有关材料成型方面的论文

有关材料成型方面的论文
材料成型是现代制造业的重要支柱,对经济社会的发展和综合国力的提升有着十分重要的意义。

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有关材料成型方面的论文篇1
试论材料成型技术的现状及发展趋势
摘要：随着社会的不断发展，各个领域对材料的需求也越来越大。

材料成型技术决定了材料的产品质量与生产规模，本文通过对现阶段铸造、锻造、焊接等几种常用材料成型技术现状进行分析，展望材料成型技术的发展趋势。

关键词：材料成型技术;现状;发展趋势
现代工业产品质量的好坏已经不仅仅取决于材料自身的属性，更取决于能否利用合适的材料成型技术来充分发挥材料的特点。

材料成型技术影响着材料产品的质量、性能、用途等各个方面，也影响着现代工业发展。

一、我国材料成型技术的现状
(一)铸造技术现状
铸造技术主要用于金属材料，它是通过将金属熔炼成液体注入到铸型中，经过凝固、清理后得到预先设计的尺寸、形状和性能的铸件的材料成型工艺。

铸造按照不同方式分类有众多的种类，比如按铸型分类有砂型铸造和金属型铸造;按金属液的浇注工艺可以分为重力铸造和压力铸造等。

总之，铸造现代材料制造工业是最基本、最常用的工艺。

现代铸造主要是快速成型技术，是指通过CAD模型直接驱动，计算机控制加热喷头根据截面轮廓信息做平面运动和高度方向运动，丝材由供丝机送至喷头加热融化后涂覆在工作台上，精确地由点到面，由面到体积的堆积成零件。

目前市场上常见的成型方法已经有十余种，比如立体平版印刷法，逐层轮廓成型法，光掩模法融化堆积法和选择性激光烧结法等[1]。

我国材料铸造成型工艺技术水平远远落后于世界发达国家水平，具体体现在：铸件的质量差，工艺水平较低，加工余量过多;大型铸件的厚大断面存在宏观偏析、晶粒粗大等问题;铸件裂纹问题较多;浇注系统设计存在卷气、夹杂等缺陷，使铸件的出品率和合格率较低;能源和原材料利用水平较低;环境污染严重等众多方面。

(二)电焊技术现状
电焊也是材料成型中经常用到的技术之一，它主要应用于材料的连接、造型、封闭等方面。

当前，我国主要使用的电焊成型技术主要有弧焊、电阻焊和特种焊等几种。

弧焊技术主要是气体保护焊和内燃机动力焊，常用于铁轨、油管、气管等材料的焊接;激光焊、电子束焊以及搅拌摩擦焊等特种焊接技术也开始应用在我国材料成型方面[2]。

目前，我国的电焊技术仍存在着一些问题，比如，对环境的高污染，对施工人员的健康危害较大，且对电焊施工人员的技术水平要求较高;另外，焊接大量地依靠人工操作，产品生产效率较低，人工失误容易造成产品质量的不合格等。

(三)锻造技术现状
锻造是通过工具相对运动来改变工件厚度或截面形状的方法，是一种传统的机械加工工艺。

现代锻造技术几乎可以把任意一种金属锻压成形，并使金属内部质量得到一定程度的改善。

当前我国材料锻造成型技术主要应用于汽车、航空、电子、家电等工业领域当中，锻压技术主要有冷冲压、热模锻、单机联线自动化和大型多工位压力机等方式。

我国的锻造技术还主要依靠于人工操作，存在着生产效率较低，人身安全和工作环境较差，冲压制件产品质量较差，人工成本较高等众多问题。

综上所述，材料成型技术是汽车、能源、机械造船等国家支柱产业和国防工业的关键基础加工技术，但是我国在材料成型核心领域或关键技术方面还有较大的差距。

比如军用或民用飞机中的燃气轮机叶片、大型水电工程水轮机的叶轮等方面，依然比较依赖于进口。

二、材料成型技术的发展情况
高速发展的工业技术要求材料成型技术的精确化、轻量化、集成
化，随着新科学技术的不断出现，材料成型技术也在不断变革。

近年来，铸造、电焊及锻造等材料成型技术都有所升级与革新。

(一)铸造技术的发展
铸造技术在近年来出现了液压塑性成型、精密锻造、镁及铝合金半固态成型、钛合金成型等新技术。

在汽车工业出现了可控压力铸造、消失模铸造以及压力铸造等新一代汽车发动机薄壁铝合金缸体铸件的新方法;在航空工业中，则出现了用定向凝固熔模铸早生产高温合金单晶体燃气轮叶片的方法。

另外，随着金属基复合材料、金属间化合物材料等新材料的研究开发，新的材料成型方法也不断涌现。

比如材料电磁成型加工、金属基复合材料液态喷射成型技术、激光直接加工成型技术等的[3]。

(二)电焊技术的发展
电焊技术的发展进步主要体现在逆变式焊接电源所占的比重越来越大;自动、半自动电焊机，尤其是高效节能的CO2焊接得到快速发展;熔化极气体保护焊已经逐渐取代手工电弧焊成为电焊的主流;焊机的操作趋向于简单化、智能化;在汽车、造船、工程机械和航空航天等领域使用智能化焊接机器人等。

另外，专业配套的焊接设备应用的范围也越来越大。

(三)锻造技术的发展
锻造技术的发展表现为材料柔性自动化技术的提升，工业装备的数控化、自动化、柔性化蓬勃发展。

锻压技术主要用于汽车工业，随着汽车工业的快速发展不断更新进步，由于现代汽车工业生产规模化、车型个性化、车型批量小、变化快、多车型生产和车身覆盖一体化大型化等特征，要求锻压技术必须放弃以前的加工单一品种刚性生产的方法，升级为具有高柔性和高效率的自动化锻压设备。

三、材料成型技术的发展趋势
(一)高效节能
随着工业的不断发展，对材料的需求量越来越大，这就意味着材料成型的时间必须缩短，材料生产的规模需要扩大，也就是材料成型的效率需要得到提高。

而未来能源必然会愈加紧张，能源浪费高的材
料成型技术将不再适合时代的要求，节省能源的材料成型技术将会成为社会的主流。

所以，高效节能是未来材料成型技术发展的趋势所在，以提高产品的生产效率和质量，减少能源消耗[4]。

(二)绿色环保
社会的发展使人们的健康和绿色环保意识越来越强，对生活和工作环境有了更高的要求，高污染、作业环境恶劣以及对人体危害较大的材料成型技术会逐渐被人们放弃，转而研发洁净环保的新型材料成型技术，以降低对环境产生的噪音、气体、水资源等方面的污染，提高工作人员的人身健康安全。

(三)数字化与智能化
数字化是建立数字化数据体系，实现设计体系、制造技术以及检测与后加工的数字化。

数字化技术体系的建立，能够减少材料生产中各个环节产生的误差，加强整个生产过程的监督检验。

智能化是指在材料成型的生产过程中，对材料生产的各个环节实施智能化控制技术，优化生产工艺和流程，以提高产品的产量和质量[5]。

(四)自动化
自动化是材料成型技术发展的必然趋势。

随着工业发展对材料产品生产规模和生产质量稳定性要求的提高，提升材料生产过程的自动化就显得十分有必要。

它可以改变材料制造中劳动密集型特征，解决材料生产中的人工失误和生产效率等问题，达到提高制造效率和产品质量的目标。

结语：
工业技术的迅速发展和国际竞争的日益激烈，要求材料成型产品性能高、成本低、周期短。

为了生产高精度、高质量和高效率的产品，材料成型技术就需要从传统的单一型走向复合型、多功能型，变得综合化、多样化、多科学化。

加快材料成型技术的发展进步，是适应国际市场，参与全球竞争的必然要求。

参考文献：
[1] 黄利银.磁性粉末材料成型技术研究综述[J].热加工工艺，2013，4：70-73.
[2] 黄蕾.浅析材料成型技术的现状及发展趋势[J].青春岁月，2013，9：485.
[3] 谭放.复合材料帽形框架整体成型技术[J].宇航材料工艺，2013，4：58-62.
[4] 万宏昌.试论材料成型及控制与自动化技术[J].投资与合作，2013，7：233-233.
[5] 王晓明，虞付进，王琳琳等.材料成型技术基础实验教学改革初探[J].科教导刊，2014，1：123-124.
有关材料成型方面的论文篇2
浅谈激光相变技术在材料成型中的应用
摘要：主要介绍了激光相变硬化的特点及强化机理、激光表面相变硬化工艺。

分析了钢铁材料激光相变硬化后的组织与性能，及近年来激光相变硬化技术在材料科学领域的研究状况。

激光技术自2 0 世纪6 0 年代问世以来，在各行业都获得了重要的应用。

近年来，激光表面处理技术不仅在研究和开发方面迅速发展，而且在工业应用方面也取得了长足的进步，成为表面工程一个十分活跃的新兴领域。

激光表面处理既可以通过激光相变硬化(激光淬火)、表面熔凝改变基体表层材料的微观结构，也可以通过激光熔覆、气相沉淀和合金化等处理方法同时改变基体表层的化学成分和微观结构。

其中，激光相变硬化是现有各种激光表面处理技术中研究和应用最多的方法之一。

然而目前激光表面相变硬化技术的应用还不象传统热处理技术那样广泛和成熟，但由于其具有独特的优越性而正日益受到人们的重视，已经在机械制造、交通运输、石油、矿山、纺织、冶金、航空航天等领域得到应用和发展。

1 激光相变硬化的机理及特点
激光相变硬化是局部的急热急冷过程。

由于加热时间短，热影响区域小，硬化层较浅，一般只有0.3 一1.0 mm。

激光相变硬化加热时，表面升温速度可达104～ 106℃/s ，使材料表面迅速达到奥氏体化温度，原有材料中珠光体组织通过无扩散转化为奥氏体组织，随后通过自身热传递以106 一108℃ /s 的冷却速度快速冷却，它既可在原
晶界和亚晶界成核，也可在相界面和其它晶体缺陷处成核，而在快速加热下的瞬间奥氏体化使晶粒来不及长大，在马氏体转变时，必然转变成细小的马氏体组织; 另一方面，激光快速加热，使得扩散均匀化来不及进行，奥氏体内碳及合金元素浓度不均匀性增大，奥氏体中含碳量相似的微观区域变小，在随后的快速冷却条件下，不同的微观区域内马氏体形成温度有很大的差异，这也导致了细小马氏体组织的形成。

激光淬火后的马氏体组织为板条状马氏体组织和孪晶马氏体组织，位错密度极高，可达10l2/cm2。

研究表明：晶粒细化，马氏体高位错密度，碳的固溶度高是获得超高硬度的主要原因[3]。

2 激光表面相变硬化工艺
2.1 材料表面预处理
金属材料表面对激光辐射能量吸收能力主要取决于表面状态。

一般金属材料表面经过机械加工，表面粗糙度很小，其反射率可达80%一90%，影响金属材料表面吸收光能的效率[4]。

为了提高金属表面对激光的吸收效率，在激光硬化前要进行表面预处理，其方法有磷化法、提高表面粗糙度法、氧化法、喷涂涂料法、镀膜法等，其中最常用的是磷化法和喷涂涂料法。

在原始表面上覆以吸收激光物质涂层是最有效的一种。

这些涂料除了能大大提高吸收率外，还必须具有廉价、无毒、无污染、与基体结合牢靠、干燥快、激光扫描时无反喷、激光处理后清除方便等特点。

为此，研制出在激光淬火前能涂覆在被处理金属表面，从而大大提高金属表面对激光的吸收能力的涂料，已成为激光技术能否在工业领域推广应用的一个重要课题[5]。

2.2影响相变硬化层的主要参数及其相互关系
激光相变硬化过程是一个错综复杂的快速加热快速冷却的淬火过程。

激光硬化层的尺寸参数(硬化层宽度、硬化层深度、表面粗糙度)和性能参数(显微硬度、耐磨性、组织变化)取决于激光功率密度(激光功率、光斑尺寸)、扫描速度、材料的性质(成分、原始状态)和表面预处理特性等，同时也与被处理零件的几何形状和尺寸以及激光作用区的热力学性质有关。

在其他工艺因素不变的条件下，其主要工艺参数有激光器输出功率(P)、扫描速度(V)和作用在材料表面上的光斑尺寸
(D)，三者的综合作用直接反映了激光淬火过程的温度及其保温时间。

三个参数对激光相变硬化效果的影响关系式为：
激光相变硬化层深度(H)ocP/(DxV)
由上式可知，激光相变硬化层深正比于P，反比于D、V，三者可互相补偿，经适当的选择和调整可获得相近的硬化效果[4]。

另外，还应考虑各参数值的选择范围，D不能过大，V不能过小，以免冷却速度过低，不能实现马氏体转变。

反之，当激光输出功率过大时，容易造成表面熔化，影响表面的几何形状。

奥氏体的转变临界温度与材料的熔点之比值越小，允许产生相变的温度范围越大，硬化层深度就越深。

2.3 激光相变硬化扫描方式
激光的扫描方式有圆形或矩形光斑的窄带扫描和线形光斑的宽带扫描。

窄带扫描的硬化带宽度与光斑直径相近，一般在5 ～以内。

对于要求大面积硬化时，必须逐条地进行扫描，各扫描带之间需要重叠，重叠部分将留下回火软化带，回火软化带的宽度与光斑特性有关，一般均匀矩形光斑产生的回火软化带较小。

宽带扫描的宽度可达十几毫米，有效地减少了软化带的不良影响。

清华大学刘文今等人[l0] 曾用GaAs 二元光学器件聚焦后得到线光斑，对45 钢凸轮表面进行激光熔凝一合金化的研究，提高了凸轮强化表面的硬度和耐磨性。

3 结束语
激光相变硬化技术从开始应用到现在，已经历了30多年的发展历程，应用领域不断扩大。

但由于这项工艺的技术含量很高，工艺过程中影响因素太多，设备费用高昂，除了对形状简单、工艺基本定型且批量较大的工件可以专门建立生产线，并可获得稳定的加工质量外，在形状较为复杂的工件中应用仍存在不少问题，基本上还是一种成本高、控制复杂但性能特殊的实验室技术。

但是，由于激光相变硬化技术所具有的独特优点，它仍是一项有广泛应用前景的高新技术。

随着数值模拟与计算机控制技术研究的不断进展，可适用于各种情况的激光相变硬化工艺实时控制系统的研制也将获得成功，那时必将为激光相变硬化技术全面进入自动化生产线铺平道路。

参考文献：
[l]应小东，李午申，冯灵芝. 激光表面改性技术及国内外发展现状[J].焊接， 2003 ， (l)： 5-8.
[2]王秀彦，安国平，李栋，等.模具表面的激光非熔凝加工的应用研究综述[J]. 北京工业大学学报， 2001，27 (4 )： 415 -419.
[3]谢志余，潘饪娴. 激光热处理相变机理及应用[J].机械制造与自动化， 2003 ， (4 )：38- 42
[4]关振中. 激光加工工艺手册[M]. 北京：中国计量出版社，1998.143一150.
[5]晃明举. 金属材料表面激光淬火和熔覆若干关键技术研究侧. [D]郑州：郑州大学博士论文，2003.。