材料加工技术前沿真题至2016

2012到2016年北京科技大学《材料加工技术前沿》考题
超材料时代。

特征：（1）使用要求设计与工艺设计的一体化。

（2）在材料的设计制备成型工艺的全过程对材料的使用要求（包括表面质量，形状尺寸，组织性能）进行精确控制。

（2）发展方向：
①常规材料加工工艺的短流程化和高效化；
②发展先进的成形加工技术，实现组织与性能的精确控制；
③材料设计、制备与成形加工一体化；
④开发新型制备与成形加工技术，发展新材料和新制品；
⑤计算机模拟与仿真技术的发展与应用；
⑥智能化制备与成形加工技术。

获得的成分、相结构和显微结构的过程
（2）用途：
①获得新的凝固组织，开发新材料；
②制备难加工材料薄带、细小线材和块体材料；
③简化制备工序，实现近终形成形；
④提高产品质量，降低生产成本。

（3）实现两种方法：急冷法、深过冷法。

（4）快速凝固的组织特征：
①偏析形成倾向减小；②细化凝固组织；
③形成非平衡相；④析出相的结构发生变化；⑤形成非晶态。

定方向的温度梯度和热流方向，使熔体沿着与热流方向相反的方向凝固，获得具有特定取向的单晶或柱状晶组织的技术。

（2）定向凝固工艺：
①发热剂法；
②功率降低法；③高速凝固法；④液态金属冷却法；
⑤流态床冷却法；⑥区域熔化冷却法；
⑦连续定向凝固
（3）连续定向凝固基本原理：
在连续铸造过程中对铸型进行加热，使其温度高于被铸金属的凝固温度，
并通过在铸型出口附近的强制冷却，或同时对铸型进行分区加热与控制，
在凝固金属和未凝固熔体中建立起沿拉坯方向的温度梯度和热流方向，
从而使熔体形核后沿着与热流相反的方向，按单一的结晶取向进行凝固，
获得连续定向结晶组织，甚至单晶组织。

加工；
特点：
①便于实现高度自动化、提高生产率；
②改善环境、生产趋于更安全；
③显著提高了成形件的质量和可靠性；
④半固态压铸件可以热处理；
⑤大大减少对成形模具的热冲击；
⑥近终形成形，减少切削加工；
（2）流变成形：在金属凝固过程中，对其施以剧烈的搅拌作用，充分破碎树枝状的初生固相，得到一种液态金属母液中均匀地悬浮着一定球状初生固相的固液混合浆料，即流变浆料，利用这种流变浆料直接进行成形加工的方法称之为半固态金属的流变成形；
触变成形：如果将流变浆料凝固成锭，按需要将此金属锭切成一定大小，然后重新加热至金属的半固态温度区，这时的金属锭一般称为半固态金属坯料。

利用金属的半固态坯料进行成形加工，这种方法称之为触变成形。

工艺特点：结晶器为两个带水冷系统的旋转铸轧辊，熔体于很短的时间内（2~3s）在其辊缝间完成凝固和热轧两个过程。

三种材料：铝板连续铸轧、薄板坯液芯压下、双辊薄带钢铸轧
（2）影响因素：①金属液流动；②凝固行为；③铸造速度；
④侧封；⑤铸轧力和辊缝控制问题；⑥二次冷却和拉坯系统。

（3）铸轧基本条件：①浇注系统预热温度；②金属液面高度。

热平衡条件：①铸轧温度；②铸轧速度；③冷却强度。

②挤压简应具有无限连续工作长度
（2）优点：
①有效利用坯料表面上的摩擦力，降低能耗；
②省略加热工序，节省加热设备，节约能耗
③避免坯料挤压摩擦发热升温，提高挤压速度
④可以实现无间断生产，产品可达任意长度
⑤适用范围较广
⑥设备紧凑，占地面积小，设备造价与基建费用低
（3）缺点：
①对坯料预处理要求高；
②生产大断面制品的优势不如小断面制品的大；
③挤压比较小，不利于生产特殊形状和高质量要求的制品；
④工具耐磨耐热要求高；
⑤工模具更换比常规挤压困难
⑥对设备液压系统、控制系统的要求高
（1）包覆层连续铸造法。

温度的正确设定、匹配与控制；辊芯防氧化（2）电渣包覆铸造法。

（3）复合线材铸拉法。

线材表面预处理；铸拉工艺控制
（4）反向凝固连铸复合法。

侧封；凝固控制；母带预处理
（5）固/液复合双重凝固连铸法。

（6）双流连铸梯度复合。

（7）双结晶器连铸法。

连铸温度；拉坯速度
（8）充芯连铸法。

金属熔化温度；拉坯速度；二次冷却喷水口位置（9）水平磁场制动复合连铸法。

水平磁场的作用强度；两种金属的浇注速度
（2）机械结合法：镶套、液压扩管、冷拉拔；
冶金结合法：爆炸成形、扩散热处理、
轧制复合、挤压复合、拉拔复合、旋锻复合、
粉末塑性加工、
焊接、复合铸造。

免了坯料在变形过程中温度变化的问题。

（1）特点：①降低材料的变形抗力；
②提高材料的塑性流动能力；
③成形件尺寸精度高、表面质量好、组织均匀、性能优良；
④模具使用寿命长；
⑤材料利用率高。

（2）适用范围：①低塑性、难加工材料的成形；
②优质、贵重材料的成形；
③形状复杂、高精度零件的成形；
④大型结构零件的低压力成形；
⑤研究材料的塑性变形规律
①能量密度高；②加热范围小，焊接速度大；
③焊缝金属冷速大，容易得到细晶组织；
④焊接热影响区范围小，焊接残余应力和变形小；
⑤可以焊接一般焊接方法难以焊接的材料；
⑥可进行“小孔焊”。

（2）电子束焊特点：
①电子束穿透能力强，焊缝深宽比大；②焊接速度快；
③焊缝性能好；④焊接变形小；
⑤真空条件下焊接对焊缝有很好的保护作用；
⑥存在“小孔效应”
（3）搅拌摩擦焊特点：
①可实现板材对接，突破传统摩擦焊的局限性；②焊接接头缺陷少、性能；
③焊接热影响区组织变化小；④焊接残余应力和变形小；
⑤便于机械化自动化；⑥低成本；⑦安全。

原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。

（2）特点：
①可以直接制备具有最终形状和尺寸的零件；
②可以实现多种类型的复合，充分发挥各组员材料各自的特性；
③可以生产普通熔炼法无法生产的具有特殊结构和性能的材料和制品；
④可以最大限度的减少合金成分的偏聚，消除粗大、不均匀的铸造组织。

⑤可以制备非晶、微晶、准晶、纳米晶和过饱和固溶体等一系列高性能非平衡材料；
⑥可以充分利用矿石、尾矿、炼钢污泥、轧钢铁磷、回收废旧金属作原料。

（3）八种工艺：
①雾化制粉技术；②机械合金化制粉技术；
③超微粉末制粉技术；④粉末注射成形技术；
⑤温压成形技术；⑥热压成形技术；⑦等静压成形技术；
⑧激光粉末烧结成形技术；⑨场活化烧结技术。