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　　材料成型是現代製造業的重要支柱,對經濟社會的發展和綜合國力的提升有著十分重要的意義。下文是小編為大家整理的的範文，歡迎大家閱讀參考!

　　篇1

　　試論材料成型技術的現狀及發展趨勢

　　摘要：隨著社會的不斷髮展，各個領域對材料的需求也越來越大。材料成型技術決定了材料的產品質量與生產規模，本文通過對現階段鑄造、鍛造、焊接等幾種常用材料成型技術現狀進行分析，展望材料成型技術的發展趨勢。

　　關鍵詞：材料成型技術;現狀;發展趨勢

　　現代工業產品質量的好壞已經不僅僅取決於材料自身的屬性，更取決於能否利用合適的材料成型技術來充分發揮材料的特點。材料成型技術影響著材料產品的質量、效能、用途等各個方面，也影響著現代工業發展。

　　一、我國材料成型技術的現狀

　　***一***鑄造技術現狀

　　鑄造技術主要用於金屬材料，它是通過將金屬熔鍊成液體注入到鑄型中，經過凝固、清理後得到預先設計的尺寸、形狀和效能的鑄件的材料成型工藝。鑄造按照不同方式分類有眾多的種類，比如按鑄型分類有砂型鑄造和金屬型鑄造;按金屬液的澆注工藝可以分為重力鑄造和壓力鑄造等。總之，鑄造現代材料製造工業是最基本、最常用的工藝。

　　現代鑄造主要是快速成型技術，是指通過CAD模型直接驅動，計算機控制加熱噴頭根據截面輪廓資訊做平面運動和高度方向運動，絲材由供絲機送至噴頭加熱融化後塗覆在工作臺上，精確地由點到面，由面到體積的堆積成零件。目前市場上常見的成型方法已經有十餘種，比如立體平版印刷法，逐層輪廓成型法，光掩模法融化堆積法和選擇性鐳射燒結法等[1]。

　　我國材料鑄造成型工藝技術水平遠遠落後於世界發達國家水平，具體體現在：鑄件的質量差，工藝水平較低，加工餘量過多;大型鑄件的厚大斷面存在巨集觀偏析、晶粒粗大等問題;鑄件裂紋問題較多;澆注系統設計存在卷氣、夾雜等缺陷，使鑄件的出品率和合格率較低;能源和原材料利用水平較低;環境汙染嚴重等眾多方面。

　　***二***電焊技術現狀

　　電焊也是材料成型中經常用到的技術之一，它主要應用於材料的連線、造型、封閉等方面。當前，我國主要使用的電焊成型技術主要有弧焊、電阻焊和特種焊等幾種。弧焊技術主要是氣體保護焊和內燃機動力焊，常用於鐵軌、油管、氣管等材料的焊接;鐳射焊、電子束焊以及攪拌摩擦焊等特種焊接技術也開始應用在我國材料成型方面[2]。

　　目前，我國的電焊技術仍存在著一些問題，比如，對環境的高汙染，對施工人員的健康危害較大，且對電焊施工人員的技術水平要求較高;另外，焊接大量地依靠人工操作，產品生產效率較低，人工失誤容易造成產品質量的不合格等。

　　***三***鍛造技術現狀

　　鍛造是通過工具相對運動來改變工件厚度或截面形狀的方法，是一種傳統的機械加工工藝。現代鍛造技術幾乎可以把任意一種金屬鍛壓成形，並使金屬內部質量得到一定程度的改善。

　　當前我國材料鍛造成型技術主要應用於汽車、航空、電子、家電等工業領域當中，鍛壓技術主要有冷衝壓、熱模鍛、單機聯線自動化和大型多工位壓力機等方式。我國的鍛造技術還主要依靠於人工操作，存在著生產效率較低，人身安全和工作環境較差，衝壓製件產品質量較差，人工成本較高等眾多問題。

　　綜上所述，材料成型技術是汽車、能源、機械造船等國家支柱產業和國防工業的關鍵基礎加工技術，但是我國在材料成型核心領域或關鍵技術方面還有較大的差距。比如軍用或民用飛機中的燃氣輪機葉片、大型水電工程水輪機的葉輪等方面，依然比較依賴於進口。

　　二、材料成型技術的發展情況

　　高速發展的工業技術要求材料成型技術的精確化、輕量化、整合化，隨著新科學技術的不斷出現，材料成型技術也在不斷變革。近年來，鑄造、電焊及鍛造等材料成型技術都有所升級與革新。

　　***一***鑄造技術的發展

　　鑄造技術在近年來出現了液壓塑性成型、精密鍛造、鎂及鋁合金半固態成型、鈦合金成型等新技術。在汽車工業出現了可控壓力鑄造、消失模鑄造以及壓力鑄造等新一代汽車發動機薄壁鋁合金缸體鑄件的新方法;在航空工業中，則出現了用定向凝固熔模鑄早生產高溫合金單晶體燃氣輪葉片的方法。另外，隨著金屬基複合材料、金屬間化合物材料等新材料的研究開發，新的材料成型方法也不斷湧現。比如材料電磁成型加工、金屬基複合材料液態噴射成型技術、鐳射直接加工成型技術等的[3]。

　　***二***電焊技術的發展

　　電焊技術的發展進步主要體現在逆變式焊接電源所佔的比重越來越大;自動、半自動電焊機，尤其是高效節能的CO2焊接得到快速發展;熔化極氣體保護焊已經逐漸取代手工電弧焊成為電焊的主流;焊機的操作趨向於簡單化、智慧化;在汽車、造船、工程機械和航空航天等領域使用智慧化焊接機器人等。另外，專業配套的焊接裝置應用的範圍也越來越大。

　　***三***鍛造技術的發展

　　鍛造技術的發展表現為材料柔性自動化技術的提升，工業裝備的數控化、自動化、柔性化蓬勃發展。鍛壓技術主要用於汽車工業，隨著汽車工業的快速發展不斷更新進步，由於現代汽車工業生產規模化、車型個性化、車型批量小、變化快、多車型生產和車身覆蓋一體化大型化等特徵，要求鍛壓技術必須放棄以前的加工單一品種剛性生產的方法，升級為具有高柔性和高效率的自動化鍛壓裝置。

　　三、材料成型技術的發展趨勢

　　***一***高效節能

　　隨著工業的不斷髮展，對材料的需求量越來越大，這就意味著材料成型的時間必須縮短，材料生產的規模需要擴大，也就是材料成型的效率需要得到提高。而未來能源必然會愈加緊張，能源浪費高的材料成型技術將不再適合時代的要求，節省能源的材料成型技術將會成為社會的主流。所以，高效節能是未來材料成型技術發展的趨勢所在，以提高產品的生產效率和質量，減少能源消耗[4]。

　　***二***綠色環保

　　社會的發展使人們的健康和綠色環保意識越來越強，對生活和工作環境有了更高的要求，高汙染、作業環境惡劣以及對人體危害較大的材料成型技術會逐漸被人們放棄，轉而研發潔淨環保的新型材料成型技術，以降低對環境產生的噪音、氣體、水資源等方面的汙染，提高工作人員的人身健康安全。

　　***三***數字化與智慧化

　　數字化是建立數字化資料體系，實現設計體系、製造技術以及檢測與後加工的數字化。數字化技術體系的建立，能夠減少材料生產中各個環節產生的誤差，加強整個生產過程的監督檢驗。智慧化是指在材料成型的生產過程中，對材料生產的各個環節實施智慧化控制技術，優化生產工藝和流程，以提高產品的產量和質量[5]。

　　***四***自動化

　　自動化是材料成型技術發展的必然趨勢。隨著工業發展對材料產品生產規模和生產質量穩定性要求的提高，提升材料生產過程的自動化就顯得十分有必要。它可以改變材料製造中勞動密集型特徵，解決材料生產中的人工失誤和生產效率等問題，達到提高製造效率和產品質量的目標。

　　結語：

　　工業技術的迅速發展和國際競爭的日益激烈，要求材料成型產品效能高、成本低、週期短。為了生產高精度、高質量和高效率的產品，材料成型技術就需要從傳統的單一型走向複合型、多功能型，變得綜合化、多樣化、多科學化。加快材料成型技術的發展進步，是適應國際市場，參與全球競爭的必然要求。

　　參考文獻：

　　[1] 黃利銀.磁性粉末材料成型技術研究綜述[J].熱加工工藝，2013，4：70-73.

　　[2] 黃蕾.淺析材料成型技術的現狀及發展趨勢[J].青春歲月，2013，9：485.

　　[3] 譚放.複合材料帽形框架整體成型技術[J].宇航材料工藝，2013，4：58-62.

　　[4] 萬巨集昌.試論材料成型及控制與自動化技術[J].投資與合作，2013，7：233-233.

　　[5] 王曉明，虞付進，王琳琳等.材料成型技術基礎實驗教學改革初探[J].科教導刊，2014，1：123-124.

　　篇2

　　淺談鐳射相變技術在材料成型中的應用

　　摘要：主要介紹了鐳射相變硬化的特點及強化機理、激光表面相變硬化工藝。分析了鋼鐵材料鐳射相變硬化後的組織與效能， 及近年來鐳射相變硬化技術在材料科學領域的研究狀況。鐳射技術自2 0 世紀6 0 年代問世以來， 在各行業都獲得了重要的應用。近年來， 激光表面處理技術不僅在研究和開發方面迅速發展， 而且在工業應用方面也取得了長足的進步， 成為表面工程一個十分活躍的新興領域。激光表面處理既可以通過鐳射相變硬化***鐳射淬火***、表面熔凝改變基體表層材料的微觀結構， 也可以通過鐳射熔覆、氣相沉澱和合金化等處理方法同時改變基體表層的化學成分和微觀結構。其中， 鐳射相變硬化是現有各種激光表面處理技術中研究和應用最多的方法之一。然而目前激光表面相變硬化技術的應用還不象傳統熱處理技術那樣廣泛和成熟， 但由於其具有獨特的優越性而正日益受到人們的重視， 已經在機械製造、交通運輸、石油、礦山、紡織、冶金、航空航天等領域得到應用和發展。

　　1 鐳射相變硬化的機理及特點

　　鐳射相變硬化是區域性的急熱急冷過程。由於加熱時間短， 熱影響區域小， 硬化層較淺， 一般只有0.3 一1.0 mm。鐳射相變硬化加熱時， 表面升溫速度可達104～ 106℃/s ， 使材料表面迅速達到奧氏體化溫度， 原有材料中珠光體組織通過無擴散轉化為奧氏體組織， 隨後通過自身熱傳遞以106 一108℃ /s 的冷卻速度快速冷卻，它既可在原晶界和亞晶界成核， 也可在相介面和其它晶體缺陷處成核， 而在快速加熱下的瞬間奧氏體化使晶粒來不及長大， 在馬氏體轉變時， 必然轉變成細小的馬氏體組織; 另一方面， 鐳射快速加熱， 使得擴散均勻化來不及進行， 奧氏體內碳及合金元素濃度不均勻性增大， 奧氏體中含碳量相似的微觀區域變小， 在隨後的快速冷卻條件下， 不同的微觀區域內馬氏體形成溫度有很大的差異， 這也導致了細小馬氏體組織的形成。鐳射淬火後的馬氏體組織為板條狀馬氏體組織和孿晶馬氏體組織， 位錯密度極高， 可達10l2/cm2。研究表明： 晶粒細化， 馬氏體高位錯密度， 碳的固溶度高是獲得超高硬度的主要原因[3]。

　　2 激光表面相變硬化工藝

　　2.1 材料表面預處理

　　金屬材料表面對鐳射輻射能量吸收能力主要取決於表面狀態。一般金屬材料表面經過機械加工， 表面粗糙度很小， 其反射率可達80%一90%，影響金屬材料表面吸收光能的效率[4]。為了提高金屬表面對鐳射的吸收效率， 在鐳射硬化前要進行表面預處理， 其方法有磷化法、提高表面粗糙度法、氧化法、噴塗塗料法、鍍膜法等， 其中最常用的是磷化法和噴塗塗料法。在原始表面上覆以吸收鐳射物質塗層是最有效的一種。這些塗料除了能大大提高吸收率外， 還必須具有廉價、無毒、無汙染、與基體結合牢靠、乾燥快、鐳射掃描時無反噴、鐳射處理後清除方便等特點。為此， 研製出在鐳射淬火前能塗覆在被處理金屬表面， 從而大大提高金屬表面對鐳射的吸收能力的塗料， 已成為鐳射技術能否在工業領域推廣應用的一個重要課題[5]。

　　2.2影響相變硬化層的主要引數及其相互關係

　　鐳射相變硬化過程是一個錯綜複雜的快速加熱快速冷卻的淬火過程。鐳射硬化層的尺寸引數 ***硬化層寬度、硬化層深度、表面粗糙度***和效能引數***顯微硬度、耐磨性、組織變化***取決於鐳射功率密度***鐳射功率、光斑尺寸***、掃描速度、材料的性質***成分、原始狀態***和表面預處理特性等， 同時也與被處理零件的幾何形狀和尺寸以及鐳射作用區的熱力學性質有關。在其他工藝因素不變的條件下， 其主要工藝引數有鐳射器輸出功率***P***、掃描速度***V***和作用在材料表面上的光斑尺寸***D***，三者的綜合作用直接反映了鐳射淬火過程的溫度及其保溫時間。三個引數對鐳射相變硬化效果的影響關係式為：

　　鐳射相變硬化層深度***H***ocP/***DxV***

　　由上式可知， 鐳射相變硬化層深正比於P， 反比於D、V， 三者可互相補償， 經適當的選擇和調整可獲得相近的硬化效果[4]。另外， 還應考慮各引數值的選擇範圍，D不能過大，V不能過小， 以免冷卻速度過低， 不能實現馬氏體轉變。反之， 當鐳射輸出功率過大時， 容易造成表面熔化， 影響表面的幾何形狀。奧氏體的轉變臨界溫度與材料的熔點之比值越小， 允許產生相變的溫度範圍越大， 硬化層深度就越深。

　　2.3 鐳射相變硬化掃描方式

　　鐳射的掃描方式有圓形或矩形光斑的窄帶掃描和線形光斑的寬頻掃描。窄帶掃描的硬化頻寬度與光斑直徑相近， 一般在5 ～ 以內。對於要求大面積硬化時， 必須逐條地進行掃描， 各掃描帶之間需要重疊， 重疊部分將留下回火軟化帶， 回火軟化帶的寬度與光斑特性有關， 一般均勻矩形光斑產生的回火軟化帶較小。寬頻掃描的寬度可達十幾毫米， 有效地減少了軟化帶的不良影響。清華大學劉文今等人[l0] 曾用GaAs 二元光學器件聚焦後得到線光斑， 對45 鋼凸輪表面進行鐳射熔凝一合金化的研究， 提高了凸輪強化表面的硬度和耐磨性。

　　3 結束語

　　鐳射相變硬化技術從開始應用到現在， 已經歷了30多年的發展歷程， 應用領域不斷擴大。但由於這項工藝的技術含量很高， 工藝過程中影響因素太多， 裝置費用高昂， 除了對形狀簡單、工藝基本定型且批量較大的工件可以專門建立生產線， 並可獲得穩定的加工質量外， 在形狀較為複雜的工件中應用仍存在不少問題， 基本上還是一種成本高、控制複雜但效能特殊的實驗室技術。但是， 由於鐳射相變硬化技術所具有的獨特優點， 它仍是一項有廣泛應用前景的高新技術。隨著數值模擬與計算機控制技術研究的不斷進展， 可適用於各種情況的鐳射相變硬化工藝實時控制系統的研製也將獲得成功， 那時必將為鐳射相變硬化技術全面進入自動化生產線鋪平道路。

　　參考文獻：

　　[l]應小東， 李午申， 馮靈芝. 激光表面改性技術及國內外發展現狀[J].焊接， 2003 ， ***l***： 5-8.

　　[2]王秀彥， 安國平， 李棟， 等.模具表面的鐳射非熔凝加工的應用研究綜述[J]. 北京工業大學學報， 2001，27 ***4 ***： 415 -419.

　　[3]謝志餘， 潘飪嫻. 鐳射熱處理相變機理及應用[J].機械製造與自動化， 2003 ， ***4 ***：38- 42

　　[4]關振中. 鐳射加工工藝手冊[M]. 北京： 中國計量出版社， 1998.143一150.

　　[5]晃明舉. 金屬材料表面鐳射淬火和熔覆若干關鍵技術研究側. [D]鄭州： 鄭州大學博士論文，2003.