢

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電極材料和加工參數的合理選用（3）提高加工技能和安全操作意念等等。

電火花線切割加工技術在相當長的時間里間都是采用精規準參數進行一次切割成型,其切割速度與加工表面質量之間存在著一定的矛盾。中國特有的高速走絲電火花線切割機長期存在的加工質量問題, 可以采用多次切割工藝來解決。現目前中速走絲電火花線切割機是一種價格較低, 加工精度、粗糙度、加工效率介于高速走絲與慢走絲的一種機床,具有很好的發展前景。2.2.2電化學加工

電化學加工是通過電化學反應去除工件材料或在其上鍍覆金屬材料等的特種加工。該方法主要包括電解、電鍍、電鑄、電化學拋光等工藝方法，其中電解加工使用于深孔、型孔、型腔、型面、倒角去毛刺、拋光等，電鑄加工適用于形狀復雜 精度高的空心零件，如波導管、注塑用的模具、薄壁零件、復制精密的表面輪廓、表面粗糙度樣板、反光鏡、表盤等零件；涂敷加工可針對表面磨損、劃傷、銹蝕的零件進行涂敷以恢復尺寸；對尺寸超差產品進行涂敷補救、對大型、復雜、小批工件表面的局部鍍防腐層、耐腐層，以改善表面性能。電鍍、電鑄可以復制復雜、精細的表面。刷鍍可修復磨損的零件，改變原表面的物理性能，有很大實用價值。2.2.3離子束加工

聚焦離子束技術是一種集形貌觀測、定位制樣、成分分析、薄膜淀積和無掩膜刻蝕各過程于一身的新型微納加工技術。離子束納米加工,具有傳統加工方法無可比擬的優勢而逐漸成為新一代精加工方法，在微納米加工、操縱以及器件的研制等方面具有重要應用。納米測量學在納米科技中起著信息采集和分析的不可替代的重要作用,納米加工是納米尺度制造業的核心,發展納米測量學和納米加工的一個重要方法就是電子束與離子束技術。2.2.4超聲波加工

超聲加工是利用超聲頻作小振幅振動的工具，并通過它與工件之間游離于液體中的磨料對被加工表面的捶擊作用，使工件材料表面逐步破碎的特種加工。超聲加工常用于穿孔、切割、焊接、套料和拋光。其加工原理是超聲波發生器將工頻交流電能轉變為有一定功率輸出的超聲頻電振蕩，換能器將超聲頻電振蕩轉變為超聲機械振動，通過振幅擴大棒（變幅桿）使固定在變幅桿端部的工具振產生超聲波振動，迫使磨料懸浮液高速地不斷撞擊、拋磨被加工表面使工件成型。超聲加工的主要特點：不受材

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料是否導電的限制；工具對工件的宏觀作用力小、熱影響小，因而可加工薄壁、窄縫和薄片工件；被加工材料的脆性越大越容易加工，材料越硬或強度、韌性越大則越難加工；由于工件材料的碎除主要靠磨料的作用，磨料的硬度應比被加工材料的硬度高，而工具的硬度可以低于工件材料；可以與其他多種加工方法結合應用，如超聲振動切削、超聲電火花加工和超聲電解加工等。

高效超聲波光整技術是利用超聲波振動冷壓加工原理。它是將一臺高效超聲波表面光整設備裝于車床刀架上，利用工件的回轉，磨頭對零件表面作高頻率短促的往復振動沖擊運動，以一定的沖擊力敲擊被加工表面的加工方法。其冷壓加工是充分利用金屬的塑性，使零件的表面層金屬在外力作用下產生細微塑性殘余變形，從而達到改變其表面性能，形狀和尺寸的目的。2.2.5激光加工技術

激光加工技術是利用激光束與物質相互作用的特性對材料（包括金屬與非金 屬）的原理進行切割、焊接、表面處理、打孔及微加工等的一種加工新技術，涉 及到光、機、電、材料及檢測等多門學科。

公認的激光加工原理是兩種：分別為激光熱加工和光化學加工(又稱 冷加工)。激光熱加工指當激光束照射到物體表面時，引起快速加熱，熱力把對 象的特性改變或把物料熔解蒸發。熱加工具有較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，在照射區域內產生熱激發過程，從而使材料表面（或涂層）溫度上升，產生變態、熔融、燒蝕、蒸發等現象

激光加工的特點

①由于激光加工熱影響區域小，光束方 向性好，其幾乎可以加工任何材料。常用來進行選擇性加工，精密加工。

②由于激光加工是無接觸式加工，工具不會與工件的表面 直接磨察產生阻力，所以激光加工的速度極快、加工對象受熱影響的范圍較小而 且不會產生噪音。

③由于激光束的能量和光束的移動速度均可調節，因此激光加工 可應用到不同層面和范圍上。

2.2.6高壓水射流切割工藝

這項新技術采用的是水的0.80～1．50mm射流，噴射速度為600～800米／秒（速度大于2馬赫）。水壓為3000～4000巴（bar），用水量每分鐘僅4升。為了用磨料如氧化鋁或碳化硅等切割不銹鋼，在噴射水流抵達鋼材前，向水流內射入磨料顆粒。現代

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化的設備可切割20．0mm厚的不銹鋼。切邊準確、切面干凈光滑。切割作用所產生的熱由水帶走，金屬溫度僅為50～60℃。這樣再加上由噴射水流在金屬上所產生的力，就可以防止變型，提高切割精度[5]。由于高壓水射流切割屬于冷切割，在切割過程中產生的熱量很少，并且熱量很快被水流帶走，所以不會造成工件切口附近的材料氧化、金相組織發生變化，也不會使工件發生變形，同時也避免了某些材料有害物質的揮發[5]。高壓水射流切割具有以下特點：

② 高壓水射流切割屬于點切割，切割時作用在工件上的力很小，不會使工件產生附加應力或應力變形，這對于切割某些表面完整性要求高的零部件及其補充加工有著特殊的意義。

③ 高壓水射流切割沒有粉塵危害，因為切割碎屑很快會隨水流進入收集器而被排走，這對于石棉制品、玻璃鋼制品、酚醛夾層材料以及陶瓷制品等材料的切割是非常有利的。

④ 由于高壓水射流切割所使用的噴嘴孔徑很小，使得切口的間隙很窄，這可以大大節約材料，特別是對于某些貴重金屬的切割，提高了材料的利用率，降低了生產成本。

⑤ 高壓水射流切割設備大都采用計算機或機器人控制的數控切割裝置，可以實現多軸聯動，所以采用高壓水射流不但可以切割各種板狀材料，也可以切割三維曲形的零部件。

2.3特種加工的發展趨勢

為進一步提高特種加工技術水平及擴大其應用范圍, 當前特種加工技術的發展趨勢主要包括以下幾點:1)采用自動化技術。充分利用計算機技術對特種加工設備的控制系統、電源系統進行優化,使加工設備向自動化、柔性化方向發展, 這是當前特種加工技術的主要發展方向。2)趨向精密化研究。高新技術的發展促使高新技術產品向超精密化與小型化方向發展, 對產品零件的精度與表面粗糙度提出更嚴格的要求。為適應這一發展趨勢, 特種加工的精密化研究已引起人們的高度重視, 3)開發新工藝方法及復合工藝。為適應產品的高技術性能要求與新型材料的加工要求, 需要不斷開發新工藝方法, 包括微細加工和復合加工, 尤其是質量高、效率高、經濟型的復合加工, 如工程陶瓷、復合材料以及聚晶金剛石等[6]。

材料先進加工技術結課論文 先進制造技術

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先進制造技術是研究產品設計、生產、加工制造、銷售使用、維修服務乃至回收再生的整個過程的工程學科,是以提高質量、效益、競爭力為目標,包含物質流、信息流和能量流的完整的系統工程。隨著社會的發展,人們對產品的要求也發生了很大變化,要求品種要多樣、更新要快捷、質量要高檔、使用要方便、價格要合理、外形要美觀、自動化程度要高、售后服務要好、要滿足人們越來越高的要求,就必須采用先進的機械制造技術。

先進制造技術不是一般單指加工過程的工藝方法，而是橫跨多個學科、包含了從產品設計、加工制造、到產品銷售、用戶服務等整個產品生命周期全過程的所有相關技術，涉及到設計、工藝、加工自動化、管理以及特種加工等多個領域，并逐步融合與集成。可基本歸納為以下四個方面：

a、先進的工程設計技術 b、先進制造工藝技術

c、制造自動化技術 d、先進生產管理技術、制造哲理與生產模式

3.1先進制造技術的研究現狀

新材料成形加工技術的研究開發，是近二、三十年來材料科學技術領域最為活躍的方向之一。先進制備與成型加工技術的出現與應用，加上了新材料的研究開發、生產和應用進程，促成了諸如微電子和生物醫用材料等新興產業的形成，促進了現代航天航空，交通運輸，能源環保等高技術產業的發展。

先進工業國家對材料制備與成型加工技術的研究開發十分重視。美國制定了“為了工業材料發展計劃”，其核心是開放先進的制備與成型加工技術，提高材料性能，降低生產成本，滿足未來工業發展對材料的需求。德國開展的“21世紀新材料研究計劃”將材料制備與成型加工技術列為六個重點內容之一。在歐盟的“第六框架”計劃中，先進制備技術時新材料領域的研究重點之一。日本在20世紀90年代后期，先后實施了“超級金屬”、“超鋼鐵”計劃，重點是發展先進的制備加工技術，精確控制組織，大幅度提高材料的性能，達到減少材料用量、節省資源和能源的目的。同時開展本科學領域色前沿和基礎研究，并綜合利用相關學科基礎理論和科技發展成果，提供預備新材料的新原理新方法，也是材料科學與工程學科自身發展的需求。

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3.2先進制造技術的特點

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現代的產品開發系統的特點是：采用現代設計理論與方法；進行全生命周期設計；設計全過程采用信息技術；加快采用新材料、新工藝；產品開發周期短，返工少，成本低，努力做到一次成功；產品有創新，在國際市場上有競爭能力。

而材料則由傳統結構材料向高性能、復合化、結構功能一體化發展，尤其需要先進制備與成型加工技術及裝備，可使材料的生產過程更加高效，節能和潔凈。材料成形加工技術是以成形技術為手段、以材料為加工對象、以過程控制為質量保證措施、以實現產品制造為目的技術。以材料為加工對象的特點決定了材料科學也成為技術的基礎知識，而以過程控制為質量保證措施這一特點，決定了控制理論也成為重要組成部分。因此，材料成形加工技術是以材料學科和自動化專業及計算機科學與技術等為基礎進行發展的技術。此外，隨著科學技術的發展和學科交叉，材料成形加工也緊密地依賴諸如數學、物理、化學、微電子、計算機、系統論、信息論、控制論及現代化管理等各門學科及其最新成就。

3.3先進制造技術原理

3.3.1材料的精確成形

金屬材料的精確成形包括液態金屬精確成形(鑄)、金屬材料塑性精確成形(鍛)、金屬材料的精確連接成形(焊)。

無機非金屬材料的精確成形包括陶瓷精確成形(塑性滾壓成形法、注漿成形法、粉料壓力成形法和特種成形法四種)、玻璃精確成形(吹制法、拉制法、壓制法和吹/壓制法四種)等。

高分子材料的精確成形包括液態高分子材料精確成形(如環氧樹脂的澆注成形等)，固態高分子材料精確成形(如塑料的注射成形、擠出成形等)。3.3.2快速成形技術

快速成形技術就是利用三維CAD的數據，通過快速成型機，將一層層的材料堆積成實體原型。快速成型（RP）的技術設想，即是利用連續層的選區固化生產三維實體。快速成型制造是將制品離散成為相互獨立的層并將各層獨立制造。快速成形技術是在計算機控制下，基于離散、堆積的原理采用不同方法堆積材料，最終完成零件的成形

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與制造的技術。從成形角度看，零件可視為“點”或“面”的疊加。從CAD電子模型中離散得到“點”或“面”的幾何信息，再與成形工藝參數信息結合，控制材料有規律、精確地由點到面，由面到體地堆積零件。從制造角度看，它根據CAD造型生成零件三維幾何信息，控制多維系統，通過激光束或其他方法將材料逐層堆積而形成原型或零件[7]。

3.3.3高分子材料加工技術

現代材料科學的范圍定義為研究材料性質、結構和組成、合成和加工、材料的性能這四個要素以及它們之間的相互關系。高分子材料科學的基本任務是：研究高分子材料的合成、結構和組成與材料的性質、性能之間的相互關系；探索加工工藝和各種環境因素對材料性能的影響；為改進工藝，提高高分子材料的質量，合理使用高分子材料，開發新材料、新工藝和新的應用領域提供理論依據和基礎數據。

3.4 工業機器人

工業機器人是一種可編程的智能型自動化設備，是應用計算機進行控制的替代人進行工作的高度自動化系統。最近，聯合國標準化組織采用的機器人的定義是：“一種可以反復編程的多功能的、用來搬運材料、零件、工具的操作機”。在無人參與的情況下，工業機器人可以自動按不同軌跡、不同運動方式完成規定動作和各種任務。機器人和機械手的主要區別是：機械手是沒有自主能力，不可重復編程，只能完成定位點不變的簡單的重復動作；機器人是由計算機控制的，可重復編程，能完成任意定位的復雜運動。

3.5先進制造技術的發展趨勢

輕量化、精確化、高效化將是未來材料成形加工技術的重要發展方向。新材料加工技術的主要發展方向包括以下幾個方面[8]。

1）常規材料加工工藝的短流程化和高效化。

2）發展先進的成形加工技術，實現組織與性能的精確控制

3）材料設計（包括成分設計、性能設計與工藝設計）、制備與成形加工一體化 發展材料設計、制備與成型加工一體化技術，可以實現先進材料和零部件的高效，近終形，短流程成型。

材料先進加工技術結課論文

4）開發新型制備與成形加工技術，發展新材料和新產品

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塊體非晶合金制備和應用技術、連續定向凝固成形技術、電磁約束成型技術、雙結晶器連鑄與充芯連鑄復合技術、多坯料擠壓技術、微成形加工技術等，是近年來開發的新型制備與成形加工技術。

5）發展計算機數值模擬與過程仿真技術，構建完善的材料數據庫

高性能、高保真、高效率、多學科及多尺度是模擬仿真技術的努力目標，而微觀組織模擬（從mm、μm到nm尺度）則是近年來研究的新熱點課題。通過計算機模擬，可深入研究材料的結構、組成及其各物理化學過程中宏觀、微觀變化機制，并由材料成分、結構及制備參數的最佳組合進行材料設計。

6）材料的智能化制備與成形加工技術

材料的智能化制備與成形加工技術是1986年由美國材料科學界提出的“第三代”材料成形加工技術，20世紀90年代以來受到日本等先進工業國家的重視它通過綜合利用計算機技術、人工智能技術、數據庫技術和先進控制技術等，以成分、性能、工藝一體化設計與工藝控制方法，實現材料組織性能與成形加工質量，同時達到縮短研制周期、降低生產成本、減少環境負荷的目的。

材料的智能化制備與成形加工技術的研究尚處于概念形成與探索階段，被認為是21世紀前期材料成形加工新技術中最富潛力的前沿研究方向之一。

材料先進加工技術結課論文

第 16 頁

共 16 頁 參考文獻

[1]《材料成形技術基礎》，西安交通大學 邢建東 陳金德，機械工業出版社2010.1第二版

[2]《機械制造基礎》，趙建忠，北京理工大學出版社，2008.7:89-90 [3]百度文獻.國內外焊接技術的發展前景.[2012-11-22].http://wenku.baidu.com/view/36674be19b89680202d82501.html [4] 《特種加工技術》，趙萬生，高等教育出版社，2001.6第一版 [5]百度百科.高壓水射流切割

[6] 張紋,蔣維波.特種加工技術的應用與發展趨勢[ J ].農業裝備技術, 2006, 32(3): 24225.[7] 謝建新等編著，材料加工新技術與新工藝，北京：冶金工業出版社，2004 [8]榮烈潤，材料成形加工技術發展趨勢，航空精密制造技術，2009年02期

第四篇：先進材料加工成形技術專題報告

先進材料加工成形技術專題報告

摘要：本文對材料加工成形技術現狀做了一個概述，同時對未來先進材料加工技術作了展望。重點介紹了幾種先進材料加工成型技術的應用，包括激光加工技術，超聲加工技術，電磁加工技術。

關鍵詞：先進材料 加工技術 激光加工 超聲加工 電磁加工

0 引言

材料是人類賴以生存和發展的物質基礎，也是社會現代化的物質基礎和先導[1]。人們通常把材料、信息和能源并列為現代科學技術的三大支柱，這三大支柱是現代社會生存和發展的基本條件之一，而材料科學顯得尤為重要[2]。一般而言，材料可以分為傳統材料和先進材料兩大類，先進材料是指那些新近開發或正在開發的，具有優異性能的材料。先進材料不僅是對于高科技和新技術有重要的影響，同時也是發展高科技的物質基礎，可以說掌握先進材料是一個國家在科技上處于領先地位的標志。

但是更為重要的是，隨著科學技術的發展，先進材料的生產，制備，應用都越來越發雜，這就迫切需要材料加工成形技術的發展。正如學者認為的材料制備、[3]成形與加工技術發生了一場“靜悄悄的革命”一樣。材料成形加工技術與科學作為制造業的重要組成部分，其發揮著重要的作用，有時候甚至可以對材料的性能產生決定性影響。特別是現在先進材料在航空航天，機械，汽車領域越來越多的采用，其加工成形技術的重要性也尤為突出[4]。如今，為了適應全球競爭的需要，同時也為了占據有利形勢，改善材料及相關制備技術對國家是非常重要的[5]。

當今先進材料加工成形技術已經發生了很多變化。從尺度上看，精密制造技術已經突破了微米級技術，進入了亞微米和拉米技術領域。同時，在加工過程中也更多的開始強調成形質量的問題，其要求開始向無缺陷方向過度。值得注意的是，現在成形加工技術也越來越與社會需求聯系緊密，其傾向于快速化方向發展，來提高競爭力。并且隨著復合材料的應用日益廣泛，也迫切需求其加工成形工藝的提高。就目前發展情況來看，材料成形加工過程也在向建模與仿真靠近，同時也注重材料加工成形的信息化與清潔化，這也是未來材料發展的主流方向。幾種先進材料加工技術

1.1 激光加工技術

激光具有亮度高、方向性強、單色性和相干性好等性能，加上激光的空間控制性和時間控制性很好，易獲得超短脈沖、尺度極小的光斑，能夠產生極高的能量密度和功率密度，足以融化世界上任何金屬和非金屬物質，特別適合自動化加工，而且對加工對象的材質、形狀、尺寸和加工環境的自由度都很大[6]。由于激光熱處理有相當明顯的優勢，其解決了困擾已久的傳統金屬熱處理不能解決或不易解決的技術難題。激光加工技術作為一項綜合集成激光技術、新材料技術、計算機與數控技術的現代化先進制造技術，一直得到世界各國重要研究機構和大學的重視和推廣

目前激光加工技術有五大熱點：激光焊接、激光成形與制造、新激光器與新激光加工研究、激光表面強化及激光加工過程的傳感、檢測與控制。隨著技術的進步，這些研究方面還可以進一步細分。而激光熱處理的技術關鍵有三個：高功率的激光器；多自由度的加工設備并與計算機配套；不同應用的激光處理工藝[7]。

[8]分析對比中國與國際激光加工研究領域不難看出：(1)中國激光材料加工研究緊扣國際研究主導方向，研究成果豐碩；(2)中國在激光表面強化領域基礎扎實，實力雄厚，特別是激光熔覆技術的研究特色鮮明；(3)現在中國激光焊接與激光成形制造領域的研究與產業化緊密結合，形成了良性發展；(4)但是也明顯看到我國在新型激光器和應用方面的研究嚴重不足，光學元器件方面研究也很微弱，成為了掣肘我國激光加工技術提高的瓶頸。

1.2 超聲加工技術

超聲加工是利用超聲振動工具在有磨料的液體介質中或干磨料中產生磨料的沖擊、拋磨、液壓沖擊及由此產生的氣蝕作用來去除材料，或給工具或弓箭沿一定方向施加超聲頻振動進行振動加工，或利用超聲振動使工件相互結合的加工[9][10]方法。大量實驗研究和加工結果表明,超聲振動加工有能量集中、瞬間作用、快速切削的特性，能有效地改變傳統加工的切削機制，具有獨特的加工工藝效果。

超聲加工系統由超聲波發生器、換能器、變幅桿、振動傳遞系統、工具、工藝裝置等構成。近年來，隨著不同領域實際加工的特殊需要，超聲加工系統的應用研究有了新的發展[11]。目前超聲加工技術主要應用在深小孔加工、拉絲模及型腔模具研磨拋光、難加工材料超聲加工、超聲振動切削以及超聲復合加工。但是隨著超聲技術的發展以及對材料要求的提高，未來超聲加工發展趨勢主要集中在[12]超聲振動切削技術、超聲復合加工技術和微細超聲加工技術等方面。

值得一提的是由于非金屬硬脆材料同時具有高脆性、底斷裂韌性及材料彈性與強度非常接近等特點，因此加工難度大[13]，而超聲加工方法很好的解決了這些問題，在其領域內得到了大量應用。1.3 電磁加工技術

材料的電磁加工是指利用電磁能量實現材料的熔化、精煉和成形等加工過程，其理論基礎是研究電磁場和流體間相互作用的電磁流體力學[14]。利用磁性的同性磁極相吸,異性磁極相斥,位于磁場中的磁性物質按磁力線有序排列原理,將高強度磁性顆粒置于工件與工具之間,并處于高頻轉換的磁場之中,輔以一定的工具運動作用,磁力與工具運動之間形成“共振”,使磁性顆粒在工具及磁場的作用下以很大的加速度不斷地撞擊被加工表面,把工件材料剝落下來,從而形成加工過程[15]。

由于電磁加工中電磁力的易控性和沒有接觸摩擦，用它作為加工的執行手段，使大量的復雜操作，簡化到少數手柄上。只有電磁加工時如此的易于實現自動化[16]和生產的高速度。

材料電磁加工的特點可以概括為：(l)以最廉價和方便的手段將高密度電磁能量作用于各種材料,特別是金屬材料;(2)除去加熱功能以外,充分發揮電磁場的各種功能.例如對熔融金屬進行非接觸性攪拌、輸運和形狀控制;(3)運用電磁流體力學理論可以有效地解決加工過程中的各種問題,例如電磁力的計算;(4)與電磁場相關的各種檢測及控制技術日新月異,為材料電磁加工技術的研究和發展提供了條件.2 結語

隨著科學技術的進步和物質生活的需要，材料科學的發展會不斷向前，而先進材料作為未來的主流方向，其加工成形技術也顯得尤為重要，本文以上介紹的方法也只是一小部分，其代表著先進材料加工成形技術發展的一些成果，可以預見，材料作為三大支柱之一，其成形加工技術也會迅速發展，帶來更多的效益。引用文獻 [1] 材料科學技術百科全書編輯委員會，材料科學技術百科全書（上冊）.北京：中國大百科全書出版社，1995.[2]陳擁軍，魏強民，李建寶.先進材料科學與應用的展望[J].21世紀青年學者論壇.[3]Thomas W E.The quiet revolution in materials processing[C], Advanced Materials and Processing, Proceedings of PRICM-3, 1998.3-11 [4] 榮烈潤，新世紀材料成形加工技術的發展趨勢[J],金屬加工.2012,23:(36-38).[5] Federal research and development program of materials science and technology[R].USA, 1995.[6] 江海河，激光加工技術應用的發展及展望[J]，光電子技術與信息.2001,14(4):1-4.[7] 孫曉輝，激光加工技術的產業化應用[J].機械工人.2004,4:35-37.[8] 鐘敏霖，劉文今.國際激光材料加工研究的主導領域與熱點[J].中國激光.200811(35):1654-1658.[9] 曹鳳國，張勤儉.超聲加工技術的研究現狀及其發展趨勢[J].電加工與模具.2005年增刊：25-28.[10] 張存信,楊繼先,曹文燕.超聲振動精密加工研究現狀與發展趨勢[J].熱處理技術與裝備,2006,27(5).[11] 曹鳳國.超聲加工技術［M］.北京：化學工業出版社，2005.[12] 張雄，焦鋒.超聲加工技術的應用及其發展趨勢[J].工具技術.2012,46(1):3-5.[13] 郭昉，田欣麗，張保國等.超聲振動在非金屬硬脆材料加工中的應用[J].新技術新工藝.2009,9:14-18.[14] 張軍，傅恒志，謝發勤等.金屬熔體的電磁成形與凝固[J].材料研究學報.1997,11(6):612-614.[15] 陳養厚，電磁成型加工及其實現方法研究[J]，濰坊學院學報.2010,10(6):6-8.[16] 王金光.電磁加工探討[J].電加工.

第五篇：N.材料先進制備加工技術-2011中國材料研討會

2011中國材料研討會 5.17-5.20 北京

國家會議中心

N．材料先進制備加工技術 分會主席：謝建新、曲選輝、劉雪峰

單元N1：5月19日上午 主持人：謝建新，李元元 08：30---09：00am *N1 多場作用下金屬粉末成形燒結一體化方法的研究進展

李元元，李小強，楊超；華南理工大學機械與汽車工程學院

為了探索高致密、高性能、短流程、節能和低成本的金屬粉末成形與燒結方法，分別對電-熱-力三場和電-磁-熱-力四場作用下的粉末成形與燒結機理、關鍵技術以及相應裝備進行了研究。研制出一套集電、磁、熱、力多個場作用下的粉末成形與燒結一體化設備；建立了多個場作用下的粉末成形與燒結模型；明晰了場間的交互作用機理和燒結機理；優化了多場作用下碳化鎢、鎢基、鈦基、鐵基等粉末的成形和燒結一體化工藝；證實在電-熱-力三場作用基礎上耦合交變磁場可改善溫度場分布，進一步促進粉體致密、改善燒結組織與性能。研究表明，多場作用下的粉末成形燒結一體化方法在制備優質粉末冶金材料和零件方面優勢顯著。

09：00---09：30am *N2 多元多相合金及其結構件鑄造過程的凝固基礎 介萬奇；西北工業大學凝固技術國家重點實驗室

本文從我國古代鑄造技術的發展說起，概括了凝固理論與技術的應用背景和發展歷程。宏觀總結了自20世紀50年代以來現代凝固理論與技術的發展。進而分析了近年來多組元合金凝固理論及技術研究的新進展，這些進展主要體現在以下3個方面：(1)將熱力學原理與擴散動力學的分析相結合，進行多元合金凝固過程的分凝行為、凝固路徑和相析出規律的預測；(2)采用二元合金凝固擴展模型、界面尋蹤模型和相場分析等方法，進行多元合金凝固過程生長形貌演變規律的研究；(3)鑄錠與鑄件宏觀凝固過程的模擬研究。進而指出了凝固理論與技術研

究的4個重點發展方向，即：(1)多元多相合金非平衡凝固行為的熱力學與動力學耦合理論；(2)多元多相合金凝固過程的多層次表征及跨層次耦合；(3)多元多相合金非平衡凝固過程中熔體-界面-傳輸的協同調控原理；(4)電磁場及高能束作用下多元多相合金的凝固行為及其控制原理。最后介紹了作者關于多組元合金凝固的4個方面的研究工作，即：鑄錠與大型鑄件中的宏觀偏析；枝晶凝固中固相分數變化與微觀偏析；三組元合金的凝固模型；II－VI族化合物半導體晶體生長過程中的分凝與偏析。

09：30---09：50am

N3

雙流澆注連續鑄造工藝參數對凝固液穴的影響 鄭小平，張衛文，邵明；華南理工大學

雙流澆注連續鑄造技術（DSPCC）是一種“液-液復合”制備層狀金屬復合材料的新興工藝，其特點是兩股液態金屬熔體通過對流傳質形成具有毫米級微觀尺度、成分與組織梯度過渡的冶金結合界面。本文利用雙流澆注連續鑄造技術制備了7075/6009鋁合金梯度復合鑄錠，分析了鑄造溫度、鑄造速度、節流孔徑、內導管插入結晶器深度這四個雙流澆注連續鑄造工藝參數對結晶器內凝固液穴的影響，并利用內層合金元素擴散來表征鑄造工藝參數，研究了內層合金元素擴散與凝固液穴的關系，結果表明：在7075/6009合金的雙流澆注連續鑄造過程中，鑄造溫度、節流孔徑和鑄造速度顯著影響著凝固液穴的深度和寬度，而內導管插入結晶器深度變化對液穴寬度與深度的影響較小。內層合金元素擴散與凝固液穴存在r*2?R2?2Rqv(Rq)c?h?s?s?h??H?H?c的關系，通過試驗結果與理論計算分析反映了基本一致的變化規律。

09：50---10：10am

休息

www.tmdps.cn+Al2O3）/Fe復合材料。研究了Al元素的加入及其加入量對鈦鐵礦原位合成鐵基復合材料還原過程的影響。研究表明：FeTiO3–Al–C–N2體系中Al先與鈦鐵礦發生反應生成鈦的中間產物TixOy和Al2O3，接著C、N2與TixOy反應，最終產物中主要存在三相，即TiCN相、Al2O3相和Fe的固溶相。此外，當體系中鋁的含量過高時，產物中會出現AlN相。

02：30---02：50pm

N10 硅對熱處理態M2高速鋼中共晶碳化物的影響 王維青，潘復生，湯愛濤；重慶大學

高速鋼中碳化物的類型、形貌、數量和分布等是決定高速鋼的性能的重要因素，尤其是共晶碳化物，而合金元素以及熱處理對碳化物有明顯的影響。本文通過金相、掃描電鏡、X射線衍射分析的方法研保溫2.5h的熱處理過程中，片層狀M2C碳化物分解為MC和M6C碳化物，在后續變形中破碎為細小的碳化物顆粒，0.8%Si的M2高速鋼中碳化物的尺寸稍小些。而魚骨狀M6C在熱處理過程中形態上沒有變化，在后續變形后仍有尺寸較大的塊狀碳化物，這對性能不利。

02：50---03：10pm

N11

雙金屬氣壓頂出充芯連鑄工藝的研究 梁賀，臧勃林，吳春京；北京科技大學

采用自制研究設備，運用氣壓頂出充芯連鑄法，通過確定合理的工藝參數，制備出外徑為12mm，內徑為8mm的鉛包錫和銅包鋁雙金屬復合棒坯。復合棒坯連續穩定，表面質量良好，包覆層厚度均勻，界面實現了冶金結合。對銅包鋁雙金屬復合棒坯后續拉拔加工，獲得了直徑為0.95mm銅包鋁復合導線，通過對其力學性能和導電性能進行檢測，性能高于傳統相同直徑銅包鋁復合導線。

03：10---03：30pm

休息

03：30---03：50pm

N12 鐵粉溫高速壓制成形的研究

陳進，肖志瑜；華南理工大學機械與汽車工程學院

溫高速壓制（WHVC）是一種結合溫壓和高速壓制為一體的粉末冶金成形方法，通過沖錘沖擊上模沖產生的沖擊波使加熱的溫粉末迅速成形。該方法很好地結合了溫壓和高速壓制的優點，同時粉末中不添加潤滑劑，粉末加熱溫度可不受潤滑劑的限制。得到的壓坯比傳統高速壓制密度要高。本文以鐵粉為原料，利用自行設計制造的一套利用重力勢能驅動的溫高速壓制成形裝置研究鐵粉的成形規律，采用正交實驗的方法研究了落錘沖擊高度、模具加熱溫度、裝粉量對鐵基冶金材料的溫高速壓制成形的www.tmdps.cn

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壓坯密度以及生坯強度的影響，為優化鐵基冶金材料的最佳溫高速壓制工藝提供一定的參考依據。

03：50---04：10pm

N13

Fatigue Property of Cu-12wt%Al Alloys Fabricated by Continuous Unidirectional Solidification 黃海友，聶銘君，欒燕燕，謝建新；北京科技大學

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

奧氏體不銹鋼管坯二輥斜軋穿孔裂紋的形成及控制

張凱，宋仁伯；北京科技大學材料科學與工程學院

奧氏體不銹鋼圓管坯高溫塑性差，易開裂，在穿孔過程中內壁經常出現裂紋（內裂）。相關文獻研究了管坯的化學成分、α相、穿孔工藝對裂紋的影響，認為雖然管坯質量對穿孔內裂產生一定的影響，但產生內裂的主導原因還在穿孔工藝上。但是由于其工藝參數的調整在實際生產中較難把握規律，造成了產品成本高，生產周期長，開發新產品困難等問題。本文用有限元軟件ANSYS/LS-DYNA根據某鋼廠提供的錐形二輥斜軋穿孔機的實際幾何參數，建立了三維有限元模型，并以0Cr18Ni10Ti奧氏體不銹鋼為例，模擬了穿孔過程。

管坯在斜軋穿孔時，受曼乃斯曼效應影響，管坯心部容易過早出現孔腔，孔腔如果提前出現就容易在穿出的毛管內外表面產生裂紋、分層、內折等缺陷。由于孔腔形成是由于中心部分金屬受到交變切應力和很大的拉伸應力作用的結果。中心破裂屬于韌性-脆性斷裂。根據第一強度理論，模擬中設置了最大拉應力單元失效準則判斷孔腔是否提前出現。管坯旋轉前進到頂頭，受頂頭作用，材料也會屈服破壞，產生斷裂。根據第四強度理論，模擬中同時設置了Von mises等效應力失效準則。

在ANSYS/LS-DYNA中，同時設置上述兩種單元失效判據，模擬了穿孔過程，得到了各階段管坯的應力應變云圖和金屬的流動規律，顯示了裂紋的形成與分布；并得到軋制時存在打滑現象，易對管坯外表面質量產生影響，實際生產時還會加劇軋輥的磨損，使生產效率降低，應當盡量控制打滑；實際生產中存在兩軋輥磨損程度不同或更換頻率不同導致兩軋輥表面摩擦系數不同，模擬得到兩軋輥表面摩擦系數的差異容易在管坯外表面引起裂紋；同時得到了管坯傾斜進入孔型時對管坯的影響。本文對實際生產中管坯的裂紋控制具有很好的參考價值。

04：30---04：50pm

N15

粉末冶金高釩冷作模具鋼不同熱處理狀態析出相的研究

李小明，況春江；安泰科技股份有限公司

www.tmdps.cn

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粉末冶金高釩冷作模具鋼中的微細析出相對其性能有重要影響，本文采用電解的方法提取了粉末冶金高釩冷作模具鋼中的析出相，并對不同熱處理狀態合金的析出相進行了定量分析，用X射線衍射、掃描電鏡、激光粒度、X射線小角衍射、ICP等方法對析出相的種類、形態、粒度分布和成分進行了分析。研究發現合金的析出相為V6C5，淬火態試樣中一次析出碳化物尺寸大多處于0.631μm-2.512μm之間。回火態合金中有大量細小的二次析出相，響的規律與強度變化的規律相反。造成銀包鋁絲材力學性能上述變化規律的主要原因是其力學性能受退火軟化、界面擴散相變以及由于擴散導致的包覆層和芯材合金化三種機制共同作用，在較低退火溫度和較短退火時間的條件下，退火軟化起主要作用，而在較高退火溫度和較長退火時間條件下擴散相變和合金化起主要作用。

09：00---09：30am *N17 其尺寸在10nm-96nm之間，二次析出相占總析出相質量分數29.7%。析出相中除C、V元素外，還存在Mo、Cr、Fe三種元素，相比一次析出相，二次析出相中Cr、Fe的含量較高。

單元N3：5月20日上午 主持人：曲選輝，劉雪峰 08：30---09：00am *N16 退火對銀包鋁絲材界面與力學性能的影響

劉新華，劉雪峰，謝建新；北京科技大學新材料技術研究院

銀包鋁復合絲材在航空航天、儀器儀表領域應用廣泛。本文采用冷靜液擠壓和拉拔的方法制備了銀包鋁絲材，研究了退火對所制備的絲材界面與力學性能的影響。結果表明，在150℃30分鐘以下退火時，界面無明顯新相生成，而200℃以上退火時則有明顯的新相生成；界面中新生成的相主要為Ag3Al電子化合物（μ相）。退火溫度和退火時間對界面的影響規律不同：隨退火溫度增加，無論在哪一退火時間下，界面層厚度均增加比較顯著；而同一退火溫度下，尤其是在退火溫度較低時，增加退火時間時，界面厚度增加并不明顯，但退火溫度提高時，界面層厚度隨退火時間增加的趨勢加快，退火溫度是界面層厚度的敏感因素；經150℃、200℃和300℃退火30分鐘后的厚度分別為5~7μm、7~9μm和10~12μm。銀包覆層和鋁芯在界面附近的成分受退火影響，溫度低于200℃時，成分變化不明顯，退火溫度高于200℃時，成分明顯隨距離變化；低于300℃時擴散過程以銀向鋁中擴散為主，但當溫度升高到300℃時，鋁也開始明顯向銀一側擴散。退火對銀包鋁絲材的力學性能有明顯的影響，在150℃和200℃退火時，隨著退火時間增加，絲材強度先增大后減小，而在300℃退火時，隨著退火時間增加，絲材強度一直增大；退火對絲材延伸率影集成計算材料工程及其在鑄件開發過程中的應用 張瑞杰，曲選輝；北京科技大學

集成計算材料工程被定義為將計算手段所得的材料信息，與產品性能分析和制造工藝模擬相結合。其中包含了產品開發所需的多種信息：材料微觀組織模型、微觀結構—性能模型、材料數據庫、成本分析模型等等，目標是在產品真正投產之前，通過集成計算過程使材料選擇、加工制造和產品設計優化成為一個整體系統。預期可以實現更有效的探尋新材料、盡可能發掘新材料的潛力、優化制造工藝系統的各個環節、減少產品研發時間和成本。本文將重點結合鋁合金鑄件的生產工藝，介紹集成計算材料工程在鑄件開發過程中的應用。鑄件生產過程中主要有熔煉、澆鑄、凝固、固溶、時效等主要的工序，這些工序中發生的主要物理現象在尺度上跨度很大，因此需要在不同尺度范圍內對鑄件生產過程中的物理現象進行建模，比如：充型、凝固微觀組織形成、次生相溶解、強化相析出等等。建立不同尺度微觀組織模型對產品性能的影響模型，并且建立不同尺度模型之間的連接關系，定量研究不同工序對后續工序及最終產品性能的影響。并且根據對鑄件生產全工藝過程的分析，反饋在材料選擇、鑄造、時效等環節中對產品性能影響的負面因素，實現對整個鑄造工藝各個工序的優化。

最后，本文簡要介紹目前集成計算材料工程在其他產品開發過程中的應用情況，并且討論集成計算材料工程的廣泛應用所面臨機遇與挑戰。

09：30---09：50am

N18

攪拌摩擦加工細晶AZ91鎂合金的組織和力學性能研究

王賽香，張大童；華南理工大學國家金屬材料近凈成形工程技術研究中心

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攪拌摩擦加工技術（FSP）是在攪拌摩擦焊（FSW）基礎上發展起來的一種新型劇塑性變形技術，在細晶金屬材料制備方面具有較大的應用潛力。本文研究了鑄態AZ91鎂合金經攪拌摩擦加工后的顯微組織和力學性能。顯微組織觀察表明，合金經FSP加工后粗大的鑄態樹枝晶變成細小的等軸晶粒，在旋轉速度400r/min、行走速度60mm/min加工條件下?（Mg）晶粒尺寸約為3μm；位于晶界處的粗大?相（Mg17Al12）轉變為細小顆粒相。顯微硬度及拉伸力學性能測試結果表明，經攪拌摩擦加工后材料的硬度、抗拉強度和斷后伸長率均顯著提高；在旋轉速度600r/min、行走速度60mm/min時攪拌區的平均硬度、抗拉強度和斷后伸長率分別為83HV、317.6MPa和21.6%（母材的分別為63.8HV、112.4Mpa和16.6%）。拉伸斷口分析表明，鑄態合金屬脆性斷裂，而攪拌摩擦加工合金由于晶粒明顯細化，斷裂表面存在較多的韌窩，屬韌性斷裂。

09：50---10：10am

休息

10：10---10：30am

N19 納米水基板帶鋼軋制液摩擦特征與潤滑性能研究 孫建林，王冰，武元元；北京科技大學材料科學與工程學院

全新概念的水基納米潤滑是當前板帶鋼冷軋生產應對節能減排的重要措施之一，為此論文以幾種典型的納米粒子為例，通過修飾與分散，制備了板帶鋼水基軋制液。借助SEM、XRD、四球摩擦試驗機和四輥軋機，分析測試了納米粒子的形貌特征、摩擦學性能、軋制潤滑性能及軋后板帶鋼表面質量。實驗結果表明：粒徑在10-50nm的納米Cu、納米Fe3O4、納米MoS2等金屬納米粒子表現出優異的摩擦學性能，由此制備的水基軋制液具有無毒環保、軋制潤滑性能好、軋后表面質量優等特點。另外還初步分析了納米潤滑機理，為納米潤滑在材料加工中的應用提供理論指導。

10：30---10：50am

N20 不銹鋼表面陰極微弧電沉積氧化鋁涂層的制備及組織性能研究

薛文斌，金乾，杜建成；北京師范大學核科學與技術學院射線束技術與材料改性教育部重點實驗室

以Al(NO3)3乙醇溶液為電解液，利用陰極微弧電沉積技術在304不銹鋼表面制備了80 μm厚的氧化鋁涂層。采用掃描電鏡和X射線衍射分析了涂層的形貌、成分和相組成，測試了涂層的抗高溫氧化及電化學腐蝕性能，并探討了陰極微弧沉積氧化鋁涂層的機理。涂層由γ-Al2O3和的α-Al2O3組成。涂層中含有少量的Fe、Cr、Ni元素，表明膜/基界面附近的不銹鋼基體在微弧放電作用下也參與氧化鋁涂層的沉積和燒結過程。具有氧化鋁涂層的不銹鋼在800 ℃恒溫氧化速率降低將近1倍，同時它的腐蝕電位有所提高，腐蝕電流密度降低1個數量級，其耐腐蝕性能得到提高。

10：50---11：10am

N21

高分子鏈的冷流和去擁擠（unjamming）轉變 薛奇；南京大學化學化工學院高分子科學與工程系

高分子材料的加工通常需要在遠高于其玻璃化轉變溫度時才可進行，這一過程將消耗大量能源、導致聚合物降解污染環境并且使材料難以再回收利用。我們發現當增大高分子鏈間鄰近度時，單獨通過施加壓力就可以使高分子鏈在遠低于比量熱法測得的玻璃化轉變溫度時發生流動。此時相比于自由體積的理論,體系的玻璃化轉變溫度不但沒有升高, 反而降到了測試的溫度。而這一現象與近年來凝聚態物理中的一個重要課題即擁擠（Jamming）理論密切相關，通過擁擠相圖我們發現，在玻璃體系中，堆積密度、施加的負載與體系的溫度這三個因素共同決定了體系所處的狀態。這為我們研究高分子的玻璃化轉變以及高分子材料加工提供了新的思路。

11：10---11：30am

N22 脈沖強磁場下的電磁成形技術

邱立，李亮，呂以亮；華中科技大學國家脈沖強磁場科學中心（籌）

電磁成形技術是利用脈沖電磁力驅動工件成形的高速率加工技術，其具有改善成形性能、減少起皺、提高成形范圍等優點，是輕合金等難成形材料成形技術的研究熱點。但現有電磁成形技術因驅動線圈強度不夠，只能提供10T左右的磁場，加工工件的厚度一般小于2mm，這嚴重限制了電磁成形技術的www.tmdps.cn

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發展。

本文借鑒脈沖磁體的設計理論及優化技術，結合電磁成形驅動線圈自身的特性，成功研制出可提供40T磁場的高強度驅動線圈，并建立了一套脈沖強磁場電磁成形設備系統。選用2a12鋁合金板，利用該系統已完成：

1、2mm厚80mm*160mm方形盒拉延。實驗表明，電磁板材成形以流動形式變形，拉延高度為20mm，變形后的板材最薄處為1.88mm。

2、5mm厚內孔翻邊。預孔直徑為30mm，用于Cu-Zr-Ni系統的分子動力學模擬，預測了Cu-Zr-Ni系統的成分三角形可以劃分成三類區域，即晶態區、非晶態區以及晶態-非晶態共存區。同時采用分子靜力學計算出Cu-Zr-Ni系統晶態區的非晶和固溶體能量差，從能量角度預測了最優的非晶成分區域。

02：00---02：30pm

*N24

Origin of lathy ferrite in AISI 304 stainless steel 翻邊高度為18mm，一次翻邊系數為0.55。

3、8mm厚沖孔。沖孔直徑為50mm，一次放電完成，斷面光滑無毛刺。選用0.1mm厚銅箔，利用該系統已完成：

1、一次完成多孔沖裁。在直徑為100mm的銅箔上完成直徑從2mm到16mm的一系列沖孔。

2、完成微結構成形。在銅箔面上切割出一條0.19mm寬的線槽。實驗證明，脈沖強磁場技術能有效提高電磁成形的加工能力，拓展了其實現工業應用的前景。

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

*N23 熱力學和原子相互作用勢計算Cu-Zr-Ni系統的非晶形成范圍

崔苑苑，李家好，柳百新；清華大學材料科學與工程系

Cu-Zr-Ni塊體金屬玻璃系統由于其良好的非晶形成能力和優異的機械性能，成為了理論和實驗研究的典型系統。在Cu-Zr-Ni塊體金屬玻璃的研究中，存在一個基礎性的問題，即非晶形成范圍。由于金屬玻璃制備過程中動力學因素的限制，結構復雜的金屬間化合物難以形核和長大，與非晶相競爭的主要是結構簡單的固溶體。因此，研究Cu-Zr-Ni系統非晶形成范圍的問題，就可以轉化為比較非晶和過飽和固溶體的相對穩定性，從而確定Cu-Zr-Ni系統的最大過飽和固溶度，進而確定Cu-Zr-Ni系統的非晶形成范圍。本研究采用基于原子相互作用勢的分子動力學模擬，模擬過程的關鍵是如何描述原子之間的相互作用，即構建合適的Cu-Zr-Ni系統的原子相互作用勢。為此，本研究使用實際存在的金屬間化合物的物理性能進行擬合，同時采用改進的TB-SMA勢形式，從而保證在整個計算范圍內能量及其導數都連續光滑。將構建的原子相互作用勢應during directional solidification

付俊偉，楊院生；中國科學院金屬研究所

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的分流模非穩態擠壓過程數值模擬研究 程磊，謝水生，黃國杰；北京有色金屬研究總院有色金屬材料制備加工國家重點實驗室

由于空心鋁型材分流模擠壓過程中金屬流動及變形的復雜性，采用基于拉格朗日網格描述的有限元法進行數值模擬時，研究對象僅局限于形狀簡單、截面尺寸和擠壓比小的空心型材，對于大斷面復雜截面鋁型材分流模擠壓過程的數值模擬尚未見報

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道。針對上述問題，采用基于歐拉網格描述的有限體積法，實現對大型材分流模非穩態擠壓過程的數值模擬，不僅可以完整的模擬分流模擠壓焊合過程，而且具有計算時間短、模擬精度高的優點，是進行大型復雜截面鋁型材擠壓焊合過程研究的一種十分有效方法。

02：50---03：10pm

N26 噴射軋制工藝參數對鋁帶材固相分數和孔隙率影響規律的模擬研究

劉允中，李鳳仙，謝金樂；華南理工大學國家金屬材料近凈成形工程技術中心

噴射軋制是一種金屬半固態近凈成形新技術，將熔體霧化、噴射沉積、雙輥熱軋有機結合，可在一步工序內從液態金屬直接制備高性能金屬板帶材，對噴射軋制過程中鋁合金材料的固相分數和孔隙率進行模擬研究有助于揭示致密化機理和指導工藝優化。初步建立了噴射軋制過程中熔滴霧化和沉積階段的凝固和動力學模型，對噴射軋制中沉積階段孔隙的形成規律進行了分析，結果表明可通過減小沉積時的孔隙率和在軋制階段提供必要的厚度減薄率以獲得致密材料。研究了噴射軋制主要工藝參數（如：熔滴飛行距離、氣體初始速度、過熱度和熔體質量流率）對7050鋁合金帶材沉積與成形過程中平均固相分數、孔隙率和厚度減薄率的影響規律，對致密化過程進行了理論分析。在此基礎上對噴射軋制的主要工藝參數進行了優化，可使沉積材料有最低的孔隙率，且能穩定連續制備致密帶材。

03：10---03：30pm

N27 軋輥噴淬熱處理過程溫度的測量與計算機控制 李莎，劉增輝，趙永龍；北京科技大學

針對噴淬過程中水霧、水膜、氧化鐵皮及其他干擾對輥身表面溫度測量的影響，本文采用紅外測溫儀配用自行設計的空氣吹掃裝置實現了噴淬過程輥面溫度的測量，并選用峰值保持+復合濾波的數字濾波方法對所測溫度進行抗干擾處理。以紅外測溫儀實測輥面溫度為控制參數，根據實際溫度與目標溫度的差值情況，通過調節噴淬機的冷速，實現噴淬過程中按照軋輥的目標溫度曲線進行控制，提高了軋輥的噴淬質量。

03：30---03：50pm

N28 稀土納米材料的應用進展

張文毓，侯世忠；洛陽船舶材料研究所

本文概述了稀土納米材料的研究現狀，重點介紹了稀土納米材料在發光材料、永磁材料、陶瓷、催化劑、貯氫材料、環保材料等領域的應用,對其發展前景進行了展望。希望對稀土納米材料有所了解。

稀土納米材料的研究與應用將有助于發現新性質，開拓新材料，已成為當前的研究熱點。稀土元素特殊的電子構型使其具有特殊的光、電、磁性質。而被譽為新材料的寶庫。納米技術與稀土相結合形成的新型材料包括稀土納米陶瓷、催化劑、永磁材料、發光材料、防曬材料、生物醫藥材料等。這些新型材料在信息、生命科學等領域必將發揮重要的作用。因此開展稀土納米材料的研究、應用與開發將是一次新的機遇，對于我們稀土大國具有重要的意義。

稀土納米材料研究現狀包括：稀土納米粉體、稀土化合物納米薄膜、稀土納米結構的陶瓷、稀土納米復合與組裝、稀土納米磁性材料、稀土納米催化劑、稀土納米發光材料、稀土納米光學材料。目前開發研究和應用的領域包括:.稀土發光材料、.納米超導材料、.稀土納米磁性材料、.稀土高性能陶瓷、.稀土納米催化劑、稀土紫外線吸收劑、稀土精密拋光、稀土納米貯氫材料、稀土納米環保材料、稀土納米薄膜材料、稀土納米合金等。

近年來，隨著納米技術的問世，納米技術與稀土相結合形成的新材料使稀土的應用增加了不少新的內涵，發揮出其更大的潛能。在新的前沿技術方面,又發現了稀土不少新的應用。稀土納米材料在 21世紀必將發揮越來越重要的作用。更重要的是發揮稀土納米材料的優異特性，開發其新的應用。

墻展 NP1

Mn對Mg-6Al合金擠壓棒材組織與性能的影響 張志強，樂啟熾，崔建忠；東北大學材料電磁過程研究教育部重點實驗室

本文對不同Mn含量的Mg-6Al進行反向擠壓，考察Mn對Mg-6Al鎂合金擠壓棒材組織與性能的影響。研究結果表明，在試驗范圍內隨著Mn含量的增加Mg-6Al-xMn合金擠壓棒材晶粒逐漸變小，硬

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度有增大的趨勢；擠壓棒材的抗拉強度、屈服強度和延伸率均隨著Mn含量的增加現增加后降低。Mn含量為0.5%的擠壓棒材抗拉強度和屈服強度最高，責任公司

航空發動機渦輪導向空心葉片是航空發動機重要零件，其無余量葉片精密鑄造技術含量高，目前生分別為293 MPa、173 MPa； Mn含量為0.7%的擠壓棒材延伸率最大，達20%。

NP2

釬焊工藝對鋁合金真空釬焊焊縫組織的影響

高飛，陳召松，趙飛；貴州永紅航空機械有限責任公司

鋁合金真空釬焊時釬焊工藝對焊縫組織性能有重要影響，其中焊縫中大量存在的Si偏聚組織是影響焊縫強度不高的主要原因。本文采用15min-90min六種不同釬焊保溫時間和595℃-620℃六種不同保溫溫度對鋁合金散熱器進行真空釬焊試驗，通過光學顯微鏡、掃描電鏡、X射線能譜儀、硬度試驗等研究確定保溫時間和保溫溫度對焊縫組織的影響關系。結果表明，隨著釬焊保溫時間的延長和適量的提高保溫溫度，焊縫間的元素擴散越來越充分，Si偏聚形狀由原來的樹枝狀向點狀轉變，當釬焊工藝為615℃保溫75min時，焊縫組織中只有少量點狀Si偏聚組織，絕大部分為固溶體，釬料對母材有少量溶蝕，結合更為牢固，工藝較佳。

NP3

減少承壓鑄件的鑄造缺陷，提高鑄件檢漏合格率 白素春；中航工業沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司

我們所生產的鋁合金筒體鑄件技術條件要求鑄件表面不能有夾渣、針孔、縮孔、縮松等缺陷，并且需要承受 FS6 氣密性檢驗，水壓試驗 1.22 Mpa，筒體鑄件結構復雜，尺寸大，壁厚不均，鑄造熱節偏多，容易產生鑄造缺陷。在實際生產過程中，筒體鑄件鑄造缺陷多，打壓合格率 50% 左右，通過對大型鋁合金鑄件鑄造特點的分析，根據生產實踐經驗，利用樹脂砂造型，采用底注式澆注系統，總結出一套有效的提高大型鋁合金鑄件承壓件檢漏合格率的有效方法。

NP4

一種渦輪導向葉片無余量精鑄工藝研究

韓宏；中航工業沈陽黎明航空發動機（集團）有限產工藝尚不成熟不能滿足批產需求。本文總結了對該類葉片精鑄的工藝研究，包括了對該類葉片生產工藝的陶瓷型芯制造工藝、澆注系統設計、制殼工藝、澆注工藝、振動光飾工藝等方面進行的試驗工作。通過研究，摸索出了一套適合航空發動機渦輪導向空心葉片的無余量精鑄工藝路線，獲得了合理的工藝參數，成功研制出首批合格葉片并參加了試車考核，為該類葉片實現批產應用奠定了技術基礎。

NP5

異型截面鋁材穿孔針擠壓成形規律的數字化研究 李峰，徐永超，初冠南；哈爾濱理工大學材料科學與工程學院

為了揭示異型截面鋁型材穿孔針擠壓成形規律，以導彈尾翼構件為例，本文采用非線性有限元對其過程進行了三維熱力耦合模擬，系統地分析了工藝條件對溫升變化、附加拉應力及成形載荷的影響規律，研究結果表明：在低速擠壓范圍內，坯料上最高溫度峰值均呈減小趨勢變化，且隨著擠速的增加，最高溫度峰值的降幅隨之減小，而模口處軸向附加拉應力的數值則相應地增大；成形過程中模口處的軸心部位為高溫區，隨著軸心距的增加，溫度值呈梯度減小的趨勢變化；且隨著壓下量的增加，溫度減小的梯度趨勢逐漸變緩，藉此為異型截面材穿孔針擠壓成形的工藝設計及變形流動控制提供理論依據。

NP6

Mechanism of Stainless Steel Machinability Improvement by Adding Copper

張孟儀，Zhimin Zhong；國核電站運行服務技術有限公司

本文主要研究在4Cr13鋼中添加銅和硫以改善其切削性能。在4Cr13鋼中添加銅所起到的效果和添加硫相似。應用掃描電鏡（SEM）和高分辨透射電鏡（HRTEM）對4Cr13Cu中易切削相的分布和尺寸進行觀察研究，研究結果發現易切削相的組成為銅-石墨復合相，該相彌散分布在鋼的基體中，大小約

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為10nm。經切削試驗發現，銅-石墨復合相起到潤滑顆粒的作用，潤滑了切削刀具，減少了刀具磨損量，從而提高了不銹鋼的切削性能。

NP7

釕金屬濺射靶材燒結工藝研究

羅俊鋒，丁照崇，王欣平；北京有色金屬研究總院 下，燒結體密度隨燒結溫度的增高而遞增。在1350℃保溫2小時真空燒結條件下，凝膠注模成形出的不銹鋼力學性能優良，晶粒尺寸適中，燒結體的相對密度達98.7％，抗拉強度可達1058.9MPa，并可成形出形狀復雜的較大尺寸的不銹鋼坯體。

NP10

采用熱壓、放電等離子燒結及直接熱壓等燒結工藝制備了釕金屬靶材，通過微觀結構與氧含量分析對比了三種工藝方法對釕金屬靶材制備的影響。結果表明，隨著制備溫度的升高釕靶晶粒尺寸增大，氧含量降低；通過工藝優化，三種方法均能得到密度達到99%以上的釕靶；放電等離子燒結與直接熱壓工藝都具有快速成型的特點；放電等離子燒結制備的釕靶組織均勻性最好。

NP8

低碳鋼變形奧氏體相變后鐵素體晶粒尺寸的數值計算

贠冰，孫建林，高雅；北京科技大學材料科學與工程學院

摘要：根據熱力學理論和形核生長理論，對低碳鋼在奧氏體非再結晶區變形后，連續冷卻過程中的組織演變進行了數值分析。鐵素體相變動力學模型是根據“形核長大”和“位置飽和”機制，采用Cahn的相變動力學理論和Scheil疊加原理建立的；同時計算了鐵素體的晶粒尺寸。模型的預測結果與實驗數據基本相符。

NP9

17-4PH不銹鋼粉凝膠注模成形工藝的研究

劉小婷，邵慧萍，郭志猛；北京科技大學新材料技術研究院

本文對17-4PH不銹鋼粉末進行了凝膠注模成形的研究，比較研究了水基和非水基凝膠體系的工藝參數對其性能的影響。結果表明：非水基凝膠體系的漿料具有較好的流變學性能，且燒結制品具有更高的致密度和力學性能。在非水基凝膠體系中，單體的濃度直接影響其成形坯體強度，在最佳工藝條件下，其生坯的抗彎強度可達38MPa；燒結體密度隨著單體濃度的增大呈先增后減的趨勢；在一定溫度

板料V形彎曲中凸模深度對彎曲影響規律的研究 董文正，林啟權，李彥濤；湘潭大學機械工程學院

板料V形件彎曲變形過程一般分為正向自由彎曲，正、反向彎曲和校正彎曲三個階段，由于在彎曲成形過程中工件的內外層從拉應力過渡到壓應力有彈性變形存在，工件在卸載后內、外層纖維因彈性恢復而分別伸長和縮短，結果使得工件彎曲的曲率和角度發生顯著變化，產生彈性回跳或彈性回復現象，從而降低了影響工件的成形精度。本文首次提出了彎曲凸模深度（即彎曲凸模斜壁直邊的長度）這個概念，推倒彎曲凸模深度與模具結構參數之間的計算公式及基于凸模深度的回彈公式。并利用有限元軟件Deform對彎曲成形過程進行了數值模擬，分析了凸模深度對成形過程的影響規律，發現彎曲結束階段板料出現明顯的“分流面”，并通過理論分析計算出分流面的精確位置，對實際生產過程具有重要的指導意義。

NP11

激光直接沉積TB6鈦合金的成形性研究

于承雪，李懷學，景財年；北京航空制造工程研究所

通過激光熔化同軸輸送的TB6鈦合金粉末，分析了激光直接沉積TB6鈦合金的成形缺陷、顯微組織和力學性能。結果表明：氣孔和未熔合是激光直接沉積TB6鈦合金典型的兩種缺陷，氣孔形貌呈圓球形，隨機分布于成形件內部；未熔合缺陷呈現不規則形狀，主要分布在沉積層的層間和道間。激光直接沉積TB6鈦合金的顯微組織主要以等軸晶為主，其沉積態的拉伸斷口為沿晶/穿晶混合斷裂方式。激光直接沉積TB6鈦合金沉積態的拉伸強度與其鍛件相當，其沿沉積、掃描、搭接等三個方向的拉伸強度相差不大，約為各向同性。熱等靜壓導致激光直接沉積TB6

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鈦合金的拉伸強度降低約200MPa，而塑性提高2倍。該結果對調控激光直接沉積鈦合金的組織與性能具有重要意義。

NP12

放電等離子燒結制備高性能WC/(Fe-Cu-Ni-Mo-C)合金材料

賴燕根，李小強，陳健；華南理工大學國家金屬材料近凈成形工程技術研究中心

采用高能球磨方法制備了WC/(Fe-Cu-Ni-Mo-C)合金粉末，通過放電等離子燒結技術將其快速固結成形，研究了該合金粉末的燒結行為，并對不同WC含量的燒結樣品進行了密度、硬度及橫向斷裂強度的測試，同時分析了試樣的顯微組織和斷口形貌。結果表明：試樣的密度接近全致密，硬度及橫向斷裂強度隨WC含量的增加呈先增后減的變化趨勢，當WC質量百分比含量為10%，燒結溫度為850 ℃及燒結壓力為50 MPa時，所得試樣的密度達到8.09 g/cm3，硬度值為HRC 57及橫向斷裂強度為2780 MPa；該燒結材料的顯微組織以珠光體為主，另外還包含塊狀鐵素體、奧氏體及彌散分布的WC硬質顆粒相，斷口形貌呈現出典型的韌窩特征。NP13

噴射軋制過程中沉積物形貌的數值模擬

李鳳仙，劉允中，羅霞；華南理工大學國家金屬材料近凈成形工程技術中心

對噴射軋制過程中軋輥表面的沉積層厚度和形貌進行深入研究，可使噴射軋制具有最大的沉積效率，且能穩定連續生產致密帶材。在噴射軋制中霧化后的熔滴沉積到軋輥表面形成沉積層，沉積層增長到一定厚度達到穩態后，其形貌將保持不變。采用坐標追蹤方法，建立了霧化后熔滴沉積到軋輥表面的質量流率分布、厚度和形貌模型，可較好地預測不同工藝參數下沉積層的幾何尺寸和形貌，并對咬入角進行了定性的分析。研究了工藝參數（如軋輥半徑、軋輥轉速、參考位置處最大質量流率、軋輥間距、噴射距離等）對沉積物幾何特征的影響，結果表明：最大質量流率、軋輥半徑、軋輥轉速對沉積物厚度和形貌有顯著影響，在此基礎上采用正交實驗法對主要工藝參數進行了優化。

NP14

1350鋁合金與純銅異種材料的攪拌摩擦焊接頭組織與性能的分析

李夏威，張大童；華南理工大學

采用攪拌摩擦焊對3mm厚的1350鋁合金和純銅板材進行了對接，并對接頭的組織和性能進行了分析.試驗結果表明在攪拌頭旋轉速度為1200rpm，焊接速度為80mm/min且鋁合金位于后退側，純銅位于前進側時能得到內部組織致密、無缺陷的接頭.在鋁合金和純銅側均發現了熱影響區、機械熱影響區和攪拌區，熱影響區的晶粒略有長大，機械熱影響區的晶粒發生了較大的彎曲和變形，攪拌區的組織為明顯的動態再結晶的組織.接頭處沒有金屬間化合物生成，結合界面處鋁、銅元素僅發生少量的擴散.攪拌區的垂直于焊接方向的橫截面上的顯微硬度基本介于鋁合金和純銅之間.接頭抗拉強度為73Mpa，斷后伸長率為1.7%，拉伸試樣斷裂區位于攪拌區鋁-銅結合面，斷口掃描照片顯示鋁合金側有少量的韌窩及撕裂棱存在，其余斷裂表面形貌較為平坦，為脆性斷裂.NP15

ZrO2/Al90Mn9Ce1 核殼結構復合材料的SPS制備及其性能研究

張迪，王明罡，趙占奎；長春工業大學先進結構材料教育部重點實驗室

用放電等離子(Spark Plasma Sintering)法燒結表面包覆 10wt%ZrO2 納米粉末的微米 Al90Mn9Ce1 合金復合粉末, 得到高致密的陶瓷結構, 內充金屬合金的塊體復合材料, 燒結溫度僅為 520℃.該材料由蜂窩狀封閉 ZrO2 陶瓷殼壁和 Al90Mn9Ce1 合金核體組成, 核殼單元尺寸約為 10~40 μm, 殼壁厚 2~3 μm.燒結后材料的抗壓強度達到 525 MPa, 顯微硬度達到 316 Hv.這種ZrO2/Al90Mn9Ce1 復合材料的成功制備, 為新型陶瓷/金屬復合材料的設計提供了新思路.NP16

AZ91D鎂合金等離子噴涂NiCoCrAlY/AZ50的工藝研究

蘆笙，翁志平，陳靜；江蘇科技大學

本文利用大氣等離子噴涂技術（APS）在AZ91D鎂合金表面成功地制備了NiCoCrAlY/(Al2O3+50wt%ZrO2，簡稱AZ50）復合www.tmdps.cn

2011中國材料研討會 5.17-5.20 北京

國家會議中心

陶瓷涂層。采用正交試驗設計，以結合強度為指標，優化了AZ50復合陶瓷涂層的工藝參數并通過OM、SEM、XRD等分析方法對涂層的微觀組織結構進行了研究。研究表明：噴涂功率、送粉量、噴涂距離、主氣流量和噴涂次數對噴涂的性能有重大的影響；AZ50復合涂層由α-Al2O3，γ-Al2O3，t’-ZrO2，1.5倍。

NP19

高球形度超低氧含量鋁青銅粉末研制 于軍，章徳銘，楊永琪，任先京； 北京礦冶研究總院 t-ZrO2和c-ZrO2組成，呈典型的層片狀結構并含有少量的氣孔和微裂紋，涂層和基體的結合處是涂層最薄弱的環節。

NP17 AZ91D鎂合金等離子噴涂NiCoCrAlY/陶瓷涂層的工藝和性能

蘆笙，陳燕，陳靜；江蘇科技大學材料科學與工程學院

本文利用正交試驗對AZ91D鎂合金等離子噴涂NiCoCrAlY/Al2O3-13%TiO2陶瓷涂層的工藝參數進行優化，研究噴涂次數對涂層結合性能的影響規律，確定優化的工藝參數及最佳噴涂次數。借助OM、SEM、EDX等手段，對涂層顯微組織進行觀察分析，并對涂層的硬度進行了測量。結果表明，工藝參數對涂層結合強度有重要影響，其主次關系的順序為：電源功率>送粉量>噴涂距離>主氣流量。隨著噴涂次數的增加，即涂層厚度的增加，結合強度減小。斷裂均發生在過渡涂層處，且各元素含量在界面處均發生突變，沒有明顯的擴散現象。鎂合金表面噴涂陶瓷層后硬度明顯提高。

NP18 P對鐵素體區熱軋Ti-IF鋼組織和性能的影響研究 景財年，劉敬廣，王作成；山東建筑大學

對兩種不同磷含量的普通Ti-IF鋼和高強Ti+P-IF鋼，在800℃鐵素體區經4道次熱軋、模擬罩式退火后，測量了退火鋼板的力學性能、顯微組織和二相粒子。結果顯示普通IF鋼的延伸率和r值大于高強IF鋼，在高強Ti+P-IF鋼中有FeTiP二相粒子的析出，兩種鋼板的顯微組織都是再結晶鐵素體，但鋼板中心部組織比邊部組織要粗大，兩種鋼板在鐵素體區軋制都獲得了很好的深沖性能，r值都大于1，Ti-IF鋼深沖性能更好，其原因是添加P后形成FeTiP粒子不利于深沖織構的形成，Ti-IF鋼{111}<112>和{554}<225>織構是Ti+P-IF鋼的新型發動機要求鋁青銅軟支撐耐磨涂層具有較低的氧化物雜質含量以及較高的結合強度，因此，對高性能鋁青銅粉末的研究迫在眉睫。本文采用自主開發的真空霧化設備，通過加入添加劑的方式引入合金元素、鋁脫氧熔煉、大角度和低壓力的惰氣霧化工藝實現了細粒徑、球形鋁青銅合金粉末的高產率制備。所研制的粉末具有球形度高、低氧含量和低成本等特點。采用XRD、SEM等測試手段對該粉末及其組成的銅鋁/鎳石墨涂層進行了國內外材料及其涂層的理化性能的對比分析，結果表明國產鋁青銅合金粉末具有與Metco 51NS相同的物理性能、化學性能及工藝性能，涂層達到了相應技術指標要求，滿足了新型航空發動機用銅鋁/鎳石墨封嚴涂層材料研制對原材料的需求。

NP20

雙掃描噴射成形工模具鋼工藝及性能研究

張勇，張國慶，李周，袁華，許文勇，劉娜，高正江，王孝平；

北京航空材料研究院先進高溫結構材料國防科技重點實驗室

本文主要研究了雙掃描噴射成形的工藝及制備的工模具鋼SFT15的力學性能和微觀組織。結果表明，雙掃描噴射成形工模具鋼SFT15沉積坯平均體密度為8.2g/cm3，達到理論密度的99％。采用噴射成形制備的SFT15高速鋼晶粒細小，無宏觀偏析，組織致密。經過熱變形加工可大幅提高噴射成形工模具鋼的力學性能。采用SEM、TEM研究了SFT15的微觀組織，絕大部分為小于20μm的等軸晶，晶界和晶內分布一些M6C型碳化物，熱處理后SFT15工模具鋼組織主要為回火馬氏體和碳化物。

NP21

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

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2011中國材料研討會 5.17-5.20 北京

國家會議中心

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 水熱合成氧化釔彌散鐵基復合材料的制備 劉青，郭志猛，羅驥； 北京科技大學

結合共沉淀法與水熱合成法，以氯化鋁、氯化釔和氨水所得的氫氧化物沉淀為前驅物，在水熱溫度100-200°、保溫3-7h的條件下可以制備出彌散相在納米級的彌散強化鐵基材料。研究了反應條件，如加入分散劑的種類及含量、水熱溫度、水熱時間等對水熱合成的影響，從而得到了最佳的工藝參數。用SEM分析了彌散相的大小及分布確定了最佳的分散劑的種類及含量，通過力學性能的比較，進一步確定了最佳的水熱溫度及時間。

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