材料成形加工技术科技前沿概览

材料成形加工技术科技前沿概览

材料成形与加工技术前沿综述

XXXX近年来材料科学技术领域最活跃的方向之一大量先进技术和工艺不断发展和完善，并在实践中逐步应用，如快速凝固、定向凝固、连铸连轧、连铸连轧、精密铸造、半固态加工、粉末注射成型、陶瓷胶态成型、热等静压成型、无模成型、微波烧结、离子束制备、激光快速成型、激光焊接、表面改性等。，促进了传统材料的升级换代，加快了新材料的研发、生产和应用，解决了高技术领域发展对高性能特种材料的制备、加工和微观结构进行精确控制的迫切需求。

2，历史演变:

从人类社会发展和历史进程的宏观角度来看，物质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。然而，材料和材料技术的进步和发展应归功于金属材料制备和成型技术的发展。人类从漫长的石器时代发展到青铜时代(有些学者称之为“第一次物质技术革命”)，首先得益于铜冶炼和铸造技术的进步和发展，从青铜时代发展到铁器时代，得益于铁鳞冶炼技术和锻造技术的进步和发展(所谓的“第二次物质技术革命”)直到16世纪中叶，冶金学(金属材料的制备和成型)才逐渐从“工艺”发展到“冶金学”。人类开始重视从“科学”的角度研究金属材料的成分、制备、加工工艺和性能之间的关系，迎来了所谓的“第三次材料技术革命”——人类从相对单一的青铜和

铸铁时代进入合金化时代，这催生了人类历史上第一次工业革命，推动了现代工业的快速发展。自

进入XXXX时代后期以来，先后实施了“超级金属”和“超级钢”计划，重点发展先进的制备和加工技术，精确控制组织，大幅度提高材料性能，实现降低材料消耗、节约资源和能源的目标。

新材料的研究、开发和应用全面反映了一个国家的科技和产业化水平，而先进制备和成型技术的发展对新材料的开发、应用和产业化起着决定性的作用。先进制备和成型技术的出现和应用，加上新材料的研发、生产和应用，促成了微电子和生物医用材料等新兴产业的形成，推动了现代航空航天、交通运输、能源和环境保护等高科技产业的发展。

传统结构材料正在向高性能化、复合化、结构与功能一体化方向发展。尤其需要先进的制备和成型加工技术和设备，使材料的生产过程更加高效、节能和清洁，从而提高传统材料产业的国际竞争力。

另一方面，开展这一科学领域的前沿和基础研究，综合利用相关学科的基础理论和科技发展成果，为制备新材料提供新的原理和方法，也是材料科学和工程学科自身发展的需要。

因此，发展先进的材料制备和成型技术对提高国家综合实力，突破先进工业国家的技术壁垒和封锁，保障国家安全，提高人民生活质量，促进材料科学技术本身的进步和发展具有十分重要的作用。这也是国民经济和社会可持续发展的重大要求。

3。研究现状

1。快速凝固

快速凝固技术的发展将液态成形过程推向了一个远离平衡的状态，极大地推动了非平衡新材料如非晶、细晶和微晶的发展。传统的快速凝固追求高冷却速度，并且仅限于制备低维材料，例如非晶丝和箔。近年来，快速凝固技术主要发展在两个方面:①通过注射成型、超高压和深过冷结合适当的成分设计，发展了块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结构的新材料目前，快速凝固技术广泛应用于非晶或超细线材、带材和块状材料的制备和成型。2.半固态成型

半固态成型是一种利用凝固组织控制的技术。在XXXX早期，麻省理工学院的弗莱明教授等人首次提出了半固态加工技术，打破了传统的枝晶凝固模式，开创了强制均匀凝固的先例。半固态成形包括半固态流变成形和半固态触变成形:前者是直接利用制备的半固态浆料进行成形，如压铸(称为半固态流变铸造)；后者是将制备的半固态坯料再加热至半熔融状态，然后进行模塑，例如挤出模塑(称为半固态触变挤出)3.无模成形

为解决复杂形状或深冲产品的缺陷，如大型冲压和拉伸成形设备、模具成本高、生产工艺复杂、柔性低等。为了满足社会发展对产品多样性(多品种、小规模)的需求，自XXXX以来，柔性加工技术的发展一直受到发达工业国家的重视典型的非模具成形技术包括增量成形、非接触拉伸、非模具多点成形、激光冲击成形等。4.超塑成形技术

2

超塑成形技术具有成形压力低、产品尺寸和形状精度高等特点。近年来，其发展方向主要包括两个方面:一是大型结构件、复杂结构件和精密薄壁件的超塑成形，如铝合金汽车盖、大型球罐结构、飞机舱门、盥洗盆等。；二是难加工材料的精密成形，如钛合金、镁合金和高温合金结构件5.金属粉末材料成型加工

粉末材料成型加工是一种典型的近净形、短流程制备加工技术，可以实现材料设计、制备和预成型的一体化；材料结构可以自由组装，精确调控材料性能；可用于制备陶瓷和金属材料，也可用于制备各种复合材料。它是近年来XXXX先进材料制备和成型技术的热点和主要发展方向之一。自1990年以来，世界粉末冶金年销售额增长了近2倍。XXXX北美铁基粉末相关模具、加工设备和最终零件的销售额达到91亿美元，其中粉末冶金零件的销售额为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，粉末冶金工业仍将长期保持高增长率。

粉末材料成型技术的研究重点包括粉末注射成型、胶体成型、温压成型和微波、等离子体辅助低温强化烧结等。6.陶瓷胶态成型

XXXX在十年中期，为了避免在注射成型过程中使用大量有机物所造成的脱脂和排胶困难以及造成的环境问题，传统的注射成型由于其几乎不需要添加有机物、工艺成本低、易于操作和控制等特点而重新受到重视。，但由于其胚密度低、强度差，不适合制备高性能陶瓷材

料。自

进入20世纪90年代以来，为了改善陶瓷坯体的均匀性和解决陶瓷材料的可靠性问题，发展了各种原位固化成型工艺。凝胶注射成型工艺、温度诱导絮凝成型、胶体振动注射成型、直接凝固注射成型等。一个接一个地出现并受到认真的关注。原位凝固工艺被认为是提高坯料均匀性和进一步提高陶瓷材料可靠性的唯一途径。它发展迅速，并在实践中逐步得到应用。7.激光快速成型

激光快速成型技术是XXXX中期结合现代材料技术、激光技术和快速原型制造技术的一种新型近净形快速制备技术。采用该工艺成型的零件完全致密，内部结构细小均匀，具有优越的力学性能和物理化学性能；同时，零件的复杂性基本不受限制，可以缩短加工周期，降低成本。目前，发达国家已经进入实际应用阶段，主要应用于国防和高技术领域。国内激光快速成型起步较发达国家稍晚，在应用基础研究和相关设备建设方面做了良好的前期工作，并有条件通过进一步研究形成自己的特色激光快速成型技术。8.电磁场附加制备和成形技术

在材料制备和成形过程中，通过施加附加的外部场(如温度场、磁场、电场、力场等)。)，可以显著改善材料的结构，提高材料的性能，提高生产效率。典型的附加温度场制备和成形技术包括熔体过热处理、定向凝固技术等。典型的力场附加制备和成形技术包括半固态加工等。典型的电磁场附加制备及成型技术包括电磁铸轧技术、电磁连铸技术、磁场附加热处理技术、电磁振动注射成型技术等。近年来，电磁场附加制备及成形技术的研究在世界范围内形成了一个新的材料