金属热态成型传输原理课程论文

1、金属热态成型传输原理课程论文最终成绩论文题目热量传输在金属材料工程中的应用学院材料科学与工程年级2012级专业材料类学生姓名学号指导教师佳木斯大学热量传输在金属材料工程中的应用摘要：随着现代科学技术的发展，金属材料发挥的作用越来越越重要，对金属材料的研究也越来越深入，在对金属材料的研究中不得不说热量传输在金属材料工程中的应用，其中热分析技术是一种重要的研究方法，而且这种方法也得到了人们的日益关注，在研究中也得到了人们广泛的使用。关键词：热量传输；金属材料；关系；应用；趋势Application of heat transfer in metal material engineeringAbst

2、ract: with the development of modern science and technology, more and more metal materials play more important, study on the metal materials are more and more in-depth, in the study of metal materials to applied heat transfer in metal material engineering, the thermal analysis technique is an import

3、ant research method, but this method is get people's attention increasingly, has been used widely in the study.Keywords: heat transfer; metal materials; application; trend0 引言材料的发展与社会的进步有着密切的关系，它衡量人类社会文明程度的标志之一，金属材料是现代文明的基础。从人类的起源开始，古人就发现金属材料的优良性能，并把它们制成各种工具使用，金属材料在人类社会发展的过程中越来越重要，而且需求量越来越大，金属资源

4、已经出现了短缺现象。目前，人类还处在金属器时期，虽然无机非金属材料、高分子材料的使用量与日俱增，但在可以预见的未来，这种情况不会改变。1热分析技术在金属材料研究中的应用热分析技术是记录样品在加热或冷却过程中的时间一温度关系曲线, 以表征物质在加热过程中的物理和化学性质及其量的变化1。热分析仪自问世以来，已经在金属及其合金的研究中的到广泛的使用，热分析仪的更新换代使得热分析方法有了迅速的发展.特别是近几年来热分析仪的“计算机化” , 把热分析技术提高到一个更新的高度。目前热分析技术应用的范围在逐渐扩大, 已渗透到物理、化学、化工、石油、冶金、地质、建材、纤维、塑料、橡胶、有机、无机、低分子、高分

5、子、食品、地球化学、生物化学等各个领域中闹。已成为科学技术研究和工业生产中的重要的理化分析手段1.1热分析原理及实验装置热分析如果从形式上可分为普通热分析和示差热分析。普通热分析就是将研究式样放在炉子中平稳加热（或冷却）记录其温度时间曲线。对其曲线进行一些处理得出所要的结果，该方法适用于一些在转变过程中有较大热量变化的材料。微分法热分析和双热电偶法热分析经常被使用，考虑到普通热分析有一定的局限性，所以通常采用示差热分析方法来提高实验的灵敏性。示差热分析又称差热分析（DTA）。在相同的条件下进行该分析时, 把研究的样品( 试样) 和一个参考样品( 标样)进行匀速升温( 或降温), 利用差值热电偶

6、记录两者的温差T随温度( 时间) 变化曲线, 即为刀, 通曲线图. 如果T=0，DTA曲线为一条水平线,称为基线; 如果T0，DTA曲线上就有一明显的热效应峰1。因为差热分析是动态的存在热滞效应，所以可以采用“外推法”来确定转变温度。差热分析装置中加热炉的温度要求均匀，这样能匀速升高温度；示差热电偶的热电性能要好，不能与其他的物质反应；控温系统要灵敏。2 金属材料退火孪晶控制及应用退火孪晶是一个低级错误可以面心立方金属变形再结晶退火后由常见的组织形式, 正常条件下的热淬火、研究过热和控制在实际生产的金属晶粒长大有现实意义2。退火孪晶可分为三个典型的退火孪晶形式:晶界的退火孪晶,通过完整的退火孪

7、晶晶粒, 结束在晶体内的一端,不完全退火孪晶结束在孪晶界带,大多数人认为退火孪晶在晶粒生长的过程中形成, 出现一共格的孪晶界并随之而在晶界角处形成退火孪晶。2.1 退火孪晶的形成机制退火孪晶在晶粒生长过程中形成的,当晶粒通过晶界移动而生长时,原子层在晶界角在堆垛顺序的意外障碍, 退火孪晶是运动的大角度晶界2。在成长的过程中,如果原子在一个孪晶带, 恢复原来的表面发生错误的叠层顺序, 就形成第二个共格孪晶界构成了孪晶带。晶粒生长是一个复杂而有规律的过程。横向形成机制是层错, 该机制适用于“穿晶型”退火孪晶, 延长而增加加热温度和保温时间,奥氏体晶粒尺寸由大角晶界迁移的增长2。在迁移过程中,在热应

8、力的作用下, 如果有抵抗的粒子很容易那么晶界的形成层表面堆积序列发生在断层, 断层性质就相当于一个原子的双胞胎。稳定的双核心位置很重要,在长大的大角度晶界成长的过程中运,如果发生错误的在堆原子的表面发生错误的,恢复原始的叠层顺序,并形成一个错层,就形成了一完整的穿晶型退火孪晶, 这就是退火孪晶晶粒的横向形成机。纵向形成机制的本质是不全位错按极轴机制的运动, 该机制常用于“中止型”退火孪晶,中止型退火孪晶是不连贯的孪晶,横向相干的孪晶面和结束时的晶界。接口可以通过双接口和大角度晶界迁移的方式增长2。不完全脱位是根据机制的极轴运动,退火孪晶继续成长,各种各样的新思想、新观念和新技术层出不穷,其应用

9、领域不断扩大,多晶材料在开采过程中不断显示巨大的潜力, 不但合金的整体性能得到改善, 而且是使抗晶界失效性能得到改善的有效途径, 这就是退火孪晶晶粒的纵向形成机制。2.2 金属材料退火孪晶控制及应用金属材料退火孪晶的应用都是根据其作用,作用主要是改善金属特性,从而达到让材料更加优质地服务人类生活的目的。退火孪晶的形成, 使原来的粗大奥氏体晶内型退火孪晶晶粒细化, 悬挂式退火孪晶是因为“分裂”的影响破坏完整性的原始奥氏体晶粒尺寸2。两个退火孪晶是增加数量的原始奥氏体晶界, 在接下来的缓慢冷却或加热平衡组织变化和新阶段将增加数量的成核, 可以使晶粒尺寸细化。因为细化晶粒的有效改变金属材料特性使金属

10、材料的应用更广泛。3 建筑金属材料与热处理工艺关系的探讨因为充分合理利用金属资源可以提高金属材料的利用效率，所以在建筑金属材料的使用过程中，需要在加强热处理工艺在金属材料中的应用倍加重视，规范好金属材料的加工处理工艺，尽量让材料得到充分的应用。如果不能够对建筑金属材料进行正确的热处理工艺进行处理的话，不但会对材料的机械性能造成不良影响，而且严重时还会破坏材料的原有性能，因此金属材料的retail处理至关重要，我们必须要重视。3.1 建筑金属材料的切削性能与热处理预热的关系为了利用好建筑金属材料的固有价值，一般情况下都需要对金属材料进行热处理工艺加工，科学有效的热处理在提高金属材料的基本性能的同

11、时还可以提高产品的质量。在金属材料进行切削的过程中，由于各种金属材料的基本性能、金属的硬度、金属材料的切削环境和条件等具有很大的差异性，因此各种材料的切削效果也不尽相同。热处理的预热处理对象主要是各类铸、锻、焊工件的毛坯或半成品消除冶金及热加工过程产生的缺陷，并为以后切削加工及热处理准备良好的组织状态。因此可以对于部分金属材料进行预热的热处理，在很大的程度上保证材料的切削性能和提高加工的精度，避免材料质量问题。齿坯材料切削处理之后的齿坯材料，一般由于齿坯的硬度不够而会出现粘刀现象，粘刀现象会形成一定的积屑会降低加工零件光的滑度，不利于加工零件正常加工3。如果选择正火和不完全淬火的热处理工艺综合

12、使用，可以使切屑从带状向挤裂多渡，在保证了加工材料的光滑程度，还可以使粘刀现象减少，使金属材料的切削性能提高。3.2 建筑金属材料的切变模量与热处理温度的关系金属材料的热处理是一种在特定条件下对于金属材料进行加热、保温、冷却处理的工艺，它主要是通过改变材料表面或内部的金相组织结构来达到控制材料基本性能的目的。热处理的温度是热处理工艺的重要工艺参数之一，也是保证材料基本性能的关键，因此对于保证材料的相关强度、韧性等发挥着重要的作用3。衡量金属材料性能的主要指标之一是切变模量，受到剪切应力之后的金属材料会发生一定的形变，在弹性形变范围之内的切应力与切应变之间的比值就是金属材料的切变模量3。切变模量

13、可以很好地体现材料的切应变的抵抗力，一般情况下对于金属材料，切变模量越大金属材料的刚性就越强。热处理后的金属材料一些性能发生改变的同时切变模量也会改变。原子间作用力的大小决定了材料弹性模量，而原子间的作用力又和材料的结构、温度、性质等有关，在材料经过热处理之后，材料的基本结构、性质产生就会受到影响，所以就会使原子作用力发生变化，材料弹性模量也会发生变动。3.3 建筑金属材料的断裂韧性与热处理温度的关系断裂力学的出发点是，任何材料实际都含有不同数量、不同尺寸的裂纹。断裂韧性实际可以理解为含有裂纹的材料在外力作用下抵抗裂纹扩展的性能3。提高金属断裂韧性的关键是要减少金属晶体中位错，使金属材料中的位

14、错密度下降，从而提高金属强度。细晶强化是减少金属晶体中位错的一种重要方法，其原理是通过细化晶粒使晶界所占比例增高而阻碍位错滑移从而提高材料强韧性。3.4 建筑金属材料抗应力腐蚀开裂与热处理应力的关系金属材料的应力腐蚀开裂是指材料在特殊的环境下受到了一定的拉伸作用力的影响，同时又受到了周围恶劣环境的腐蚀，材料所发生的断裂和损坏3。而金属材料的受热之后，材料内部的结构和相关性质就会发生一定的变化，因此也会增强金属材料的热处理应力。金属材料在拉伸应力和特定腐蚀环境共同作用下发生的脆性断裂破坏称为应力腐蚀开裂。大部分引起应力腐蚀开裂的应力是由残余拉应力引起的。残余应力是金属在焊接过程中产生的。金属在加

15、热时，以及加热后冷却处理时，改变了材料内部的组织和性能，同时伴随产生了金属热应力和相变应力。4 深冷处理在金属材料中的应用深冷处理是常规冷处理的延伸, 是以液氮为制冷剂在低于- 130的温度对材料进行处理的方法.该法能改变材料的力学性能, 可在不降低材料强度及硬度的情况下, 显著提高材料的韧性, 使其具有广阔的应用前景。4.1 深冷处理机理深冷处理主要是通过改变材料的微观结构来提高其综合性能，充分发挥材料的潜能。深冷处理的工件在低温环境下微观组织结构会发生变化，宏观上表现为材料的耐磨性，尺寸稳定性，冲击韧性，抗拉强度等力学性能的改善5。深冷处理的许多问题目前还处在研究中，只有不断地去研究去探索

16、我们才能发现许多我们需要的性能。4.2 深冷处理工艺深冷处理一般采用液氮作为制冷剂，它不仅制冷温度低（可达-196），而且经济方便，对环境无污染。以液氮为制冷剂进行深冷处理可分为两种方式。一种是液体法，即液氮浸泡式制冷；另一种方法是气体法4。深冷处理涉及到的关键技术之一就是如何方便、快捷、低廉、可靠且可控地获得低温。因为装置的性能直接影响到深冷处理工艺的进行。如同热处理一样，如果不能保证热处理工艺的合理进行，就难以充分发挥金属材料的潜力，难以达到提高零件质量和延长使用寿命的目的。深冷处理工艺也是如此，要想在实际应用中确保深冷处理技术对处理材料产生预想的效果，就必须保证深冷处理工艺的合理。5 超

17、塑性在金属材料塑性加工中的应用金属的“超塑性”是指材料在特定的内在及外在条件下显示出的异常高的塑性，即超出一般塑性指标的金属特性6。根据超塑性的宏观变形特性，金属的超塑性具有以下几个方面的特点：大延伸、无缩预、小应力、易成形。根据目前世界上各国学者研究的结果，按照实现超塑性的条件（组织、温度、应力状态等），超塑性可分为：微晶组织超塑性（即恒温超塑性或结构超塑性）、相变超塑性（即变温超塑性或动态超塑性）及其它超塑性。5.1 超塑性模锻成形工艺超塑性模锻成形的工艺大致为：先将合金在接近再结晶温度下进行热变形（挤压、轧制或锻造）以获得超细的晶粒组织；然后再超塑性温度下，在预热的模具中模锻成所需的形状

18、；最后对锻件进行热处理，以恢复合金的高强度状态。需注意，与常规模锻相比，超塑性模锻成形速度较低，温度较高，在800以上，最好采用可调速慢速液压机和耐高温模具材料7。6 电磁技术在金属材料工程中的应用电磁技术是一门覆盖面广的综合性技术,并且应用广泛。20世纪后，电磁技术和其它学科一样得到了进一步的发展，在许多领域得到了应用，例如节能、环保、机械、医学、农业、生物、国防等领域。在以传统的电磁学为基础，后人在不断地探索中进一步发现了许多新的研究方向。材料组织的和性能的分析中，电磁技术已经得到应用，虽然在新型材料的制备方面起步比较晚，但是发展的速度比较快，应用范围也在不断扩大，相信不久的将来电磁技术的

19、应用范围应用的会越来越广泛。6.1 电磁感应加热电磁感应加热是指应用电磁场来加热金属的技术, 其原理是根据法拉第电磁感应定律和焦耳-楞茨定律。当铜制线圈内通入一定频率的交流电后, 电流在其周围空间和导体内部激发出交变磁场, 处于线圈内部的金属炉料内会产生感应电动势和感应电流, 因电流热效应使得金属发热熔化8。7 激光技术在金属材料加工工艺中的应用激光加工是一种新兴的先进制造技术,具有自己的特色与规律,经过多年的积淀形成了激光加工理论和各种激光加工工艺参数。随着世界科技与经济发展的需要，激光技术有了迅速发展。激光与普通光相比具有单色性、相干性、方向性和高光强。同样激光加工设备也涉及到众多学科因而

20、决定了它的高科技性和高收益率。纵观国际和国内激光应用场情况经过多年来的研究开发和完善，当代的激光器和激光加工技术与设备已相当成熟形成系列激光加工工艺。7.1 激光切割激光是用聚焦镜将激光束聚焦在材料表面，使材料熔化,同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料,并使激光束与材料沿一定轨迹作相对运动,从而形成一定形状的切缝9。激光切割是当前各国应用最多的激光加工技术，在国外许多领域，例如，汽车制造业和机床制造业都采用激光切割进行钣金零部件的加工。激光可切割的材料很多，包括有机玻璃、木板、塑料等非金属板材，以及不锈钢、碳钢、合金钢、铝板等多种金属材料。激光切割无需刀具和模具在计算机控制下，可直接实

21、现二维、三维上任意形状的板类和壳体类零件的柔性加工。同时，激光切割也是应用激光聚焦后产生的高功率密度能量来实现的。7.2 激光焊接激光切割是利用高功率密度的激光束扫描过材料表面，在极短时间内将材料加热到几千至上万摄氏度，使材料熔化或气化，再用高压气体将熔化或气化物质从切缝中吹走，达到切割材料的目的9。激光焊接的特点及应用激光焊接是一种高速度、非接触、变形极小的焊接方式，非常适合大量而连续的在线加工。激光焊接是将高强度的激光束辐射至金属表面，通过激光与金属的相互作用，使金属熔化形成焊接。在激光与金属的相互作用过程中，金属熔化仅为其中一种物理现象。有时光能并非主要转化为金属熔化，而以其它形式表现出

22、来，如汽化、等离子体形成等。然而，要实现良好的熔融焊接，必须使金属熔化成为能量转换的主要形式。为此，必须了解激光与金属相互作用中所产生的各种物理现象以及这些物理现象与激光参数的关系，从而通过控制激光参数，使激光能量绝大部分转化为金属熔化的能量，达到焊接的目的。7.3 激光技术优势分析目前全球业界公认的发展最快的、应用日趋广泛的最重要的高新技术就是光电技术，他必将成为21世纪的支柱产业。而在光电技术中，其基础技术之一就是激光技术。科学界预测，到2010年，以光电信息技术为主导的信息产业将形成5万亿美元的产业规模，到2010年至2015年，光电产业可能会取代传统电子产业。光电技术将继微电子技术之后

23、再次推动人类科学技术的革命和进步。激光技术与产业的发展将支撑并推进高速、宽带、海量的光通信以及网络通信，并将引发一场照明技术革命，小巧、可靠、寿命长、节能半导体(LED)将主导市场，此外将推出品种繁多的光电子消费类产品(如VCD、D VD、数码相机、新型彩电、掌上电脑电子产品、智能手机、手持音响播放设备、摄影、投影和成像、办公自动化光电设备如激光打印、传真和复印等)以及新型的信息显示技术产品(CRT、LCD及PDP、FED、OEL平板显示器等)并进入人们的日常生活中。激光产品已成为现代武器的眼睛和神经，光电子军事装备将改变21世纪战争的格局8 金属材料及热处理的发展趋势随着现代科学技术的发展,

24、 人们对金属材料性能的要求越来越高, 为了达到预期的目的, 一是研制适合需要的新型合金, 二是对金属材料进行热处理, 以提高金属材料的使用性能。8.1金属材料的发展趋势金属材料的发展已从纯金属、纯合金中摆脱出来。随着材料设计、工艺技术及使用性能试验的进步，传统的金属材料得到了迅速发展，新的高性能金属材料不断开发出来。如快速冷凝非晶和微晶材料、高比强和高比模的铝锂合金、有序金属间化合物及机械合金化合金、氧化物弥散强化合金、定向凝固柱晶和单晶合金等高温结构材料、金属基复合材料以及形状记忆合金、钕铁硼永磁合金、贮氢合金等新型功能金属材料，已分别在航空航天、能源、机电等各个领域获得了应用，并产生了巨大的经济效益10。金属材料的发展方向依然是高强度、高韧性，发展适合于极端条件下（高温、低温、强辐射、强腐蚀等）使用的材料，在发展新能源和其它尖端材料过程中, 低温材料必不可少。8.2 热处理的发展现状当前金属材料的热处理工艺发展趋势为：发展节能热处理、无公害热处理和以提高产品质量为目的的新技术、新工艺10。节能热处理。热处理工艺过程要消耗大量的能源。考虑到处理设备及工艺的重要指标，一般大多数国家从热处理设备、工艺、节能钢种、生产管理四个方面考虑节能。无公害热处理。众所周知化学处理过程