先进金属材料制备技术复习题整理(北航研究生课程)-必考.pdfVIP

1、何为材料制备加工？请简述材料制备加工工艺在材料科学与工程中的作用。 材料的制备是将原材料进行加工，使它能够满足生产所要用材料的标准，所以它还是材料。 材料的加工是对材料按一定的标准和方法进行加工，使它变成成品。 通过材料科学与工程和相关学科的基础的智能应用，以及现有技术、新技术或者特殊环境等等，来实 现合成或者制备新材料；改变或者控制内部结构 （宏观或者微观结构、原子排列、元素分布、能量状态等） 以实现设计或者定制材料的机械或功能特性；改变材料的性能 控制或者改变材料的内部结构或者性能等形式得到所需要形状的材料和部件 材料科学与工程主要对材料的合成与制备、结构 （成分）、性能以及服役性能研究等四部分进行研究， 而在这四个部分中，材料制备加工在材料科学与工程中起着核心支柱的作用。了解材料必然需要了解材料 的形成过程和制备方法，从而充分的了解材料的结构、性质和性能，为各种元器件的制备奠定了良好的基 础。 金属材料的制备、成形与加工技术进步追求的共同目标是: ① 尽可能地缩短工艺流程, 并实现工件 的近终形制造;② 在完成外形精确成形的同时, 实现组织的优化, 最大限度地发挥材料的性能潜力。其主要 思路是建立 “控形一控性( 控制组织)一控制成本一控制污染” 一体化的先进材料制备与加工成形的理论与 技术体系。采用凝固技术进行高性能构件的一次精确成型, 从而免除后续的加工工序, 是实现上述目标的最 佳选择。 2、论述材料的合成、制备与成形在材料科学与工程中的地位。并举例说明其基 本手段和方法。 合成制备新材料、发现新材料、提高现有材料性能、零件成形制造； 凝固处理(熔炼、铸造、焊接）、热处理(热处理、烧结等)、机械加工(冷成型和轧制等）、热机械加工、 电磁材料加工、生物材料加工、高能量密度梁材料加工、材料表面加工、真空材料加工、空间或微重力条 件下燃烧合成材料加工等等。 3、先进金属材料快速凝固背景、优点、工艺及方法。并简述合金的快速凝固的 原理、组织特征和性能特点。 背景：普通凝固过程存在冷却速度慢、凝固速度慢的特点，此特点易导致铸件出现凝固缺陷 （例如，宏观 偏析、缩松、缩孔、热应力等等）和粗大、发达的树枝晶 （出现晶内偏析、晶界偏析），进而导致铸件性 能恶化，因此为解决上述问题，从提高冷却速度和增加晶核、细化晶粒角度，提出了快速凝固，即在比常 规工艺过程中快得多的冷却速度下，金属或者合金以极快的冷却速度从液态转变为固态的过程，金属的冷 4 9 却速度一般要达到10 -10 K/s。 优点： a. 凝固速度快，从而可以使金属在液态中的溶解度得到扩大，这样是其材料的密度有所 改变，材料各部位 的组织更加的紧密，改变金属中各元素的所含比例，从而可以改变该材料的性质，使其达到某种用途的需 求。 b. 由于凝固的速度比一般铸造的快，这样得到的凝固结晶会更加的细小，晶粒的分布更 加的均匀，一定程 度减少了杂质的混入，提高材料的质量，由于晶粒组织的优化，该材料的力学，化学性质会得到提高，从 而使其得到更广的运用。 c. 由于快速凝固给材料带来的溶解度的扩大，更加精细的晶粒的析出，从而赋予了材料 的高强度，高韧度， 以及高耐腐蚀性。这是快速凝固技术能在工业领域得到广泛运用的硬道理。 d. 除了金属的快速凝固，还 有一种快速凝固非晶态合金。其特点和上类似，可以使材料 具有极高的强度，硬度。又因为其实处于非晶 态，它在具有高强度的同时也具有较好的韧性。同时，因为非晶态这种特殊形态，可以使材料具有良好的 半导体性能，这是传统铸造方法所不能达到的 工艺及方法： 实现快速凝固的三种途径包括：动力学急冷法；热力学深过冷法；快速定向凝固法。 动力学急冷快速凝固技术 急冷凝固技术的核心是提高凝固过程中熔体的冷速，从热传输的基本原理可以知道一个相对环境放热 的冷速取决于该系统在单位时间内产生的热量和传出系统的热量，因此对金属凝固而言，提高系统的冷速 必须要求：第一，减少单位时间内金属凝固时产生的熔化潜热;第二，提高凝固过程中的传热速度。这里国 外常采用的三种方法：急冷的模冷技术、雾化技术、表面熔化与沉积技术。根据熔体分离和冷却方式的不 同，可以分为雾化技术、模冷技术和表面熔化及沉淀技术三大类。①模冷技术。主要包括：枪法，双活塞 法，熔体旋转法，平面流铸造法，电子束急冷淬火法，熔体提取法和急冷模法。②雾化技术。具体分为： 流体雾化法，离心雾化法和机械雾化法。③表面熔化与沉积技术。主要有离子体喷涂沉积法和激光表面重 熔法两种。 热力学深过冷快速凝固