材料加工新技术与新工艺 7 复合铸造
挤压铸造双金属复合材料成型工艺及性能分析
世界有色金属 2023年 5月上10冶金冶炼M etallurgical smelting挤压铸造双金属复合材料成型工艺及性能分析户 芳，高秀峰，叶 云（山西晋中理工学院，山西 晋中 ０３０６００）摘 要：双金属复合材料是一种具有高利用率、综合性能优于其它金属材料的新型浇铸材料，为此，本文对挤压铸造工艺和性能进行了分析。
首先，通过对双金属复合材料的模态结构的建模、固液复合度的控制、双金属材料的包覆温度和退温成型等方面的研究，而后对其成型过程进行了分析，最后再对其导电性、轻量化等方面作了较为深入的研究。
关键词：复合材料；性能分析；挤压铸造；成型工艺中图分类号：ＴＧ２４９．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０２３）０９－００１０－３Forming Technology and Performance Analysis of Squeeze Casting Bimetal CompositesHU Fang, GAO Xiu-feng, YE Yun（Ｓｈａｎｘｉ Ｊｉｎｚｈｏｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｊｉｎｚｈｏｎｇ ０３０６００，Ｃｈｉｎａ）Abstract: Ｂｉｍｅｔａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｉｓ ａ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｏｆ ｃａｓｔｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ａｎｄ ｂｅｔｔｅｒ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｔｈａｎ ｏｔｈｅｒ ｍｅｔａｌ ｍａｔｅｒｉａｌｓ． Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ， ｔｈｅ ｓｑｕｅｅｚｅ ｃａｓｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ． Ｆｉｒｓｔ ｏｆ ａｌｌ， ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｄａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｂｉｍｅｔａｌｌｉｃ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ， ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｌｉｄ－ｌｉｑｕｉｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ， ｔｈｅ ｃｏａｔｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｂｉｍｅｔａｌｌｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌ ａｎｄ ｔｈｅ ａｎｎｅａｌｉｎｇ ｍｏｌｄｉｎｇ， ｔｈｅ ｍｏｌｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ， ａｎｄ ｆｉｎａｌｌｙ， ｔｈｅ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ ｏｆ ｔｈｅ ｂｉｍｅｔａｌｌｉｃ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ａｒｅ ｆｕｒｔｈｅｒ ｓｔｕｄｉｅｄ．Keywords: ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ； Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ； Ｓｑｕｅｅｚｅ ｃａｓｔｉｎｇ； Ｆｏｒｍｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ收稿日期：２０２３－０３作者简介：户芳，女，生于１９８８年，汉族，山东曹县人，硕士研究生，助教，研究方向：材料成型。
新型铸造材料与技术的应用与发展
新型铸造材料与技术的应用与发展摘要：铸造技术和铸造材料作为制造业的核心技术和基础材料，具有广泛的应用前景和深远的研究意义。
随着科技的不断发展和社会的全面进步，人们对于材料和技术的要求也越来越高。
新型铸造材料与技术的应用和发展成为了当前研究的热点和前沿领域，对于提高制造工艺、改善产品性能和推动社会经济发展具有重要意义。
关键词：新型铸造材料；技术；应用；发展1 铸造技术和材料的历史发展铸造技术和材料的历史可以追溯到几千年前。
早期的铸造技术主要是通过熔化金属和将其铸造成形来制作器具和工艺品。
随着冶金技术的进步，人们逐渐掌握了铸造铁、铜等金属的技术，并将其应用于军事、建筑和手工业等领域。
在工业化时代的到来和机械化生产的需求下，铸造技术得到了进一步的发展。
铸造技术的研究重点逐渐从单一的材料和手工加工转变为多种材料和机械化生产。
现代铸造技术已经成为一门独立的科学技术，包括模型制作、模具制造、熔炼与浇注、凝固与固化以及后处理等多个环节。
2新型铸造材料的研究与应用2.1 高强度铝合金的研究与应用高强度铝合金是一种具有良好综合性能的新型铸造材料，具有较高的强度、优异的塑性和良好的耐蚀性。
它们通常被广泛应用于航空航天、汽车工业和电子设备等领域。
2.1.1 高强度铝合金的种类高强度铝合金可以分为2024、6061和7075等几种常见的合金，它们具有不同的化学成分和力学性能。
例如，2024合金由铝、铜和小量的锌等元素组成，具有较高的强度和优良的韧性；6061合金是由铝、镁和硅等元素组成，具有良好的可焊性和耐蚀性；7075合金由铝、锌和镁等元素组成，具有极高的强度和优异的疲劳强度。
2.1.2 高强度铝合金的性能和应用领域高强度铝合金具有优异的性能，如较高的强度、良好的塑性和耐蚀性。
这些性能使得高强度铝合金在航空航天领域得到广泛应用，例如制造飞机结构件和发动机部件。
此外，高强度铝合金还广泛用于汽车工业中，如制造车身和发动机零件，以提高整车的轻量化和燃油效率。
金属冶炼中的新技术与新材料
连铸连轧技术
总结词
高效、节能的金属加工技术
详细描述
连铸连轧技术是一种高效、节能的金属加工技术，将铸造和轧制工艺连续进行 ，实现金属材料的连续加工。该技术具有生产效率高、节能降耗、降低生产成 本等优点，广泛应用于钢铁、有色金属等领域。
CHAPTER
新设备在金属冶炼中的应用
真空冶炼设备
真空感应熔炼炉
利用真空条件下，通过感 应加热原理熔炼金属，具 有熔炼温度高、杂质去除 效果好等优点。
真空电弧熔炼炉
通过电弧在真空条件下加 热和熔炼金属，可实现高 熔速、高纯净度熔炼。
真空电子束熔炼炉
利用电子束在真空条件下 对金属进行加热和熔炼， 具有熔炼温度高、纯净度 高、节能环保等优点。
废水处理技术
01
沉淀法
通过添加沉淀剂使废水中的重金 属离子或悬浮物沉降下来，达到 净水的目的。
生物处理法
02
03
高级氧化技术
利用微生物的代谢作用，将废水 中的有机物转化为无害的物质， 达到净水的目的。
通过强氧化剂将废水中的有机物 氧化成无害的物质，达到净水的 目的。
废渣处理技术
压实法
通过压实机将废渣压缩成块，减少体积，便于运输和 处置。
固化法
通过添加固化剂将废渣中的有害物质固定在固化体中 ，减少对环境的危害。
焚烧法
通过高温焚烧将废渣中的有害物质燃烧成无害的物质 ，达到处置的目的。
04
CHAPTER
新工艺在金属冶炼中的应用
现代材料制备技术复习题解析
⏹ 1.火法冶金、湿法冶金和电冶金的主要特点是什么？A利用高温加热从矿石中提取金属或其化合物的方法称为火法冶金。
其技术原理是将矿石或原材料加热到熔点以上，使之熔化为液态，经过与熔剂的冶炼及物理化学反应再冷凝为固体而提取金属原材料，并通过对原料精炼达到提纯及合金化，以制备高质量的锭坯。
主要缺点是污染环境，优点则是效率高而成本低。
B湿法冶金是指利用一些溶剂的化学作用，在水溶液或非水溶液中进行包括氧化、还原、中和、水解和络合等反应，对原料、中间产物或二次再生资源中的金属进行提取和分离的冶金过程。
环境污染小，并且能够处理低品位的矿石。
C利用电能从矿石或其他原料中提取、回收或精炼金属的冶金过程称为电冶金。
⏹ 2.简述火法冶金和湿法冶金的基本工艺过程。
A火法冶金的基本过程：矿石准备（选矿、焙烧、球化或烧结等工序处理）→冶炼（矿石在高温下用气体或固体还原剂还原出金属单体）→精炼（去除杂质元素，提高纯度及合金化）B湿法冶金的基本过程：浸取（选择合适的溶剂使经过处理的矿石中包含的一种或几种有价值的金属有选择性地溶解到溶液中，与其它不溶物质分离)→固/液分离（过滤、洗涤及离心分离等操作，一方面使浸取液与残渣分离，另一方面将留存在残渣中的溶剂和金属离子洗涤回收）、溶液的富集（化学沉淀、离子沉淀、溶剂萃取和膜分离等方法）和从溶液中提取金属或化合物（电解、化学置换和加压氢还原等方法）⏹ 3.电解精炼和电解提取有何不同？在电冶金中，应用水溶液电解精炼金属称为电解精炼或可溶阳极电解，而应用水溶液电解从浸取液中提取金属称为电解提取或不溶阳极电解。
具体原理如下：采用可溶性阳极进行电解，通过选择性阳极溶解及阴极的沉淀，等到分离杂质和提纯金属的目的。
例如：将火法冶金制得的铜版作为阳极，以电解产生的薄铜片作为作为阴极置于充满电解液的电解槽中，在两级间通以低电压大电流的直流电。
阳极将发生电化学反应.⏹ 4.单晶材料制备中提拉法的原理。
（１）要生长的结晶物质材料在坩埚中熔化而不分解，不与周围环境起反应。
2024年新技术、新产品、新工艺、新材料的应用培训课件
智能家居产品应用
智能照明系统
01
通过智能手机或语音助手控制灯光，实现远程操控、定时开关
、光线调节等功能。
智能安防系统
02
利用摄像头、红外传感器、门窗磁等设备，实现家庭安全监控
、入侵报警、紧急求助等功能。
智能家电系统
03
将传统家电升级为智能家电，实现远程控制、语音操控、自动
化运行等功能，提高生活便利性。
培训内容和安排
新技术概述
介绍当前热门的新技术及其发展趋势，如人 工智能、大数据、云计算等。
新产品介绍
展示最新的产品，分析其特点、优势及应用领 域。
新工艺讲解
阐述先进的生产工艺和技术，探讨如何将其应用 于实际生产中。
新材料应用
探讨新材料的性能、特点及应用领域，研究如何将 其用于产品开发和生产过程中。
绿色制造工艺应用
绿色制造概述
绿色制造的定义、原则和发展趋势。
环保材料与资源回收
介绍环保材料的选择和资源回收利用技术。
节能减排技术
探讨节能减排的关键技术和方法。
绿色制造评价指标体系
建立绿色制造评价指标体系，评估绿色制造 水平。
智能制造工艺应用
智能制造概述
智能制造的定义、特点和发展 趋势。
数字化工厂建设
新产品应用案例分析
新能源汽车的应用
新能源汽车采用先进的电池技术、电机技术和电控技术， 具有零排放、低噪音、低能耗等优点，是未来汽车产业的 发展方向。
智能家居产品的应用
智能家居产品可以实现远程控制、语音控制、场景定制等 功能，提高家居生活的便捷性和舒适性。
可穿戴设备的应用
可穿戴设备可以实时监测人体生理参数、运动状态等信息 ，为健康管理、运动健身等领域提供了新的解决方案。
现代材料成型新技术.
《现代材料成型新技术》讲义重庆大学机械工程学院材料加工工程2004．5．26课程主要内容1．粉末冶金技术2．金属多孔材料3．定向凝固和单晶铸造4．金属超塑性5．连续铸造技术6．快速凝固技术和材料7．金属半固态成形技术第一章粉末冶金1．概述1.1粉末冶金的工艺：制粉，成型，烧结（发展到两者合一,HIP，或者三者合一，Osprey,以及烧结后的锻造）1.2优点：1）近终成型（用于高硬度材料，不利于机械加工零件）2）合金成分设计，可在宽范围控制成分（提高固溶度）3）可以得到复杂零件（锻造得不到）4）组织可控（铸造组织粗大）5）可制备人工复合材料1.3 缺点：1）粉末和模具成本高2）不适合大零件成型3）存在孔隙1）简化制粉工艺，提高产出率2）全致密工艺（热等静压）2制粉2.1传统制粉：电解，球磨，气体雾化，水雾化（粒径大：≥200μm；粒径分散度大；产出率低）2．2离心雾化和快速凝固制粉2.2.1旋转电极法（见图1.1、图1.2）图1.1 旋转电极法原理图图旋转电极过程中液膜破碎、球形粉形成原理图250转/秒≥150μm图1.3 不同形式的离心雾化250转/秒2.2.3高速转轮快速凝固法(RST)(图1.3C)改进的离心雾化法：提高冷却速度(水冷旋转轮) （≥106 ℃ /秒）；高速转轮（400-600转/秒）优点：1）微晶或非晶粉末；成分偏析小；2）合金元素固溶度提高：表1.1 通过RST提高合金元素在铝中的溶解度力学性能提高：表1.2 用RST加入Li后，2024Al合金性能的改善•在T4和T6热处理状态下。
3）可消除有害相（高温合金的σ相），材料韧性提高4）得到亚稳组织，改变了合金共晶温度，共晶成分，扩大了合金成分范围，可以重新设计合金成分。
60000-80000H z 速度：2马赫≤50μm图1.4 真空雾化原理图1）气相沉积法：激光-蒸发-沉积（1公斤装置）产出率低；粒径小；μm （SiC粉）μm (Si3N4粉)2）液相法：溶液-微粒沉淀-干燥3．成型及致密化新技术致密度≤95%，模内致密度不均匀3.1 注射成型粉末，增塑剂（石蜡），黏结剂—>注射成型—>预烧结（排除有机物）—>成预坯—>烧结注射力提高了致密度和均匀性。
新型铸造技术的研究及应用
新型铸造技术的研究及应用随着工业化的不断发展，铸造技术作为制造行业的重要基石，在技术的持续改进和创新中也得到了长足的发展。
近年来，新型铸造技术的研究和应用，为铸造行业带来了新的发展机遇。
一、新型铸造技术的研究1.1 数字化铸造技术数字化铸造技术是一种集成了数字化设计、数字化模拟、数控加工等多种先进技术的铸造生产方式。
主要通过对铸造工艺进行数字化仿真，优化铸造参数设置，提高生产效率和产品质量。
其中，CAD/CAM技术和虚拟样机技术是数字化铸造技术的核心。
1.2 新材料铸造技术新材料铸造技术是指应用新材料和新工艺技术进行铸造。
这种技术能够满足特定材料的需求，如高性能合金、超导材料等，同时还可以降低能耗和环境污染。
1.3 先进成形技术先进成形技术是一种通过快速成形技术制造金属原型的铸造技术。
它采用了激光喷粉和激光熔化成形、电子束烧结和光敏树脂快速成型等多种技术手段，可以实现一次成形，并且工艺稳定可靠，能够有效改善金属成形的精度和质量。
二、新型铸造技术的应用2.1 轻量化汽车零部件铸造随着汽车工业和环保意识的不断提高，轻量化汽车零部件的需求也越来越大，而新型铸造技术的应用，则可以有效地解决这一问题。
比如，采用先进的高强度铝材料，或采用热成型、注压成型等先进技术生产部件，可以将汽车的重量减轻15%-20%。
2.2 航空航天领域铸造航空航天领域对铸造技术的要求尤为高。
而数字化铸造技术和新材料铸造技术则可以为航空航天领域带来更高的科技含量。
比如，使用高强度合金材料，采用虚拟样机技术进行设计和仿真，可以有效的提高飞机的安全性和性能。
2.3 家电产品铸造家电产品作为大众化产品，对铸造的要求较高。
而先进成型技术的应用，则可以大幅提高产品的生产效率和质量。
比如，使用激光喷粉和激光熔化成形技术代替传统的生产方式，可以有效地提高家电产品的质量和生产效率。
三、新型铸造技术未来的发展趋势随着科技的不断推进，新型铸造技术也在不断的发展和创新。
金属及金属基复合新材料制备技术
金属及金属基复合新材料制备技术1. 引言嘿，大家好！今天我们来聊聊一个既高大上又有点复杂的话题——金属和金属基复合新材料的制备技术。
听上去有点严肃，其实这背后可是藏着很多有趣的故事呢！你知道吗？在现代工业中，这些材料的应用几乎无处不在，从汽车到飞机，从建筑到电子产品，真是方方面面都离不开它们。
咱们就像在逛超市一样，把这些材料逐一捡出来，看看它们都有什么“特长”吧！2. 金属材料的魅力2.1 金属的特性首先，咱们得知道，金属是个什么东西。
你看，金属材料通常都很结实，像钢铁一样，强度高得让人咋舌。
而且，它们的导电性和导热性也是一流的，像铜和铝就能把电和热“跑”得飞快。
这可不是随便哪个材料都能做到的哦，简直就是材料界的“运动健将”！不过，金属也有它的短板，比如容易生锈、腐蚀，真是让人头疼。
不过，这正是复合材料登场的时机。
2.2 金属基复合材料说到复合材料，简直就像是给金属穿上了一层“保护衣”。
金属基复合材料就是把两种或者多种不同的材料结合在一起，形成一种新型的材料。
这样一来，就能兼顾各家之长，弱点也能被弥补。
举个简单的例子，像把金属和陶瓷结合，这样就能得到更高的强度和更好的耐磨性，简直是金属的“铁哥们”！想想看，这样的搭配，岂不是更酷？3. 制备技术的那些事儿3.1 制备方法说到制备技术，那可真是一门学问。
常见的方法有几种，像铸造、粉末冶金、热压成形等等。
这些技术就像是给材料“做饭”，根据不同的“食材”搭配，做出各种口味的“菜肴”。
比如，铸造就像是把金属融化后倒进模具里，冷却后形成所需的形状，简单直接，谁都能理解。
而粉末冶金则是把金属粉末压制成形，再烧结，这个过程稍微复杂点，但可塑性更强，适合做精细零件。
3.2 技术挑战不过，制作这些复合材料可不是说说而已，技术挑战可不少呢！比如，要保证不同材料之间的结合良好，就像交朋友一样，得磨合。
而且，在加工过程中，要控制好温度、压力等参数，这可是一门技术活！如果把握不好，那可就像做饭时火候掌握不好，糊了就不说，连味道都跑了。
复合材料成型新工艺——热胀成型法
复合材料成型新工艺——热胀成型法现代军事装备、航空航天及与之相关的交通工具，经济体设备的发展，给人类社会带来了巨大的变革。
在这一过程中，制造材料科学技术发挥了重要作用。
复合材料的出现，不仅大大提高了复杂结构件的设计、制造和维修能力，而且拓宽了复合材料各种性能的可调节范围，更大的节约了材料的使用。
随着科学技术的发展，热胀成型法在复合材料成型领域发挥着很重要的作用。
热胀成型法是一种新型的复合材料成型技术，它利用复合材料高熔点的特性，将复合材料以有序的方式热胀后，成为任意形状的产品。
其基本原理如下：一种含有有机粘合剂的复合材料，在经过加热膨胀后，在加工空间中形成等宽的“板”，并将原材料按一定形状排列到“板”上，再在恒定的温度和压力作用下热胀处理，让材料断面发生塌陷，最终得到热胀成型型材。
热胀成型法具有多重优势，它可以替代传统的铸造、锻件等成型方式，大大降低了制造成本；它具有塑性大、模具弹性小的特点：以生产出薄壁、复杂形状的内外壁稳定，复合材料的弹性模量也可以根据需要得到调整；热胀成型过程中，能有效消除模具和成型空间内的应力，从而保证产品的质量更高；此外，热胀成型的过程比较简单，不需要复杂的设备就可以实现，生产效率也比较高。
热胀成型法不仅可以用于复合材料的成型，也可以用于多重塑料材料（如PVC、PP、PE、PS）和金属（如铝合金、钢铁）的成型。
它可以用来制造航空航天构件、汽车零部件、建筑装饰材料、包装容器等各种产品，为人类生活带来巨大贡献。
热胀成型技术的发展还有很多改进的空间，表面涂层技术和模具设计技术的深入应用，可以更大的拓展热胀成型的使用范围，更大的提升产品的性能，为人类是无穷的贡献。
综上所述，热胀成型法可以用于复合材料和各种塑料材料，并且它的特点是易于成型、低成本、高生产效率等优点，正在广泛应用于航空航天构件、汽车零部件、建筑装饰材料、包装容器等等，为人类社会带来了巨大发展。
未来，热胀成型技术将发展得更快，为人类社会的更多领域作出更多的贡献。
诺威利斯复合锭铸造法：原理、工艺与应用
诺威利斯复合锭铸造法：原理、工艺与应用北京安泰科信息开发有限公司 王祝堂 李扬摘要：采用DC 法商业化铸造复合铝合金锭是全球铝业界几十年来追求的目标之一，2005年底美国诺威利斯公司奥斯威戈轧制厂在瓦格斯塔夫公司专家的协助下终于成功地实现了复合锭的工业化规模铸造，到今年3月份已成功地铸出50多种不同合金的复合锭。
用此种锭轧制的1200/2124合金薄板及4147/3003合金钎焊带箔已发往用户。
奥斯威戈轧制厂已形成770kt/a 复合锭的生产能力，诺威利斯公司将在韩国与德国各建一条铸造复合金锭的生产线。
复合锭的商业化生产将大大扩大复合铝板带箔的应用范围，在DC 法发展历程中具有里程碑意义。
关键词：诺威利斯复合锭铸造法；Novelis Fusion TMProcess；半固态支持面；固相线－液相线温度2006年6月13日，美国诺威利斯公司（Novelis Inc.）对外宣布：经过多年的研究开发，该公司的复合锭铸造法（Novelis Fusion TMProcess）已进入商业化生产，该公司的位于纽约州的奥斯威戈轧制厂（Oswego mill）已铸造出50多种不同规格的铝合金锭，同时已将所生产的复合板带材发往用户试用。
客户反馈认为，产品性能良好，完全能够满足设计与使用要求。
图1 奥斯威戈轧制厂用诺威利斯复合铸造法铸造的三块复合扁锭图2 准备热轧的复合锭图3 奥斯威戈轧制厂铸造的690×1580×3000mm复合锭，示出了一侧芯层合金与表层合金的弧线界面1935年直接水冷半连续铸锭法（DC Casting）投入商业运行后约10年，铝行业的工程师与材料科学工作者就设想用此法铸造多层复合锭，美国铝业公司（Alcoa）与苏联航空材料研究院都为此做了许多工作与探索，但都未获成功。
加拿大铝业公司（Alcan）在此之前做了多年的研究工作，自2005年1月诺威利斯公司从加拿大铝业公司分离出来后加大了开发研究力度，经过几个月的强化工作，于第四季度进入商业化生产阶段，成为世界上首家进行商业化复合锭铸造的企业，创造了“Novelis Fusion TM”技术。
《材料加工新技术》PPT课件
• 福特公司汽车结构用5754铝合金板哈兹列特工艺和 直冷铸锭热轧工艺性能对比
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钢的薄带连铸
作为生产扁平材的近终形连铸技术，带钢连铸工艺生产的 钢带较之薄板坯连铸更接近于最终产品的形状，也就是连铸 带钢更薄一些。 它可将钢水直接浇铸出1～10mm厚的钢带，不经热轧或稍 经热轧（1～2个机架），即可进行冷轧，而产品的性能和质 量仍可与常规生产的产品相媲美。 薄带连铸能大大降低基建投资和生产成本，是当今钢铁工业 令人关注的新工艺，也是最热门的研究课题之一。
• 哈兹列特工艺.节能、减排，有利于可持续发展 .加快我国 铝加工业的技术进步和产业结构升级。
• 车身铝合金化,减轻汽车自重.提高燃油效率,减少污染.有利 于缓解能源,环保,安全三大问题.
• 降低成本.提高性能.
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万吨
全国年度原铝(电解铝)产量(万吨)
1400 1200 1000
800 600 400 200
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材料加工新技术之一
近终形成型技术
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连铸出的直接为坯，不再需要初轧开坯!
连铸技术
连续铸钢技术的开发与应用是钢铁生产中继氧气转 炉后又一次重大的技术革命。它取消了传统模铸中的初 轧开坯工序，具有节约能源、降低消耗、节省投资、机 械化和自动化程度高等优点，已成为现代钢铁企业广泛 应用的生产技术。目前不少发达国家已实现全连铸。一 个国家的连铸水平已成为衡量这个国家钢铁生产水平的 重要标志。90年代初，中国连铸比仅为30%，到2000年， 中国连铸比已达85.3%，到2007年，中国连铸比已跃至 96.95%，达到国际先进水平。
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侧封堰
浸入式水口 铸辊
钢液 薄带产品
金属基复合材料制备工艺
碳纤维 硼纤维 SiC纤维 氧化铝纤维
铝合金——固态、液态法 镁合金—— 固态、液态法 钛合金—— 固态法 高温合金——固态法 金属间化合物——固态法
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2.1金属基复合材料制备工艺旳分类： 1）固态法：粉末冶金法、真空热压扩散结合、
热等静压、超塑性成型 / 扩散结合、模压。 2）液态法：液态浸渗、真空压铸、反压铸造、
预制块旳制备工艺流程图
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烘干与烧结处理工艺
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SiC颗粒预制块
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SiCp/Al复合材料
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影响复合材料质量旳主要原因
（1）预制块旳质量（均匀、无裂纹、无气泡、一定强度） （2）模具和预制块旳预热温度（铝合金约500℃） （3）浇注温度（一定过热度） （4）渗流压力（致密度） （5）保压时间（300s左右）
热压法工艺流程
在增强材料上铺金属箔
裁剪成形
加热至所需温度
加压与保压
抽真空
冷却取出制品 并加以整顿
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影响扩散粘结过程旳主要参数是：温度、压力和一定温度及压力 下维持旳时间。另外，气氛对质量也有较大影响。
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扩散粘结过程分为三个阶段：
不连续增强相金属基复合材料旳制备工艺
颗粒 晶须 短纤维
铝合金—固态、液态、原位生长、喷射成型法 镁合金—液态法 钛合金—固态、液态法、原位生长法 高温合金—原位生长法 金属间化合物—粉末冶金、原位生长法
工业设计材料与加工工艺考试题及答案
1、金属材料的性能包括使用性能和工艺性能;2、金属材料的使用性能是指材料在使用过程中表现出来的性能,它包括机械性能、物理性能和化学性能等;3、金属材料的工艺性能是指材料对各种加工工艺适应的能力,它包括铸造性能、压力加工性能、焊接性能和切削加工性能等;4、根据载荷作用性质不同,载荷可分为静载荷、冲击载荷、疲劳载荷等三种;5、材料按照其化学组成可以分为金属材料、非金属材料、复合材料和有机材料四类;6、材料基本性能包括固有特性和派生特性 ;7、材料的工艺性能包括切削加工工艺性能、铸造工艺性能、锻造工艺性能、焊接工艺性能、热处理工艺性能等;8、工业产品造型材料应具备的特殊性能包括感觉物性、加工成型性、表面工艺性和环境耐候性 ;9、钢铁材料按化学组成分为钢材、纯铁和铸铁；其中钢材按化学组成分为碳素钢和合金钢;10．铸铁材料按照石墨的形态可分为可锻铸铁、灰口铸铁和球墨铸铁三种;11、变形铝合金主要包括锻铝合金、硬铝合金、超硬铝合金和防锈铝合金 ;12、金属制品的常用铸造工艺包括砂型铸造、熔模铸造和金属型铸造等;13、金属材料的表面处理技术包括表面改质处理、表面精整加工和表面被覆处理 ;14、塑料按照其重复加工利用性能可以分为热塑性塑料和热固性塑料 ;15、塑料制品的成型工艺主要包括吹塑成型、挤塑成型、吸塑成型、注塑成型等;16、陶瓷材料根据其原料、工艺和用途,可以分为传统陶瓷和近代陶瓷两大类;17、陶瓷制品的工艺过程一般包括原配料、坯料成型和窑炉烧结三个主要工序;18、陶瓷制品的坯体成型方法主要有压制成型、可塑成型和注浆成型三种;19、陶瓷制品的旋压成型可以分为覆旋旋压法和仰旋旋压法两种;20、日用陶瓷制品可以分为陶器、瓷器和炻器;其中陶器的气孔率和吸水率介于炻器和瓷器之间;21、玻璃按用途可分为日用器皿玻璃、技术用玻璃、建筑用玻璃、和玻璃纤维四大类;22、玻璃的加工工艺包括原料装配、加热熔融、成型加工、热处理和表面装饰 ;23、玻璃成型工艺包括压制、拉制、吹制、压延、浇注和结烧等;24、锻造是利用手锤锻锤或压力设备上的模具对加热的金属抷料施力,使金属材料在不分离条件下产生变形 ,以获得形状尺寸和性能符合要求的零件;25、金属焊接按其过程特点可分为3大类：熔焊、压焊、钎焊26、金属切削加工可分为钳工和机械加工两部分;27、木材与其他材料相比,具有多孔性、各向异性、湿涨干缩性、燃烧性和生物降解性等独特性质;28、木材在横切面上硬度大,耐磨损 ,但易折断 ,难刨削 ,加工后不易获得光洁表面;29、塑料的基本性能：质轻比强度高,优异的电绝缘性能,减摩耐磨性能好,优良的化学性能,透光及防护性能,减震消音性能好,独特的造型工艺性能,良好的质感和光泽度;30、塑料的挤出成型也称挤压模塑和挤塑,它是在挤出机中通过加热,加压而使物料以流动状态连续通过挤出模成型的方法;31、按照陶瓷材料的性能功用可分为普通陶瓷和特种陶瓷两种;32、玻璃的熔制过程分为：硅酸盐的形成,玻璃的形成,澄清和均化,冷却;33、金属材料的表面处理技术包括表面改质处理、表面精整加工和表面被覆处理 ;34、金属件的连接工艺可以分为机械性连接、金属性连接和化学性连接三种类型;35、涂料由主要成膜物质、次要成膜物质和辅助材料三部分组成;1．铸造：是熔炼金属、制造铸型并将熔融金属流入铸型、凝固后获得一定形状和性能的铸件的成型方法;锻造：是将要加工的工件坯料在熔炉中加热到一定温度,然后用工具取出在不同的设备上锻打加工;2.弹性：是指材料受外力作用而发生变形,当外力除去后,材料能恢复到原来状态的性能;塑性：是指在外力作用下产生变形,当外力除去后,不能恢复原状,保留永久变形的性能;3．硬度：是材料表面抵抗穿透和刮划的能力;静力强度：在缓慢加力条件下,金属材料抵抗变形和断裂的能力;4.挤塑：又称挤出成型,是将物料加热熔融成粘流态,借助螺杆挤压作用,推动粘流态的物料,使其通过口模而成为截面与口模形状相仿的连续体的一种成型方法;5. 电镀：指在直流电的作用下,电解液中的金属离子还原并沉积在零件表面形成一定性能的金属镀层的过程;6.熔模铸造：又称失蜡铸造、因其铸件表面光滑精细又称为精密铸造,因可以获得无分型面的铸型,所以又称为整体铸造;7.陶瓷的可塑成型：是用各种不同的外力对具有可塑性的坯料进行加工,迫使坯料在外力作用下发生可塑变形而制成生坯的成型方法;8.金属的弹性：是指当外力去除后,材料能迅速恢复到原来的形状和尺寸的性能;9.金属压力加工：是在外力作用下,使金属坯料产生塑性变形,从而获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的加工方法;10.注塑成型：又叫注射成型,适用于热塑性塑料和部分流动性好的热固性塑料制品的成型;注塑成型是将粒状或粉状的塑料原料加进注射机料筒,塑料在热很机械减切力的作用下塑化成具有良好流动性的熔体,随后在住塞或螺杆的推动下熔体快速进入温度较低的模具内,冷却固化形成与模腔形状一致的塑料制品;1.简述金属的熔模铸造工艺;答：熔模铸造又称失蜡铸造,因其铸件表面光滑精细又称为精密铸造,因可以获得五分型面的铸造,所以又称为整体铸造;铸造的过程是：用易熔材料制成模型,在模型表面涂挂耐火涂料后硬化,反复多次并将模型熔出来,焙烧硬壳,即可得到天分型面的铸型,用这种铸型浇注后即可获得尺寸准确和表面光洁的铸件;2什么叫热固性塑料和热塑性塑料其代表材料都有哪些答：热固性塑料是在受热或其他条件下能固化或具有不溶熔特性的塑料;代表有：酚醛塑料PE环氧塑料EP氨基塑料不饱和聚酯UP热塑性塑料是在加热到一定温度后软化,而且有一定的可塑性,冷却后变硬,可反复加热冷却,其性能不发生变化的塑料;代表有：聚乙烯PE聚氯乙烯PVC聚苯乙烯PS聚丙烯PPABS 聚酰胺PA3,简述工程材料的分类及主要用途;答：工程材料有各种不同的分类方法;若将工程材料按化学成分可分为金属材料,无机非金属材料,有机高分子材料和复合材料四大类;工程材料被广泛的应用到人类活动的各个不同领域,为人类的生产,生活服务;4.材料的使用性能有哪些答：材料的使用性能包括物理性能和化学性能, 材料的物理性能包括密度,力学性能,热性能,电性能,磁性能,光性能等;材料的力学性能包括强度和塑性,脆性和韧性,硬度,耐磨性等,材料的化学性能包括耐腐蚀性,抗氧化性和耐候性;5,陶瓷材料的基本性能有哪些答：基本性能包括：光学性质：白度、透光度、光泽度；力学性质：硬度高、抗拉强度低、熔点高,热硬度高,脆性大、几乎没有塑性,抗压强度高,但稍受外力便发生脆裂,抗冲击强度远低于抗压强度；热性能：碰着系数和导热系数小,承受温度快速变化的能力差；化学性质：能耐无机酸和有机酸及盐,耐碱能力较弱；气孔率和吸水率：吸水率小;6.玻璃有哪些基本性能答：玻璃强度：是一种脆性材料,抗张强度较低；硬度：硬度较大;仅次于金刚石,比一般金属要硬；光学特性：是一种高度透明的物质,具有吸收和透过紫外线,红外线,感光,变色,防辐射等一系列重要的光学性能；电学性能：常温下,玻璃一般是电的不良导体,有些是半导体；玻璃的热性能很差,一般经受不了温度的急剧变化；化学性质较稳定,大多数工业玻璃都能抵抗除氢氟酸以外酸的侵蚀,耐碱性腐蚀能力较差7.木材有哪些综合性能答：木材是在一定条件下生长起来的,具有复杂的综合性能,质轻,易加工,木材对空气中的水分敏感,具有平衡、自动调节的作用,具有美力的花纹和光泽,导热导电性能差,具有一定可塑性,易变形,易燃,具有各向异性8.简述材料的质感及其构成;答：材料的感觉特性又称材料质感,是人的感觉系统因生理刺激对材料做出反应或由人的知觉系统从材料表面特征得出的信息,是人对材料的生理和心理活动;材料的感觉特性按人的感觉可分为触觉质感和视觉质感,按材料本身的构成可分为自然质感和人为质感;触觉质感是人们通过手和皮肤触及材料而感知材料表面特性,是人们感知和体验材料的主要感受;视觉质感是通过眼睛的视觉来感知材料表面特征,是材料被视觉感受后经大脑综合处理产生的一种对材料表面特征的感觉和印象;自然质感是材料本身固有的自然质感,是材料的成分,物理,化学特性和表面肌理等物面组织所显示的特征;人为质感是人有目的的对于材料表面进行技术性和艺术性加工处理,使其具有材料自身非固有的表面特征;人为质感突出人为的工艺特性,强调工艺美和技术创造性;9简述材料和工业设计的关系;答：材料是一切工业设计的载体,工业设计与材料密不可分;形态,功能和材料是构成产品的三大要素,三者互为影响;新材料,新技术的出现以及创新性的运用材料对于产品发展产生过重要影响;材料的不断创新实现着人们对于产品的种种梦想,同时也使产品的生命周期越来越短;现代设计的竞争在一定程度上是材料和工艺的竞争;新产品设计都应该考虑用何种材料以及相应的加工工艺;一方面,要考虑材料是否满足设计的功能要求,既满足其物理,化学,机械性质等方面的要求;另一方面,要考虑所选用的材料能否表达设计的高层次的要求,包括各种感情,文化等的表达;在这,应从经济角度考虑选用何种材料,三者不可缺;成功的设计是将三者巧妙、有机的结合;10.什么是金属材料的力学性能其衡量指标有哪些说明其含义.答;是指材料在力的作用下抵抗变形和开裂的性能;常用的力学性能主要有：强度,塑性,硬度,刚度,弹性,韧性和疲劳强度等;强度：材料在载荷作用下抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度;塑性：是指材料在断裂前产生永久变形而不被破坏的能力;硬度：是指材料表面抵抗穿透和刮划的能力;刚度：是指材料抵抗变形的能力这种变形往往指的是弹性变形弹性：是指当外力去除后,材料能迅速恢复到原来的形状和尺寸的性能;韧性：就是材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力;疲劳程度：是指材料在交变载荷作用下而不破坏的最大应力值;。
层状金属复合板产专业技术及新工艺
层状⾦属复合板产专业技术及新⼯艺层状⾦属复合板⽣产技术及新⼯艺摘要：本⽂在对国内外层状⾦属复合板⽣产研究⽂献查阅分析的基础上，综合介绍了⽬前层状⾦属复合板⽣产⽅法的发展现状，分析了各种⽣产⽅法的优缺点。
介绍了钎焊热轧法、燃烧合成轧制法、包套轧制法、PPR⽅法、ARB⽅法、PIT ⽅法等复合新⼯艺基本⼯作原理，以及⽬前国内外应⽤各种新⼯艺所⽣产研究的新材料复合板。
同时分析了⾦属复合板⽣产存在的问题，展望了⾦属复合板⽣产⼯艺的发展⽅向。
关键词：层状复板；⽣产⽅法；复合新⼯艺随着科学技术的飞速发展，通过各种不同连接⽅法将不同⾦属材料复合为⼀体，制备成⾦属复合板，得到单层⾦属材料所不具有的物理、化学性能以及⼒学特性，满⾜⾼强度、⾼⽐刚度、抗疲劳性、尺⼨稳定、耐磨、抗振等性能的要求，同时⼤⼤节省稀贵材料，降低成本，已⼴泛应⽤于化⼯、电⼒、机械、船舶、航空等领域。
开发研制新型⾦属复合材料具有⼗分紧迫的现实意义，也必将带来显著的经济效益和社会效益。
⾦属复合材料是由两种或两种以上⾦属经复合⽽形成的⼀种新型材料，由于其⼯艺的先进性和材料本⾝的技术特性，因⽽复合板材具有单种⾦属材料不可⽐拟的优点。
(1)复合板的结构中，基、复材的⽐例⽐较⼤，节约了贵重⾦属，显⽰了价格上的优越性。
如钛/钢、镍/钢复合板的价格仅相当于纯钛和纯镍板的1/5~1/10。
(2)良好的综合性能。
如不锈钢/碳钢复合材料在弱腐蚀⾏业的应⽤既解决了材料的耐蚀性，⼜解决了其设计强度。
(3)解决了材料的可焊性问题。
由于其优越的技术特性以及其优越的性价⽐，也使得复合板的应⽤前景⾮常⼴阔。
如不锈钢复合板可⼴泛应⽤于⽯油化⼯、机械、医药卫⽣、环境保护等⾏业。
钛复合板在航空⼯业、宇航、冶⾦等⾏业的应⽤将会有很⼤的发展空间1956年美国率先提出⾦属层压复合的三步⼯艺，即：表⾯处理—轧制复合—退⽕强化处理，这项技术使双⾦属室温固相复合得到了迅速的发展。
前苏联对层压复合材料的研究始于20世纪30年代，主要采⽤轧制法、铸造法、爆炸法、扩散焊法等⽅法⽣产铝、钛、钢等⾦属与合⾦的复合材料，尤其在冷轧复合⽅⾯的研究⽐较深⼊。
铸造技术的创新与应用
铸造技术的创新与应用铸造技术的创新与应用铸造技术作为一种重要的制造工艺技术，在工业领域具有广泛的应用。
随着科技的进步和社会的发展，铸造技术也在不断创新与改进，以满足不同行业的需求，并提高产品的质量和生产效率。
一、传统铸造技术的创新传统的铸造技术主要包括砂型铸造、金属型铸造和压力铸造等。
这些传统的铸造技术在实际应用中存在一些问题，比如制作周期长、生产效率低、产品质量难以保证等。
为了解决这些问题，人们对传统的铸造技术进行了创新和改进。
首先，在砂型铸造方面，人们引入了数控技术和三维打印技术，可以通过计算机辅助设计和模具制造，快速实现砂型的制作，大大缩短了生产周期。
同时，利用三维打印技术可以实现复杂零件的快速制造，提高了铸件的精度和质量。
其次，在金属型铸造方面，人们利用高温合金材料和先进的涂层技术，提高了金属型的耐高温、抗氧化和抗侵蚀性能，延长了模具的使用寿命。
此外，还引入了真空铸造和低压铸造技术，可以减少气孔和夹杂物的产生，提高铸件的紧密性和表面质量。
最后，在压力铸造方面，人们引入了先进的压铸设备和自动化控制技术，实现了生产过程的高度智能化和自动化。
同时，还采用了新的压力铸造工艺，如半固态压力铸造和胶模压铸等，可以提高产品的组织结构和力学性能。
二、铸造技术的应用案例铸造技术的创新为各个行业的发展提供了支持，以下是一些铸造技术在不同行业的应用案例。
1. 汽车行业：汽车是铸造技术的主要应用领域之一。
利用铸造技术可以制造发动机缸体、曲轴、传动箱、悬挂系统等重要零部件。
通过创新的铸造技术，可以实现这些零部件的轻量化、高强度和高精度，提高整车的性能和燃油经济性。
2. 能源与电力行业：在能源和电力领域，铸造技术被广泛应用于制造汽轮机叶片、燃烧器、热交换器等关键部件。
通过采用高温合金材料和复杂结构设计，可以提高这些关键部件的抗高温和抗腐蚀性能，提高能源转换的效率和可靠性。
3. 航空航天行业：航空航天领域对铸件材质的要求极高，同时还需要实现零部件的轻量化和高强度。
双液复合锤头铸造工艺_概述说明以及解释
双液复合锤头铸造工艺概述说明以及解释1. 引言1.1 概述在现代工业生产中，锤头的铸造工艺一直是一个重要的领域。
通过改良和创新锤头铸造工艺，可以提高锤头的性能、延长使用寿命，并降低生产成本。
双液复合锤头铸造工艺是一种应用广泛且效果卓越的铸造技术。
1.2 文章结构本文将从以下几个方面对双液复合锤头铸造工艺进行全面概述和解释：引言、双液复合锤头铸造工艺概述、双液复合锤头铸造工艺说明以及双液复合锤头铸造工艺解释。
1.3 目的本文旨在向读者系统介绍双液复合锤头铸造工艺，包括其背景、原理、流程和步骤，同时还会详细说明原材料选择与配比要点、锻造设备与工具准备要点，以及具体操作过程和注意事项要点。
此外，我们还会解释该工艺的优势、关键技术以及在工业应用领域中的应用情况。
通过阅读本文，读者将全面了解双液复合锤头铸造工艺，为实际应用提供参考和指导。
请注意，以上内容仅作为“1. 引言”部分的示例，请根据实际情况进一步扩充。
2. 双液复合锤头铸造工艺概述2.1 锤头铸造工艺背景双液复合锤头铸造工艺是一种以金属材料为基础，通过特定的加热和冷却过程制造铸件的技术。
传统的锤头铸造工艺存在着一些缺陷，例如易产生气孔、疏松等问题，影响了锤头的使用寿命和性能。
因此，人们不断探索新的改进方法，最终发展出了双液复合锤头铸造工艺。
2.2 双液复合锤头铸造原理介绍双液复合锤头铸造采用两种不同性质的金属液体进行组合，并利用它们在温度和密度上的差异，在特定条件下进行流动和形成所需形状。
其中一个金属液体具有较高的流动性和低的凝固温度，被称为“流动金属”，而另一个金属液体具有较高的凝固温度和较低的流动性，被称为“凝固金属”。
2.3 工艺流程和步骤概述双液复合锤头铸造工艺包括以下主要步骤：1. 原材料准备：根据锤头的设计要求，选择适当的金属材料作为流动金属和凝固金属，并进行相应的配比。
2. 准备模具：制作一个与所需锤头形状相匹配的模具，确保能够容纳流动金属和凝固金属流入的空间。
新型金属材料成型加工技术分析
新型金属材料成型加工技术分析摘要：在中国经济和技术水平不断提高的背景下，新型金属材料的数量不断增加，可以得到广泛应用，相应的加工技术也越来越受到重视。
为了进一步提高新型金属材料的应用效果，本文对新型金属材料成型加工技术进行了分析，以供参考。
关键词：新型金属材料；成型加工技术；应用措施引言随着当代中国科学技术的飞速发展，各种新型金属材料得到了广泛的应用。
与普通形式的金属材料相比，新型金属材料的应用可以显示出更多的优势，并且已经在多个领域的生产和加工工作中占据了至关重要的地位。
基于此，为了进一步提高新型金属材料的应用效果，有必要不断改进相应的加工技术，尤其是成型加工技术，这会对新型金属材料质量产生影响。
由此可见，分析新型金属材料的成型加工技术具有重要意义。
一、新型金属材料的优势新型金属材料主要是合金材料，具有延展性强、化学财产更活跃的特点，也能呈现出更美丽的色泽。
根据目前的情况，使用最广泛的金属材料类别包括非晶合金、高温合金和记忆合金。
对于这种类型的金属材料，其可焊性很强。
为了促进使用这种金属材料制造具有良好焊接性的部件，有必要在焊接过程中合理地为合金预留孔或间隙。
为了优化导热性，可以提高焊接效果。
此外，在新型金属材料中，另一个显著特征是良好的成形性，这可以显著提高金属材料的塑性，优化材料的整体性能，从而更有利于金属成形。
除此之外，新型金属材料具有更高的熔点和更弱的流动性，可以更好地保证成型和加工的有效性。
二、当前新型金属材料成型加工技术应用情况当代中国的工业发展非常迅速，对新型金属材料及相关技术的研究不断增加。
然而，从实践的角度来看，尽管各种新型金属材料得到了广泛的应用，但相关的成形和加工技术并没有得到显著的发展，一些相关人员对新型金属材料的成形和处理技术认识不足，限制了企业的经济效益。
此外，一些企业为了降低生产和开发成本，拒绝应用新技术开展加工工作，影响了金属材料成型加工技术的发展。
此外，在金属复合材料中加入适量的增强剂有利于提高复合材料的整体强度和耐磨性。
我国在金属材料及热加工领域取得的杰出成果、先进工艺与技术
我国在金属材料及热加工领域取得的杰出成果、先进工艺与技术1. 引言1.1 概述金属材料及热加工领域是我国制造业和工程技术发展中至关重要的一部分。
近年来，在科学研究和工程实践的推动下，我国在金属材料研发、性能改进和应用领域取得了许多杰出成果。
同时，在热加工领域，具有先进工艺与技术的引入和创新也极大地促进了金属材料的应用与产业发展。
1.2 文章结构本文将深入探讨我国在金属材料及热加工领域取得的杰出成果、先进工艺与技术，并介绍这些成果在相关行业的应用案例。
文章将分为五个部分进行论述。
首先，引言部分进行概述并介绍本文结构；其次，第二部分将重点介绍我国在金属材料方面取得的研发成果、材料性能改进以及应用领域拓展方面的重要突破；然后，第三部分将详细探讨我国在热加工领域所采用的先进工艺与技术，包括热处理技术创新、成形工艺优化以及焊接与热连接技术的进展情况；接着，第四部分将通过汽车制造领域、能源行业应用以及建筑与航空航天领域的创新应用案例进行分析，以展示这些金属材料及热加工技术的实际产业应用价值；最后，在结论与展望部分总结文章主要成果，并探讨未来金属材料及热加工领域的可持续发展方向和前景展望。
1.3 目的本文旨在全面介绍我国在金属材料及热加工领域取得的杰出成果、先进工艺与技术，突出其重要性和实际应用价值。
通过深入剖析相关成果和案例，我们可以更好地了解我国在这一领域的科学研究和产业发展水平，并为未来的进一步创新提供有益启示。
同时，该文旨在促进学者、科研机构和产业界之间的信息交流与合作，以推动我国金属材料及热加工领域的快速发展，不断提升其在国际舞台上的竞争力。
2. 金属材料的杰出成果：2.1 研发成果：我国在金属材料领域取得了许多重要的研发成果。
首先，我们在金属合金的研究与开发方面取得了巨大进展。
通过合金的优化设计和制备工艺的改进，我们成功地提高了许多金属合金的力学性能、耐腐蚀性能和热稳定性。
例如，在航空航天领域，我们开发出一系列新型镍基和钛基高温合金，用于制造高压涡轮叶片和燃气涡轮引擎等关键部件，使飞机的性能得到显著提升。
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7 复合铸造7.1 概述现代机械设备的设计和制造技术的发展，不断对铸件的性能和质量提出更高的要求，例如，要求同一铸件兼有几种不同的使用性能。
要生产这类铸件，仅仅靠控制单一材料的成分和组织，一般是难以实现的，需要采用某些特殊的复合制造方法，如机械连接复合、镶套复合、铸造复合等方法。
复合铸造是指将两种或两种以上具有不同性能的金属材料铸造成为一个完整的铸件，使铸件的不同部位具有不同的性能，以满足使用的要求。
通常是一种合金具有较高的力学性能，而另一种或几种合金则具有抗磨、耐蚀、耐热等特殊使用性能。
常见的复合铸造工艺有镶铸工艺、重力复合铸造工艺、离心复合铸造工艺。
镶铸工艺是将一种或两种金属预制成一定形状的镶块，镶铸到另一种金属液体内，得到兼有两种或多种特性的双(多)金属铸件。
目前用镶铸工艺生产的铸件有：高压阀门、高压柱塞泵等耐磨耐蚀耐热关键性金属零部件、硬质合金导卫板等。
重力复合铸造是将两种或多种不同成分、性能的铸造合金分别熔化后，采用特定的浇注方式或浇注系统，在重力条件下先后浇入同一铸型内，获得复合铸件的工艺。
重力复合铸造生产的铸件有：挖掘机斗齿、双金属锤头、保险柜材料等。
离心复合铸造是将两种或多种不同成分、性能的铸造合金分别熔化后，先后浇人离心机旋转的模筒内，获得复合铸件的工艺。
离心复合铸造生产的铸件有：轧辊辊环，陶瓷内衬复合铸铁管等。
复合铸造铸件的质量除取决于铸造合金本身的性能外，更主要地取决于两种合金材料界面结合的质量。
在双金属复合铸造过程中，两种金属中的主要元素在一定温度场内可以相互扩散、相互熔融形成一层成分与组织介于两种金属之间的过渡合金层，一般厚度为40～60mm。
控制各工艺因素以获得理想的过渡层的成分、组织、性能和厚度，是制造优质复合铸造铸件的技术关键。
除上述常规复合铸造工艺外，近年来还出现了水平磁场制动复合连铸法(LMF)、包覆层连续铸造法(CPC)、电渣包覆铸造法(ESSLM)、反向凝固连铸复合法、复合线材铸拉法、双流连铸梯度复合法、双结晶器连铸法、充芯连铸法(CFC法)等复合铸造新技术和新工艺。
7.2水平磁场制动复合连铸法(LMF)近年来，电磁力技术在材料加工过程中的应用取得了引人注目的成就。
利用温度计检验和磁流体动力学分析的方法，研究安装在结晶器上的水平磁场(LMF)所产生的磁场对钢液在结晶器中流动的影响，发现LMF可以抑制结晶器内化学成分的混合程度，导致了一种新的复合钢坯连铸工艺概念的形成，即水平磁场制动复合连铸工艺。
在这种新工艺中，结晶器中的不同钢液通过水平磁场的作用实现分离，并且凝固成复合钢坯。
用LMF方法生产复合钢坯的连铸工艺如图7-l所示。
图7-1中水平磁场安装在结晶器的下部，两种不同化学成分的金属液分别通过长型和短型的浸入式浇口同时注入结晶器的上部和下部。
如果没有水平磁场的作用，从两个浇口流出的两种金属液会造成混合。
有了水平磁场，它的制动力会对垂直穿过水平磁场的钢液流产生作用，从而阻止两种金属液的混合。
根据磁流体动力学的原理，在结晶器中形成以水平磁场为界的上下两部分，冷却仍然采用水冷铜结晶器和出结晶器后喷水冷却两种方式。
位于结晶器上部的熔融钢液凝固形成复合钢坯的外层，位于结晶器下部的钢液凝固成复合钢坯的芯部。
此工艺过程中关键技术是：(1) 水平磁场的作用强度；(2) 两种金属的浇注速度的正确控制。
实验用连铸机是一个长度为8m的垂直型连铸机，其结晶器为170mm厚，800mm宽，900mm长，水平磁场的中部位于从结晶器的顶部向下690mm处，水平磁场的最大强度为0.8T。
在拉铸方向上，磁场强度的峰值出现在水平磁场的中部，并且在磁场的顶端和底端达到峰值的80％；在宽度方向上的磁场强度几乎是相同的。
水平磁场的强度是指磁场中间的强度。
两个浇包都装置了钢液重量偏差在1kg范围内的负载测试仪，以使作为芯材和外层钢液的浇注速度可得到准确测量和控制。
针对芯材是碳钢、外层是不锈钢的复合钢坯连铸进行了实验。
芯材和外层钢液在不同的炉中熔化，然后注人不同的浇包，并且连续浇人结晶器。
拉速为0.8～1.2m/min，磁场强度为0～0 8T。
上、下两部分金属液的边界位置定位在距结晶器顶部750～810mm的地方。
没有水平磁场作用时，复合钢坯的内外层边界难以分辨，说明结晶器中芯材和外层的钢液混合在一起。
而有水平磁场作用时，复合钢坯的芯部与外层界面可通过凝固组织很明显地分辨出来，且外层坯壳厚度基本均匀，说明结晶器上下部分的边界维持在稳定的水平面状态。
采用x射线微观分析仪对复合钢坯中的Ni浓度沿厚度方向上的变化进行测定的结果表明，在水平磁场的制动作用下，复合钢坯外层中Ni的浓度大致等同于相应中间包内的浓度。
对其他元素的分析也得出类似的结果，从而证实了芯部与外层化学元素被良好隔离，只在芯部与外层之间有厚度为l～2mm的化学成分连续变化的过渡层。
7.3包覆层连续铸造法(CPC)轧钢技术的发展要求轧辊具有更高的强韧性和耐磨性，因此近年来欧美和日本不断采用新的轧辊制造工艺，如CPC、Osprey、HIP、CBC、ESR、CIC等方法，使生产的复合轧辊的强韧性和耐磨性显著提高。
其中，包覆层连续铸造法(CPC法：Continuous Pouring Process for Cladding)工艺简单，复合性能好，生产成本低。
CPC法的原理如图7-2所示。
将轧辊辊芯材料l垂直地放于水冷紫铜的结晶器8中，为了减小刚进入结晶器金属的冷却强度，防止出现裂纹，在结晶器的上部设置和结晶器同轴心的石墨隔离环7。
将金属液4浇注到配置在结晶器和隔离环上方的耐火材料浇口杯6和辊芯材料之间，使外层金属液和辊芯熔合，并顺序向上凝固，将凝固部分连续向下拉拔，实现连续铸造复合辊外层9，为了实现辊芯金属和外层金属的冶金结合，需要控制外层金属液的温度，因此在耐火材料浇口杯的外面设置感应加热线圈5。
为了实现辊芯金属和外层金属的良好复合，需要预热辊芯材料，防止辊芯材料进入外层金属液时的温度太低，因此在辊芯材料的外面设置感应热线圈3。
为了防止辊芯在进入外层金属液之前被氧化，导致辊芯金属和外层金属的复合质量下降，需要在辊芯材料的外面涂一层防氧化涂料2。
CPC法的关键技术包括以下两个方面：(1) 温度的正确设定、匹配与控制；(2) 辊芯防氧化。
温度的正确设定、匹配与控制：在生产复合轧辊的尺寸和生产装备确定的条件下，通过控制预热器的功率、加热器的功率、浇注温度、拉拔速度等工艺参数，实现在生产复合轧辊的不同高度位置上和时间下，复合界面的热量均衡，实现外层金属液将辊芯材料均匀熔化l～3mm，使辊芯金属和外层金属实行冶金结合。
通过汁算机数值模拟可以为设计生产装置和制定生产工艺参数提供定量参考。
辊芯防氧化：在CPC法复合前一般需要将辊芯整体预热，预热温度约：350—450℃。
在复合过程中需要对辊芯局部预热，使其在进入外层金属液时的温度达到800～900℃。
为了防止辊芯材料在进入外层金属液之前被氧化，导致辊芯金属和外层金属的复合质量下降，需要在辊芯材料的外面涂一层防氧化涂料，防氧化涂料的成分之一例为：36％Si02，5％A12O3，6％CaO，25％Na2O，3％K2O，25％B2O3；密度2.58g/cm3，软化点578℃。
CPC法制造复合轧辊具有如下特点：(1) 轧辊的芯部材质可为强韧钢系材料；(2) 轧辊的外层材质可以选择多种高合金材料；(3) CPC法外层凝固速度快，组织致密；(4) 离心铸造工具钢时出现的初晶碳化物偏折在用CPC法制造轧辊时可以避免；(5) CPC法由下向上的顺序凝固，避免了缩孔的产生；(6) 在浇口杯中保持一定的金属液也保证了非金属夹杂物的上浮；(7) 工作层中有高的残余压应力，其抗热裂性好；(8) 外层材料与芯部材料的结合强度高，结合强度可达540～640MPa。
采用CPC法生产高速钢复合轧辊的实例：辊芯为42CrMo锻钢(300rmn)，辊芯的预热温度900℃，外层高速钢液的金属温度控制为1300℃，复合轧辊的尺寸为150mm×700mm，复合后经过1100℃淬火及500～550℃回火，轧辊表面硬度HS为85，用于热轧板具有耐磨、轧材表面质量好等优点。
日本新日铁的CPC法设备可以制造热带连轧机精轧用的轧辊，轧辊最大直径为850mm，辊身最大长度3000mm，辊身外层最大厚度100mm，轧辊全长5700m，轧辊最大单重15t。
CPC法对于解决外层金属复合的完整性及控制复合效果方面有着独到的优势，而在实际生产中产品的质量也得到了保证，但对设备的能力、厂房条件的要求也比较高，对操作工人的能力和实际操作水平要求较高，且这种方法只适用于单件小批量生产。
7.4 电渣包覆铸造法(ESSLM)1997年乌克兰ELMET轧辊集团研究开发成功了采用电渣包覆铸造法生产复合轧辊的工艺，该法简称为ESSLM法，其原理如图7-3所示。
从成形原理上考虑，ESSLM法与CPC法在本质上是相同的。
用ESSLM法生产复合轧辊的工艺过程为：先将轧辊辊芯材料l垂直地放于水冷紫铜的结晶器5 中，并使二者保持同轴状态轧辊辊芯的外表面和结晶器的内表面的间隙决定复合轧辊的外层厚度。
然后，在化渣炉中熔化电渣，将电渣液浇入轧辊辊芯的外表面和结晶器的内表面的间隙中，电渣液形成渣池3，其热量将轧辊辊芯的外表面预热。
随后用浇包2浇入外层所需成分的金属液4，可以连续浇入也可以按预先设定的程序浇入。
外层金属在通过电渣池时被电渣精炼，同时将电渣上浮。
外层金属液与已经被电渣预热的轧辊辊芯材料表面熔合，并因水冷结晶器的冷却而凝固，形成复合层6。
由拉拔装置不断地将已经凝固部分拉出结晶器，或使结晶器上移，同时不断注入外层金属液，直至达到预定的复合轧辊长度为止。
水冷结晶器采用特殊设计，具有导电功能，起到保持电渣过程所需的电极的作用(不消耗电极)。
采用ESSLM法生产辊类件的直径可由l00mm到1000mm以上。
复合层厚度可根据需要控制在20mm到100mm范围。
复合轧辊致密、无疏松、裂纹、缩孔等缺陷；外层金属与母体熔合良好，主要合金元素、硬度及显微组织在高度方向和横断面上的分布均匀；生产成本低，生产效率高，电能消耗少，设备简单，可生产任意成分的复合辊外层。
采用ESSLM法成功地制备了热带钢工作辊用高速钢复合轧辊，其尺寸为344mm×650mm。
7.5 反向凝固连铸复合法反向凝固连续铸造复合成形的原理图如图7-4所示。
母带6从下向上以一定速度穿过熔池5，熔池内装有一定量和温度的包覆层金属液4，包覆层金属液附在母带表面凝固，凝固的厚度逐步增加，直至完全通过包覆层金属液；然后通过一对轧辊2对母带及附在母带表面凝固层3进行轧制，达到平整表面、控制复合带材厚度的目的，最终获得所需的复合带材产品l。