材料加工新技术与新方法

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'材料加工新技术与新方法'
实用 材料加工新技术与新方法 1.人类历史上的六次材料技术革命史什么?简述超材料时代的特点?(10分)答: ①石青 ②青铁 ③铁合金化④合成材料 ⑤新材料设计与制备加工时代 ⑥超材料时代 超材料是一种通过海量设计与微结构加工的新兴材料逆向设计 典型代表隐身衣材料左手材料 杜克大学 刘若鹏2.简述材料加工技术的总体发展趋势以及主要发展方向(10 分)发展趋势: 过程综台、技术综合、学科综台。 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)发展计算机数值模拟和过程仿真技术,构建完善的材料数据库;(6)材料的智能制备与成形加工技术。 3.简述快速凝固的概念及用途,实现快速凝固的两种方法以及快速凝固的组织特征是什么?(10 分)概念: 由液相到固相的相变过程进行得非常快,从而获得普通铸件和铸锭无法获得的成分、相结构和显微结构的过程。 产生急冷技术或深过冷技术获得很高的凝固前沿推进速度的凝固过程。 快速凝固的用途: (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。 实现方法: (1)快速冷却: 通过提高铸型的导热能力,增大热流的导出速度可使凝固界面快速推进,实现快速凝固(2)深过冷: 快冷法只能在薄膜、细线及小尺寸颗粒中实现,减少凝固过程中热流导出量是大尺寸试件中实现快速凝固的唯一途径,通过抑制凝固过程的形核,使合金溶液获得很大的过冷度,从而凝固过程释放的潜热被过冷溶体吸收,可大大减少凝固过程要导出的热量,获得很大的凝固速度。 快速凝固的组织特征(1)偏析形成倾向减小(2)形成非平衡相(3)细化凝固组织(4)析出相的结构发生变化(5)形成非晶态4.简述定向凝固的概念和现有工艺,简述连续定向凝固的基本原理。 (10 分)定向凝固是指在凝固过程中采用强制手段,在凝固金属和未凝固金属熔体中建立起特定方向的温度梯度,从而使熔体沿着与热流相反的方向凝固,最终得到具有特定取向柱状晶或单晶的技术。 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)区域熔化液态金属冷却法(7)连续定向凝固连续定向凝固基本原理: 在连续定向凝固过程中对铸型进行加热,使它的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溶体中建立起沿拉坯方向的温度梯度,从而使熔体形核后沿着与热流(拉坯方向)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(连续柱状晶组织)甚至单晶组织。 5.(1)简述半固态加工的概念和特点(5 分)(2)何为触变成形,何为流变成型?(5 分)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的悬浮着一定球状初生固相的固液混合浆料(固相组分一般 50%),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为半固态金属的流变成形。 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,这种方法称为触变成形。 优点: 1.黏度比液态金属高,容易控制;2.模具夹带的气体少,减少氧化、改善加工性,减少模具粘接,可进行更高速的部件成形,改善表面光洁度,易实现自动化和形成新加共工工艺;3.流动应力比固态金属低:半固态浆料具有流变性和触变性,变形抗力非常小,可以更高的速度成形部件,而且可进行复杂件成形,缩短加丁凋期,提高材料利用率,有利于节能节材,并可进行连续形状的高速成形(如挤压),加工成本低;4.应用范围广;5.凡具有固液两相区的合金均可实现半固态加工。 可适用于多种加工工艺,如铸造、轧制、挤压和锻压等,并可进行材料的复合及成形。 6.(1)连续铸轧的概念和工艺特点,列出三种目前在生产的金属材料(4 分(2)影响铸轧过程中稳定性的主要因素有哪些(4 分)(3)保证铸轧正常进行的两个条件是什么(2 分)(1)连续铸轧: 直接将金属熔体轧制成半成品带坯或成品带材的工艺称为连续铸轧。 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 。 铝板连续铸轧、薄板坯液芯压下、双辊薄带钢铸轧。 (2)影响铸轧过程稳定性的主要因素双辊薄带钢铸轧影响因素: (1)钢水流动的影响(2)凝固行为的影响(3)铸轧速度的影响(4)侧封的影响(5)铸轧力和辊缝控制问题;铸轧产品缺陷: (1)条痕(2)孔洞(3)横波(4)白条(5)黑皮(6)板面不平(7)边部不齐。 (3)铸轧基本条件: (1)浇铸系统预热温度(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 7.实现连续挤压的必要条件是什么,连续挤压法有哪些优点和缺点?(10 分)实现连续挤压满足两个基个条件: (1)不需借助挤压轴和挤压垫片的直接作用,即可对坯料施加足够的力以实现挤压变形;(2)挤压简应具有无限连续工作长度,以便使用无限长的坯料。 优点: (1)利用挤压型腔与坯料之间的摩擦,挤压变形能耗大大降低;(2)可以省略常规热挤压中坯料的加热工序;(3)可以实现真正意义上的无间断连续生产,获得长度达到数千乃至数万米的成卷制品;(4)具有广泛的使用范围;(5)设备紧凑,占地面积小,设备造价及基建费用较低。 缺点: (1)对坯料预处理要求高;(2)主要适用于生产小断面型材,生产大断面型材时效率低;(3)由于坯料的预处理效果、难以获得大挤压比等原因,该法生产的空心制品在焊缝质量、耐高压性能等方面不如常规挤压‐拉拔生产的制品好;(4)对工模具材料的耐磨耐热性能要求高;(5)工模具更换比常规挤压困难;(6)对设备液压系统、控制系统要求高。 8.双金属包覆铸造的方法有哪些,这些方法的共同关键技术是什么?(10 分)(1)水平磁场制动复合连铸法 : 水平磁场的作用强度;两种金属的浇铸速度(2)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(3)电渣包覆铸造法 (4)反向凝固连铸复合法: 侧封技术;凝固控制技术;母带预处理技术(5)复合线材铸拉法: 钢丝表面预处理;铸拉工艺控制(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)充芯连铸法技术关键: 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9.按照界面结合状态,层状复合材料可以分为哪两大类?每一类包括哪种制备方法(10 分)按界面结合状态,层
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