材料加工新技术与新工艺(详细版).pdfVIP

一、材料是人类用以制造用于生活和生产的物品、器件、构件、机器以及其他产品的物质，也可简单定义

为：材料是可以制造有用器件的物质。

新材料是指那些新出现或正在发展之中的，具有优异性能或特定功能的材料。

材料的分类：（1）按化学结构或组成分类：金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料；（2）按

用途分类：即结构材料、功能材料、结构功能一体化材料。

二、材料技术：是关于材料的制备、成形与加工、表征与评价，以及材料的使用和保护的知识、经验和诀

窍。从学科的观点来考虑，也可以将材料技术定义为：将材料科学和其他相关学科（如计算机、机械、自

动控制）的知识应用于材料（制备）生产和使用的实际，以获得所需的材料产品、提高材料的使用效能的

技艺。

2.2材料技术分类：（1）制备技术，如高分子材料合成技术、粉体制备、人工晶体、材料复合技术等；（2）

成形与加工技术，如凝固成形、塑性加工、注射成形、连接技术等；（3）改质改性技术，如各种热处理技

术、材料三束改性技术等；（4）防护技术，如涂层处理、钢板镀锌等；（5）评价表征技术，如力学性能试

验、成形性试验、无损探伤、显微结构分析等；（6）模拟仿真技术，如组织性能预报、过程仿真技术等；

（7）检测与监控技术，如在线检测技术、实时监控技术等。

三、材料加工技术

3.1分类：（1）按照传统的三级学科进行分类，材料加工技术（方法）包括机加工（车钻刨铣磨等）、凝固

加工（铸造）、粉末冶金、塑性加工（压力加工）、焊接（连接）、热处理等。（2）按照被加工材料在加工

时所处的相态不同进行分类，材料加工技术包括气态加工、液态加工（凝固成形）、半固态加工、固态加

工。

3.2总体发展趋势，可以概括为三个综合，即过程综合、技术综合、学科综合。

3.3两个主要特征：（1）性能设计与工艺设计的一体化；（2）在材料设计、制备、成形与加工处理的全过

程中对材料的组织性能和形状尺寸进行精确控制。

3.4主要发展方向：（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。

快速凝固：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。

快速凝固组织的特征（1）偏析形成倾向减小。随着凝固速度的增大，溶质的分配系数将偏离平衡，实际

溶质分配系数总是随着凝固速度的增大趋近于1，偏析倾向减小；（2）形成非平衡相。在快速凝固条件下，

平衡相的析出被抑制，常析出非平衡的亚稳定相；（3）细化凝固组织。大的冷却速度不仅可细化枝晶，而

且由于形核速度的增大而使晶粒细化。随着冷却速度的增大，晶粒尺寸减小，可获得微晶乃至纳米晶；（4）

析出相的结构发生变化。大的冷却速度可使析出相的结构发生变化，某些相同成分的合金在不同冷却速度

下可获得完全不同的组织；（5）形成非晶态。当过冷度极大时，结晶过程将被完全抑制，从而获得非晶态

的固体。

实现快速凝固的条件：（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。

快速凝固技术的用途：（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；（4）提高产品质量，降低生产成本。

线材快速凝固成形：玻璃包覆熔融纺线法、合金溶液注入快冷法、旋转水纺线法、传送带法。

带材快速凝固成形：单辊法、双辊法、溢流法、甩出法。

体材料快速凝固成形：喷射沉积技术、大块非晶合金。

一、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的技术。

1.2、定向凝固的理论基础：在定向凝固过程中，随着凝固速度的增加，固液界面的形态由低速生长的平面

晶→胞晶→枝晶→细胞晶→高速生长的平面晶变化。无论是哪种固液界面形态，保持固液界面的稳定性对

材料的制备和材料的力学性能非常重要。因此，固液界面稳定性是凝固过程中一个十分重要的科学问题。

低速生长的平面晶固液界面稳定性可以用成分过冷理论来