先进材料成形技术与理论（精选11篇）
一、《先进材料成形技术及理论》课程概述
编 号：MB11001 学时数：40 学 分：2.5 教学方式：讲课30、研讨
6、实验参观4
二、教学目的与要求：
材料的种类繁多，其加工方法各异，近年来随同科学技术的发展，新材料、材料加工新技术不断出现。本课程将概述材料的分类及其加工方法的选择；重点介绍液态金属精密成形、金属材料塑性精确成形及金属连接成形等研究与应用领域的新技术、新理论；阐述材料加工中的共性与一体化技术。本课程作为材料加工工程专业的学位课，将使研究生对材料加工的新技术与新理论有个全面的了解，引导研究生在大材料学科领域进行思考与分析，为从事材料加工工程技术的研究与发展奠定基础。
三、课程内容：
第一章 材料的分类及其加工方法概述
1.1 材料的分类及加工方法概述
1.2 材料加工方法的选择（不同材料）及不同加工方法的精度比较（同一种材料）1.3 材料加工中的共性（与一体化）技术 1.4 材料加工技术的发展趋势
第二章 液态金属精密成形理论及应用
2.1 材料液态成形的范畴及概述
2.2 消失模精密铸造原理及应用(原理、关键技术、应用实例、缺陷与防治)2.3 Corsworth Process新技术(精密砂型铸造：锆英（砂）树脂砂型、电磁浇注、热法旧砂再生)2.4 半固态铸造成形原理与技术（流变铸造、触变成形、注射成形）
2.5 铝、镁合金的精确成形技术（金属型铸造、压铸、反重力精密铸造、精密熔模铸造等）2.6 特殊凝固技术（快速凝固、定向凝固、振动凝固）
2.7 金属零件的数字化铸造（铸件三维造型、工艺模拟及优化、样品铸件快速铸造、工业化生产及其设计）
2.8 高密度粘土砂紧实机理及其成形技术（高压造型、气冲造型、静压造型）
第三章 金属材料塑性精密成形工艺及理论
3.1 金属塑性成形种类与概述
3.2金属材料的超塑性及超塑成形（概念、条件、成形工艺）
3.3 复杂零件精密模锻及复杂管件的精密成形（精密模锻、复杂管件成形）3.4 板料精密成形（精密冲裁、液压胀形、其它板料精密成型）
3.5 板料数字化成形（点（锤）渐进成形、线渐进（快速）成形、无模（面、液压缸作顶模）成形）3.6 特种锻造（电镦、摆锻、辊锻、其它特种锻造）3.7 液压成形（原理、设备、工艺）
3.8 新技术对成形模具的要求（数字化、柔性模具）
第四章 先进连接技术理论及应用
4.1 材料连接成形概述
4.2 几种新型连接方法的原理及特点
高能密束焊、搅拌磨擦焊、微连接等连接方法基本原理、工艺及应用、复合加工工艺原理及新技术 4.3 典型先进材料的特性、连接工艺与物理冶金
(铝锂合金、高温合金等金属材料；陶瓷材料、复合材料、有序金属间化合物、非晶材料等非金属材料及功能材料的焊接性、连接方法的选择、接头性能与工艺特点)4.4 严酷条件下的连接技术
(空间连接技术的发展；零重力条件下的焊缝成形与焊接冶金特性；空间结构材料的焊接性。辐射条件下的焊接。水下焊接技术)4.5 材料表面改性新技术
(激光表面改性、气相沉积、真空熔结、电火花强化等；表面改性技术选择。)4.6连接接头质量控制与性能评价
(连接接头质量控制；接头性能评价方法；获得优质结构的现代连接和连接工程学的基本内涵及相关学科之间的关系)4.7 数值模拟与仿真技术在连接成形技术中的应用（数字化连接技术）
第五章 复合化成形加工方法及技术基础
5． 1 材料成形加工技术的复合化 5．2 5．3 5．4 5．5 5．6 连铸连轧
成形与精密加工复合化 复合能量场成形 新材料制备与成形一体化 CAD/CAE/CAM一体化技术
第六章 粉末材料及其成形技术
5.1 粉末材料的制备 5.2 粉末冶金原理及应用
5.3 粉末材料喷射成形原理及应用 5.4 粉末材料注射成形原理及应用
四、主要参考文献：
1、《材料加工新技术与新工艺》，谢建新等，冶金工业出版社，2004
国外大学在改革发展历程中, 有许多经验值得借鉴[3,4]。美国把本科教育作为基础, 本科教育质量是形成“名校”品牌的重要因素;英国课程改革的核心在于课程和工作之间建立明确的联系, 注重操作性能力的培养。一项对用人单位录用与评价高校毕业生的调查表明, 用人单位对高校毕业生的需求主流仍是本科生, 在录用毕业生时主要看重的是其素质和能力, 拓宽本科生知识面应成为高等学校教学改革的重要内容[5]。因此, 加强本科生的素质和能力培养是当前高等工程教育课程教学改革的目标和研究方向。
教学改革是提高教学质量, 实现人才培养目标的重要手段, 突出“工程技术应用”能力培养是工程应用型人才培养的本质特征, 也是本科院校立足发展、特色突破的现实支撑点, 而深化课程教学改革应以内容、方法、技术为重点[6,7]。笔者以材料成形技术基础课程为例, 介绍了我校在课程教学改革中取得的经验和成果, 以期为课程改革研究提供实践基础。
1 材料成形技术基础课程背景
材料成形技术基础是针对机械类、材料类各专业开设的一门专业基础课。该课程以材料成形工艺过程为主线, 引导学生探求材料成形工艺基础知识和基本原理, 培养学生分析问题、解决问题的能力以及工程实践能力和创新能力。该课程的主要内容有铸造、锻造、板料成形、焊接、塑料成形、快速制造技术等。材料成形技术基础作为一门学科主干专业基础课, 在机械类和材料类专业的人才培养中占有非常重要的地位。
材料成形技术基础课程内容涉及金属的液态成形、塑性成形、连接成形和非金属材料成形领域的众多工艺, 教学内容多、涉及面广, 而课程教学学时比较少, 加之学生的工程意识和实践能力相对较弱, 教学的难度相当大。
2 材料成形技术基础课程教学改革措施
2.1 更新教学理念, 创新人才培养模式
培养方案是人才培养的顶层设计, 人才培养应以行业需求为准绳[8], 课程又是体现培养方案和教育教学理念的主要载体。工科专业人才培养应坚持以学生为本, 从行业需求出发, 着重加强学生知识应用能力、创新能力的培养, 课程教学也应逐步改变教学方式, 坚持因材施教, 不断创新教学方法, 将传统教学方法和现代教学手段相结合, 调动学生的学习积极性和主动性, 激发学生的学习兴趣, 针对行业需求的不断发展, 逐步采用课堂教学+企业实践的立体教学模式, 提高实践环节比重, 使学生有机会将课堂理论应用于生产实践, 多角度、全方位看待工程实际问题, 锻炼学生发现问题、思考问题、解决问题的能力。在传统培养方案的设计中, 往往以教师的“教”为主, 而忽视了学生的“学”, 俗称“师傅领进门, 修行看个人”, 由于学生缺乏学习主动性, 学生对知识的掌握往往局限于书本知识, 当遇到实际工程问题时, 不知从何下手, 对行业发展现状和发展趋势也是一知半解。本教研组经过长期实践摸索和讨论, 决定探索新的教学模式, 如把所有学生分组, 每组针对某一生产实际问题, 查阅资料, 对行业发展进行调研, 撰写调研报告, 经过一段时间的准备, 安排专门时间作主题演讲, 教师针对演讲内容做适当的评论和补充。这种形式使学生能够及时跟进行业发展潮流, 缩小学习和实践之间的差距, 同时改变了传统的教师讲, 学生听的教学模式, 加强了学生之间、学生与教师之间的互动, 使枯燥的课堂变得生动而有趣。
2.2 充分利用现代教学手段, 提高学生自主学习能力
针对学生普遍缺乏工程实践经验的现状, 在课堂教学中, 教师充分利用现代网络资源和多媒体手段, 根据课程教学内容及教学要求, 结合教师平时教学活动中收集、整理的工业现场照片、生产过程视频等资料, 形象、直观地展示给学生, 培养学生基本的工程意识, 让学生了解所学知识与工业生产之间的关系, 激发学生的好奇心, 提高学习兴趣。本教研组在讲授材料成形技术的基本原理和最新进展时, 将平时收集到的现场照片、国内外生产视频等制作成CAI课件, 结合工程实例讲解理论要点, 学生不仅直观地了解了生产工艺, 而且通过课堂讨论, 从中发现现有技术存在的问题以及与国内外最新技术之间的差距, 激发了学生的好奇心和学习兴趣, 拓宽了视野。学生非常愿意接受这种教学方式, 教学效果良好。
同时, 利用现代网络资源和学生热衷网络学习的特点, 不断开发网络课程, 建立网上教学平台, 包括教学课件、试题库、教学视频、自测习题库等, 拓展学生学习方式的维度和空间, 通过网络互动、网上答疑等为教师和学生提供一个虚拟课堂, 培养学生自主学习的能力, 为学生今后终身学习中学习习惯的养成和学习渠道的拓展打下了良好的基础。
2.3 结合工程实例的案例式教学方法
开展工学结合的课程教学模式改革。根据本课程岗位需求确定学生该“用什么”, 该“学什么”, 教师该“教什么”, 使教、学、用相统一, 以工作过程和任务驱动教学, 实现工作过程向教学过程转化。利用课程组教师大多具有良好的工程背景和科研课题研究经历的有利条件, 以教师在为企业服务过程中设计的零件和制订的工艺为例, 按照企业实际工作流程, 从零件设计图分析入手, 根据零件的功能要求和技术要求, 结合课程教学内容, 确定毛坯类型和加工方法, 制订零件成形工艺路线, 确定成形工艺参数, 完成零件成形工艺图等。这种以工程实际零件产品生产过程为主线, 以典型零件和工艺为载体, 以项目驱动教学, 拉近了教学与实际生产过程的距离, 深化了课程教学效果。
2.4 加强“双师型”教师队伍的培养
本课程在教学改革中, 以课程建设和专业调整为导向, 以培养、引进课程带头人和骨干教师为重点, 注重教学团队的师资建设, 形成优良的教风、学术氛围和团结协作精神, 推进本课程教学团队整体素质的不断提高。青年教师是教学的主体, 也是未来教学的生力军, 抓好青年教师特别是新进教师的上岗培训和指导工作, 选聘德才兼备, 富有实践经验的教师作为指导教师, 实行导师负责制, 使青年教师的敬业精神、业务素质、学术水平得到迅速提高。本教研组经常组织教师进行授课研讨, 邀请资深教授和教学督导听课, 找出青年教师在授课过程中存在的问题, 并提出建设性的改进意见, 促进青年教师教学水平不断提高。通过聘任企业工程技术人员作为兼职教师和选送教师到企业挂职锻炼等方式, 促进企业与学校之间的交流互动, 使教师参与企业生产实践活动, 逐步提升在校教师回归工程实践与应用, 服务工程需要的能力。教师培养机制的建立提升了本课程教学团队的整体教学、科研、服务水平, 教学质量明显提高。
2.5 加强教学实践基地建设
材料成形技术基础课程实践性很强, 课程内容整合改革需与区域经济特征对接。本课程在教授学生基本理论和知识的同时, 积极与地方企业沟通, 开展广泛合作, 互为依托, 加强教学实践基地建设。优秀教学基地的建设, 不但有效解决了学生实习难的问题, 还为教师参与企业科技攻关、新产品开发、课题研究提供了良好的机会, 有利于打造高素质的“双师型”教师队伍。
2.6 改革考核评价方式, 注重过程评价
为了搞好课程建设, 提高课程教学质量, 对课程的考核方式进行了改革, 基本思路是坚持以发展能力为主, 加强学生创新精神、综合素质的锻炼, 注重学习过程评价。本课程在考核方式上, 采取开卷考试形式, 着重考核学生对知识的理解、掌握程度和应用知识的能力。同时将开卷考试、课程报告、课堂提问、实验报告等成绩记入平时成绩, 并不断提高在期末考核综合评定过程中的比重。考核评价方式的改变, 不但减轻了学生在期末考试期间的负担, 而且调动了学生平时学习的主动性和积极性, 把学生从死记硬背书本、僵化读书的境地引导出来, 满足了学生的个性发展, 受到学生的广泛欢迎。
3 结束语
课程改革是教学改革乃至教育改革的重要组成部分, 提高教学质量和人才培养质量是课程改革的最终目的。课堂教学应从学生和学校实际出发, 结合区域经济发展需求, 以学生为主体, 以教师为主导, 充分发挥学生学习的主动性。材料成形技术基础课程作为专业技术基础课, 要改变传统教学中学生厌学, 教师难教, 课程内容枯燥乏味的现状, 必须更新教学理念, 并结合现代教育技术, 不断优化课程教学内容;同时不断加强教师队伍和环境资源建设, 注重学生素质和能力的培养, 才能培养出“知识面较宽, 基础较扎实, 应用性较强”, 符合现代社会经济发展需求的应用型人才。
摘要：论述了材料成形技术基础课程改革实践的方法和成果。指出课程教学与改革必须以学生为本, 把素质和能力培养贯穿教育教学的每一个环节, 同时又要与区域经济发展相适应, 坚持面向工程实际, 有针对性地开展人才培养。
关键词：课程改革,人才培养,工程实践,材料成形技术基础
参考文献
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关键词：快速成形技术；材料成形性；研究
80年代末期，美国率先应用快速形成技术（RP）。由于计算机技术的快速发展，特别是cad技术的广泛应用，使得人们能够在设计零件中，直接获取零件中的三维数据。然后再利用分层切片的软件，将cad的模型改变成薄截面层，最后通过快速成形的设备将其生成三维实体零件。故此，这被公认为制作技术领域的一次重大发展与突破。
一、RP的起源
在20世界70年代后期，日本的中川威雄运用了分层的技术，从而制造了金属冲裁模，紧接着美国的的一家公司（3M公司）和其他几家公司都相继提出了RP的概念。这成为了RP发展的一个重大突破，随后有关快速成形的概念以及技术等随之出现，从而促进了现代科学技术的发展，进而对整个世界的进步有着非常重要的作用。
二、基本原理
（一）立体光刻装置
立体光刻装置是由美国一家公司最早推出的产品，其工作流程主要是先用CAD系统对零件进行三维造型设计，然后通过专门的切片软件将这个cad模型进行分层处理，将其变成很薄的横截面，接着用CAM软件来控制万向反射镜，按照截面的形状进行表面扫描，进而使得光敏树脂变成固化状态，从而形成整个实体零件，接着用升降台将零件托出液面，然后再冲洗掉零件表面上的残留液体，对其进行烘干，这样就可以产生产品零件。
（二）激光选区烧结
激光选区烧结（SLS）是通过激光束流的方法对所产生的粉末进行加热，使之达到烧结的温度，最后就使得三维立体零件逐渐成形的方法。这种生产流程较之立体印刷相近，首先在工作台上进行操作，烧结一层底层，然后操作工作台分步下降，将粉末材料洒在底层的材料上，接着用滚筒将洒在底层的粉末滚平，继而压实，粉末材料的厚度与CAD中的切边厚度相互对应，通过激光扫描的方式来使得加热的粉末进行彼此的烧结。而没有被扫描的粉末仍旧存在，直到整个零件被烧结而出。
（三）分层实体制造
分层实体制造（LOM）是以CAD模型为基础，通过对切片的信息对箔材进行切割，并且将每一层箔材粘接成一个零件，一个三维实体零件[2]。其工作流程首先是运用激光装置来进行切割，将箔材切成一个二维轮廓，随着工作台下降到一定的高度，通常是一个切片的高度，然后铺上箔材并用热压的方法使它们粘接在箔材上，激光再次切割，如此往复，直到整个零件的完成。
（四）熔融沉积成形
熔融沉积成形（FDM）是通过一种专利喷嘴，用液化器在计算机的控制下，使得材料逐渐的堆积在一起，每一层就仿佛一个切片，从底层自下而上生成零件的方法。
（五）三维打印
三维打印（3DP）与喷墨打印的工作原理相似，即用喷嘴在粉层喷洒液态粘接剂，然后继续铺粉并喷粘接剂，这样得到的三维形状后，继而采取高温烧结的方式，使它变成固化状态，进而得到材料。
三、材料的研究
当今发展最快的材料成形技术是RP&M技术，几乎是每年就会发展一种新的技术，目前已经有十几种工艺技术。
立体光刻装置技术中较为常用原材料光敏树脂，其开发时的收缩系数较小、所以在当今世界成为一种发展趋势。而激光选区烧结技术最常用的材料有塑料、陶瓷、蜡等。分层实体制造技术的原材料有纸、塑料薄膜等，熔融沉积成形的材料是线材，三维打印技术的材料有陶瓷、塑料的粉体[3]。
四、材料的成形性研究
（一）成形的机理
快速成形有着不同的方法，而每种方法又有各自独特的特点，并且材料的选用和形式也大不相同，所以导致了材料的成形机理也有着不同的特征。
在SLA的工艺生产流程中，树脂材料的成形是通过线扫描的方式，进而导致其逐层固化，各个部位之间的结合会影响整体材料的性能，此外，FDM工艺生产流程中，成形材料经过了从固态到液态的历程，出了喷嘴之后又会凝固成固相的形态。
（二）材料的成形性
在快速成形过程中，成形性就是材料适于加工难易程度并且能够从其中获得较为优质的性能的零件[4]。故此，材料的成形性与本质有着密切的关系，而且与成形方法的结构形式有着紧密的联系。成形材料的本质包含着各个方面，如材料的化学成分，还有材料的物理性质以及材料的使用状态等等。目前无论是在我国还是世界来看，都非常需要加强对这项技术的研究，与此同时，也非常迫切的需要成形的材料得到开发，使其能够商品化，进而走进社会各个领域，以此来满足工业化的需求，进而提升我们人们的日常生活水平。
（三）材料成形性的应用
把先进的材料用于这个快速成形的研究是当前世界科学领域的一大课题，目前先进复合材料是研究最多的，这对复合材料的研究以及金属化合物的研究有着非常重要的影响，此外，其优点是能够根据具体所达到的功能和经济要求来进行设计。
五、结语
快速成形技术是新型发展起来的先进技术，在各个行业的应用还没有达到太过广泛的范围，然而随着现代计算机技术的高速发展、激光技术等学科也得到了一定程度上的提高，那么在科学领域中更大范围的应用这个技术已经不远了。所以我们要了解快速形成的技术，这对材料科学问题具有非常重要的意义，随着这项研究的深入发展，必然能够促使快速成形技术的不断发展，进而走入工业化的进程，与此同时新材料的研究又会促进科学技术的不断提升，进而为新材料的广泛应用打好了坚实的基础。
参考文献：
[1]沈以赴，陈文华，赵剑峰，余承业，谭永生，刘方军.快速成形技术中材料成形性的研究进展[J].材料科学与工程，2001，04：90-96.
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[3]张安峰，李涤尘，卢秉恒.激光直接金属快速成形技术的研究进展[J].兵器材料科学与工程，2007，05：68-73.
20XX年以来，XXX理论教育工作始终坚持以科学的理论武装人，认真贯彻党的十七大精神，全面落实科学发展观，全面开展学习型党组织建设活动，从而进一步巩固了学习实践活动的成果，统一了党员干部的思想，为县域经济社会突破发展提供了共同的思想基础。
（一）认真做好县委中心组集中学习服务工作。按照中央、省、市关于进一步加强和改进党委（党组）中心组学习的意见，在广泛征求县四套班子领导成员和县直相关部门意见的基础上，起草和下发了《2010年县委中心学习组学习计划》，按时报送选题、准备学习资料，充分发挥中心学习组学理论、议大事、转观念、出思路、建班子、促发展的作用。全年，县委中心组共集中学习12次。
（二）全面推进学习型党组织建设活动。一是健全组织，加强领导，迅速掀起学习热潮。把建设学习型党组织工作摆在突出位置，制订具体实施方案，精心组织安排，切实抓紧抓好。在全县开展了“五个一”活动，即每天学习一小时、每周写一篇文章（稿件）、每月下基层一次、每季读一本好书，每年写一篇调研文章。二是完善机制，创新载体，突出学习效果。完善中心组学习制度，明确每周抽出1-2个小时，相对固定、相对集中，精选学习内容，采取集中研讨交流、举办学习讲坛、成员轮流主讲、邀请专家讲授、聆听知识讲座、观看辅导录像等多种形式，强化理论中心组学习。三是强化考核，督促检查，激发干部学习动力。加强对各级中心组学习情况的督促检查，重点检查党员干部学习笔记和调研成果，督查考核情况记入学习档案，学习档案记入干部档案，以此激发干部学习动力。
（三）积极开展形式多样的理论学习教育活动。一是围绕“三讲”求提升。“三讲”既后备干部上讲台集中讲、领导干部下基层现场讲、乡镇干部进农户实地讲。通过开展“三讲”活动，全县累计培训党员干部3000余人次，有100多名后备干部登上讲台，有200余名领导干部和300余名乡镇干部围绕“争先创优”、“连心工程”、“三联共建”等活动，深入到建设工地的现场和农户的家中，开展政策形势和党的路线方针政策宣讲。二是围绕“三学”抓学习。“三学”既学文学、学哲学、学科学。年初，我县将以前的“学文学、学美学、学哲学”修改成了“学文学、学哲学、学科学”,围绕学习型党组织建设，并在全县下发了通知，在全县兴起了开展“三学”活动的热潮。三是围绕“三赛”求实效。“三赛”既学习型党组织调研征文比赛、小县创大业解放思想大讨论比赛、党的基本理论读书竞赛。今年继续开展了小县创大业解放思想大讨论比赛，号召全县干部职工为县域经济建言献策，累计收到各类建设性的意见74条。围绕学习型党组织建设，开展了学习型党组织调研征文比赛、党的基本理论读书竞赛，目前，已经收集到理论文章20余篇，读书竞赛活动正在蓬勃的开展之中。四是围绕“三考”促发展。后备干部强化培训考理论、乡镇干部连心农户考户情、领导干部带头学习考政策。围绕党员干部教育，开展了后备干部培训，并进行了后备干部考试，先后有300余名后备干部参加了考试。围绕“连心工程”，组织专人深入到乡镇对连心干部的户情进行现场测试。针对各级党委中心组的学习，组织了大规模的政策理论、县域经发展方面的知识测试。
学理论先进个人
申
报
材
料
物理学与信息技术学院2009级物理学四班
刘昊岩
40906171 二零一二年五月
为了承担起学生会干部的重任，紧抓时代脉络，本人深入学习马列主义、毛泽东思想和中国特色社会主义理论体系，结合国内外大事，向团员青年宣传党的路线、方针和政策，组织团员青年开展政治理论和形势政策的学习，帮助他们树立正确的世界观、人生观和价值观，帮助他们树立健全的人格和良好的道德品质。
1.我个人曾于2010年参加陕西师范大学第三期大学生骨干培训班，并荣幸的作为学生代表被委派到中共雁塔区委挂职锻炼，在此期间，撰写了两万余字的调研报告，收录在陕西师范大学第三期大骨班成果集中，我个人也被授予“锻炼培养先进个人”荣誉称号。
2.在我本届学生会任职期间，撰写两篇论文发表在科技部和北京师范大学所属重要期刊，两篇论文均被评为陕西师范大学“优秀调研报告”，在同学中起到了良好的表率作用。
3.在提升自身素质的同时，我还指导我院学生会广大干部通过各种渠道提升自身素质，先后组织学生会干部收听收看十一届全国人大五次会议开幕式及温家宝总理《政府工作报告》，组织学生观看电影《钱学森》和纪录片《仰望星空》等，激发广大学生的爱国之情、报国之志，不断增强学生为中华民族伟大复兴而努力奋斗的历史使命感和社会责任感；完善提升院部理论学习小组和理论学习类社团，指导学生开展理论学习研讨活动。
4．针对理科学生重专业技术、轻人文知识的现状，进一步规范、重新成立我院理论类社团——理论学习社，并制定了《物理学与信息技术学院理论读书社章程》等规章制度，建立院部理论学习小组，举办各类讲座、理论学习研讨活动，为我院学生理论知识和水平的提升搭建平台。
5.担任我院学生会主席期间，积极组织学生干部参加我院与化材院合办的第二期大学生骨干培训班，本期培训班共培训我院学生干部63名。培训班目前已举办一场讲座，集体收看了一次爱国主义纪录片，提高了学生干部的理论水平、管理能力，以便更好地为广大学生服务。
在学习理论工作的过程中，个人是取得了一点小的荣誉，这是对于我工作的肯定，但是作为学生干部不能紧紧满足于荣誉，应该更加努力去推行理论学习计划的实施，个人的力量是有限的，所以，我会在更大程度上调动广大同学的积极性。
以上是我个人的理论学习方面的总结，在此，我申请学习理论先进个人荣誉称号。希望我的表现能够得到上级组织的的认可！如果这次未能当选，我也不会气馁，我将继续以学生会干部的标准严格要求自己，及时自我反省提高，以更饱满的热情投入到以后的工作和学习中去。
此致
敬礼
申请人：刘昊岩
开创改革和现代化建设的新局面
海化开发区党工委理论学习中心组
根据党中央和省、市委关于加强领导干部理论学习的指示精神，2004年以来，开发区党工委理论学习中心组的学习坚持高举邓小平理论伟大旗帜，发扬理论联系实际和求真务实的优良学风，深入学习马列主义、毛泽东思想、邓小平理论和“三个代表”
重要思想，特别是学习党的十六大精神和十六届三、四中全会精神，适应新时期新阶段的形势和任务，联系全区经济社会发展和党的建设中的重大问题，研究探讨全面建设小康社会的新思路和按照“三个代表”要求加强党的建设的新举措，进一步提高执政能力和领导水平，紧紧抓住发展这个第一要务，按照市委“解放思想，大胆创新，放开搞活，加快发展”的总要求，努力实现全开发区经济大提高大发展、大突破、大发展，有力地推进了开发区现代化建设的步伐。现将有关情况汇报如下
一、提高认识、加强领导，切实把理论学习摆上了重要日程。开发区党工委对理论学习高度重视，专门召开会议，对今年的理论学习，作了专题研究，将其作为一项重要的政治任务来对待，提出了“入脑入心求实效、学以致用促发展”的要求。为强化领导，落实工作责任，开发区成立了由党工委书记挂帅的工作领导小组，对重要事项及时进行研究调度;分管领导，党工委副书记王云华具体抓靠，要求各级党委高度重视，落实“一把手”责任制，各部门、各单位主要负责人要拿出措施，制定计划。同时抽调专门人员成立督查小组，对理论学习情况进行定期、不定期的检查，并将检查结果纳入开发区目标责任考核中。形成了一级抓一级、层层抓落实的领导责任制和工作机制，保证了理论学习有计划、有部署、有组织、有检查、有考核。
二、严格制度、丰富形式，确保党工委理论中心组理论学习做到经常化、制度化、规范化。
一是精选学习内容，一方面重点学习原著，集中学习了毛泽东、邓小平、江泽民、胡锦涛等同志的有关论述。具体篇目如下：邓小平同志的《我们的宏伟目标和根本政策》、《革命和建设都要走自己的路》《争取整个中华民族的大团结》、《社会主义必须摆脱贫穷》、《我们干的事业是全新的事业》、《国际形势和经济问题》、《振兴中华民族》、《总结经验，使用人才》、《在武昌、深圳、珠海、上海等地的谈话要点》。江泽民同志的《全面建设小康社会，开创中国特色社会主义的新局面——在中国共产党第十六次全国代表大会上的报告》、《在中央人口资源环境工作座谈会上的讲话》、《在陕西考察时的讲话》、《在考察中国人民大学时的讲话》、《在中国科学院第十一次院士大会和中国工程学院第六次大会上的讲话》、《论“三个代表”》、《在庆祝北京师范大学建校一百周年大会上的讲话》、《在全国再就业工作会议上的讲话》、《在中央党校省级干部进修班毕业典礼上的讲话》、《江泽民论有中国特色社会主义（专题摘编）》。胡锦涛同志的《一篇马克思主义的纲领性文件》、《在首都纪念中华人民共和国宪法公布施行二十周年大会上的讲话》、《坚持发扬艰苦奋斗的优良作风，努力实现全面建设小康社会的宏伟目标》、《在与中央宣讲团成员座谈时的讲话》、《在全国组织工作会议上的讲话》、《在中共中央政治局集体学习宪法时的讲话》。另一方面集中学习部分重要文献文件：中国共产党章程、《中国共产党党内监督条例（试行）》、《中共十三届四中全会以来历次全国代表大会中央全会重要文献文件选编》、中央经济工作会议文件。再就是专题学习辅导读物，主要有《市委理论中学习中心组2004年专题学习材料》、《十六大报告辅导读本》《干部群众关心的25个问题》、《中国共产党执政方略研究》。
二是活化学习形式。采用个人自学为主、学原著为主，集中辅导与集中讨论相结合，理论学习同调查研究相结合，举办党工委理论学习中心组读书会等学习形式，把理论学习搞得丰富多彩，有声有色。各级党委理论中心组成员都认真研读规定的原著学习重点篇目和专题学习辅导读物。把握了实质，吃透了精神。进入2004年以来，开发区邀请省、市著名专家作了5场辅导报告。围绕深入学习贯彻党的十六大、十六届四中全会精神召开一些专题研讨会和座谈会，通过研讨、交流，深化了学习效果。在深入学习理论的基础上，开发区党工委学理论中心组成员利用三个多月的时间，针对开发区发展遇到的一些重大理论和实践问题，深入基层调查研究，撰写各类调查报告————篇；为检查效果、交流经验，于2004年————月份举办开发区党工委理论学习中心组读书会，不断将中心组的理论学习推向深入。
人类的进步和发展离不开强大的物质基础——材料。材料成形加工科学与技术是制造业的重要组成技术, 在机械、电力、通讯、航空航天航海、采矿等多个领域都有重要的应用。新材料技术是推动人类文明进步的重要动力, 也是现代科学技术发展的重要基础。近年来, 随着计算机技术、数控技术以及自动化技术等的飞速发展, 新时期的材料成形加工技术越来越呈现出交叉和多元化的特点。
回顾整个人类社会的发展历史, 材料技术都一直都作为社会进步的重要推动力。材料加工技术具有重要的历史地位, 甚至可以说, 人类社会的发展史也同时是一部材料技术的发展史。迄今为止, 材料加工技术可以总结为5次具有革命性的变化。
首先, 第一次材料成形加工技术革命在公元前4000年左右开始, 人类逐步从石器时代进入到青铜器时代, 青铜器加工技术是人类认识和改造自然的一次质的飞跃, 从此, 人类开始逐步掌握加工自然资源的技术能力, 从石器到金属的进化, 也是人类文明产生重大进步的标志。第二次材料成形加工技术的革命发生在公元前1350年左右, 此时, 炼铁和锻造技术开始逐渐取代传统的青铜器技术, 从此人类由青铜器时代进入铁器时代, 人类社会的生产力水平得到了大幅度的提高。第三次材料成形加工技术的革命从公元1500年左右开始, 合金化技术逐渐出现在人类社会的日常使用工具及战斗武器当中。第四次材料成形加工技术的革命则是在20世纪初, 合成材料开始大量出现极大的推动了近现代工业的发展, 并且为人类进入现代文明打下了不可磨灭的贡献。
2 新时期我国材料成形加工技术的发展趋势
下面就我国材料成形加工技术在新时期的发展趋势和方向做出几点讨论。
(1) 材料成形加工精度的发展方向。新时期, 我国材料成形加工精度的发展会向精密净成形方向发展。精密净加工技术即加工出的毛坯在尺寸上与所需要得到的零件非常接近。精密净加工技术相比于传统的成形加工技术, 极大的减少了后期工序的切削量, 这在很大程度上节省了材料、能源和人力、物力, 并且能够极大的提高了生产效率。精密净加工技术符合时代的要求, 是材料成形加工技术发展的必然趋势。
(2) 材料成形加工质量的发展方向。新时期, 我国材料成形加工质量的发展会向近无缺陷成形方向发展。精密净加工技术反映的是材料成形加工的尺寸方面的进步, 而近无缺陷成形技术则反映的是材料成形质量方面的进步。由于热加工过程中很难精确的控制每一个不确定因素, 因此工件产生缺陷在所难免。新时期, 热加工行业提出了向近无缺陷成形方向发展的口号, 希望通过采用更加先进的加工工艺, 优化成形工序设计, 结合加工过程的无损监控和检测, 达到材料成形加工质量近无缺陷的目标。
(3) 材料成形加工方法的发展方向。新时期, 我国材料成形加工方法的发展会向复合方向发展。传统的材料成形加工方法在遇到金属复合材料、超导材料及其它各种新型材料时, 或多或少的都会出现加工上的困难。材料成形加工方法的复合性是未来的发展方向。与传统的材料成形加工方法相比新方法会融合更多的加工工艺, 比如将激光、电子束等作为能源载体技术的引入, 使得一些复杂的电子元件在精密加工时具有了更高的精度。另外, 冷热加工技术的复合也是新时期材料成形加工方法的一个重要体现。
(4) 材料成形加工过程的发展方向。新时期, 我国材料成形加工过程的发展会向快速化的方向发展。材料成形加工技术的快速化是时代的需求, 新时期的市场竞争将越来越激烈, 为了能够满足各种日益变化的用户的需求, 各种高效、新型的材料成形加工工艺会不断充斥着自由竞争市场, 因此各行各业都会极力地提高自身的生产效率。相比于传统的材料成形加工过程, 新时期的加工过程在工艺程序方面一定会更加简单, 加工速度也会更加快捷, 这在很大程度上减少工件的生产周期, 提高了生产效率。
(5) 材料成形加工技术的信息化。新时期, 我国材料成形加工技术的发展会向信息化的方向发展。与传统的材料成形加工技术相比, 基于信息化的材料成形加工技术会更加适应时代的潮流, 信息化技术给材料成形加工技术带来了无尽的活力, 与信息化技术的结合也使得材料成形加工技术在加工精度、质量及加工效率等方面具有大幅度的飞跃。另外, 计算机控制技术、自动化技术、智能化技术等已经使得目前的材料成形加工技术具备了信息化的特征, 这也将在新时期会成为材料成形加工技术的发展重点。
(6) 建模和仿真技术会在材料成形加工技术中得到广泛应用。利用先进的数值模拟技术与材料成形加工技术的结合来获得工艺参数, 能够优化材料加工工艺方案, 对加工过程中可能产生的质量和尺寸缺陷进行及时的预测、控制和修正, 保证加工工件的质量。
(7) 材料成形加工技术的清洁化。新时期, 我国材料成形加工技术的发展会向清洁化生产的方向发展。清洁生产、绿色生产是和谐社会和可持续发展观的重要体现。材料成形加工技术的清洁化能够使原材料得到更加高效的运用, 减小环境污染, 以较小的资源和环境的代价获得更大的经济效益和社会效益。
3 结语
我国是制造业大国, 但是在材料成形加工技术上与美、日、德等一些工业技术发达的国家相比还有一定的差距。但是经过改革开放近几十年的快速发展, 我国的材料成形加工技术与其它发达国家之间的差距正在逐渐的缩小。只要能在新时期把握住良好发展的契机, 相信在不远的将来, 我国的材料成形加工技术一定能跻身于世界的前列。
摘要：材料成形加工技术与科学是制造业的重要组成部分, 也是也是现代科学技术发展的重要基础, 文章从材料加工技术的发展历史出发论述了其重要历史地位, 并在材料成形加工精度、质量、方法、过程等多个方向论述了材料成形加工技术在新时期的发展趋势。
关键词：新时期,材料成形加工技术,发展趋势
参考文献
[1]柳百成.21世纪的材料成形加工技术[J].航空制造技术, 2003 (06) .
[2]荣烈润.新世纪材料成形加工技术的发展趋势[J].金属加工 (热加工) , 2012 (23) .
1997年开始担任学校工会主席，作为一名工会工作的“新兵”，能尽快熟悉工会工作，充分调动工会委员和工会小组长的积极性，通过职工之家建设，不断提高工会干部整体素质，做好基层工会自身建设；长期开展“三育人”和“树、创、献”活动，不断提高广大教职工的思想政治素质和文化业务素质；热心为教职工服务，关心教职工的福利和业余生活，充分发挥工会的维护功能；积极推动全心全意依靠工人阶级根本指导方针的贯彻落实，不断规范推行学校教职工代表大会制度和校务公开，不断提高学校学校民主管理水平。
本课程为材料系硕士研究生学位课，共计32学时，2学分。
考试方式采用专题报告形式，研究生可在教师开列的专题中选择一个题目，然后收集资料，阅读中外文献（不少于10篇），并撰写报告（综述性报告，每篇不少于5000字），期末要在班上进行口头报告（报告15分钟，回答问题5分钟）。
研究生在学期结束前提交报告，教师批阅报告后，并结合平时情况给出本课程的成绩。成绩由三部分组成，平时出勤率占20%，课堂讨论20%，期末报告（书面+口头）占60%。
本课程主要介绍金属材料（为基体）的一些最新制备技术，包括原理、方法及其应用简介。
第一讲：绪论（康飞宇，2学时）
1、现代工业对材料的要求及其材料开发的方法
2、材料性能的不断提高对制备技术的要求
3、用途不断扩大对制备技术的要求
4、金属材料的改性趋势：极限化，复合化，数值化等
5、金属材料制备的新思路
第二讲：纳米材料及其制备技术（康飞宇，2学时，含讨论）
1、纳米材料概念
2、纳米材料制备技术
第三讲：极限材料和极端条件下材料的制备技术（康飞宇，学时，含讨论）
1、超纯材料、超高强材料、超高温材料
2、超高压条件
3、微重力条件
4、真空条件
第四讲：金属材料加工新技术（2学时，康飞宇，含讨论）
1、新型压力加工、焊接和铸造工艺
第五讲：金属基复合材料的制备技术（4学时，邓海金）
1、固态制备
2、液相制备
3、原位制备
4、喷射喷涂
第六讲：高能束技术及其应用（杨志刚，4学时）
1、激光束与材料的作用
2、离子束与表面改性
3、电子束
4、物理化学气相沉积
第七讲：凝固技术及其应用（4学时，杨志刚）
1、快速凝固技术： 非晶态合金和准晶制备
2、定向凝固技术：定向凝固共晶合金制备
3、单晶材料制备技术
4、新型大块非晶及纳米晶材料制备技术
第八讲：其它材料特殊制备技术（4学时，杨志刚）
1、自蔓延高温合成技术
2、金属雾化喷射沉积技术
3、半导体芯片的制造技术
4、光纤的制造技术
5、超导材料加工工艺
第九讲：期末专题报告（8学时，康飞宇，含讨论）
专题报告题目（每人限选一个）
金属的超塑性和超塑性加工
快速成型及其制造技术
先进焊接技术
铸造新技术
压力加工新技术
定向凝固技术
雾化成型技术
金属的半固态加工技术
高压条件下材料的制备
低温条件下材料的制备
真空条件下材料的制备 微重力条件下材料的制备
超细金属颗粒制备
金属纤维与晶须的制备
超纯金属材料的制备
粉末冶金新技术
自蔓延高温合成技术
纳米复合材料的制备
计算机技术在材料中的应用
“三束”在金属材料制备和改性中的应用
极限材料及其制备技术
关键词：超塑性,超塑成形,扩散连接,超塑成形/扩散连接
0 引言
早在1920年,Rosenhain等发现Zn-4Cu-7Al合金在低速弯曲时可以弯曲近180°而不出现裂纹,与普通晶体材料大不相同。1934年英国的Pearson发现Pb-Sn共晶合金在室温低速拉伸时可以得到2000%的延伸率。但是由于第二次世界大战,这方面的研究没有进行下去。1945年前苏联的Bochvar等发现Zn-Al共析合金具有异常高的延伸率并提出“超塑性”这一名词。1964年美国的Backofen提出了应变速率敏感性指数m值,为超塑性研究奠定了基础。20世纪60年代后期及70年代,世界上形成了超塑性研究的高潮。近几十年来金属超塑性已在工业生产领域中获得了较为广泛的应用。超塑性材料正以其优异的变形性能和材质均匀等特点在航空航天以及汽车的零部件生产、工艺品制造、仪器仪表壳罩件和一些复杂形状构件的生产中起到了不可替代的作用。
超塑成形/扩散连接(Superplastic forming/diffusion bonding,简称SPF/DB)技术是把超塑成形与扩散连接结合起来的一种近无余量成形技术,它的深入发展及广泛应用对现代航空航天结构的设计和制造产生了重大影响,在国外被誉为21世纪大型复杂结构件的高效费比制造技术。SPF/DB技术的研究已开展30余年,20世纪70年代初至80年代初的10年是SPF/DB的开发研究和试验验证阶段,SPF/DB从实验室小规模基础工艺研究和验证逐步发展到全尺寸零件的设计、制造和飞行试验。20世纪80年代初至今是SPF/DB技术的生产应用和深入发展阶段,此间SPF/DB工艺的基础研究更加深入,生产技术得到较大发展[1]。
SPF/DB技术制造出的飞行器整体结构件,不仅能满足设计上的要求,如质量轻、刚性大;而且也能满足工艺上的要求,简化零件制造过程和构件的装配过程,缩短制造周期、减少手工劳动量和降低成本。另外,SPF/DB技术还可以制造空心结构件。SPF/DB技术在减轻飞行器质量、降低生产成本方面显示出了巨大的优越性,日益得到航空航天工业的高度重视。目前,SPF/DB技术已广泛应用于飞机、航空发动机、导弹、航天器等的生产中。世界主要的飞机制造公司已建立起自己的SPF/DB生产能力,同时还涌现出大批SPF/DB专业化厂[2,3]。
1 超塑性及超塑成形、扩散连接的理论与方法
1.1 超塑性(Superplasticity,SP)
超塑性通常是指材料在拉伸条件下表现出异常高的延伸率也不产生缩颈与断裂现象。当延伸率大于100%时,即可称为超塑性。按照实现超塑性的条件和变形特点的不同,目前一般将超塑性分为以下几类:组织超塑性、相变超塑性和其他超塑性。实际生产中应用最广泛的是组织超塑性。获取这种超塑性一般要求材料具有均匀、细小的等轴晶粒和较好的热稳定性。
国内外学者对超塑性变形机制的研究已有很多,其结果不尽相同,但在一些方面上取得了广泛的共识。一般认为组织超塑性变形机制以晶界滑动和晶粒转动为主,但还要靠其他变形机制进行调节。应变速率很小时(S曲线Ⅰ区和Ⅰ、Ⅱ区之间的过渡带),认为是靠空位扩散机制来调节。随着应变速率的增大,空位扩散机制相对减弱,位错运动的调节作用相对增强[4,5,6,7,8,9,10,11,12]。位错的存在必然伴随着动态回复和动态再结晶,这也是超塑性变形中的软化机制。超塑性变形会使微观组织出现晶粒长大、晶粒等轴化以及晶界圆弧化等现象,这是由于变形过程中存在着动态再结晶或晶界迁移以及同相晶粒相聚与合并的过程。晶粒长大不单纯是加热的结果,而是与变形有关。适当提高变形速度,可抑制晶粒长大的倾向[13,14,15,16]。
对于给定材料来说,影响其超塑性的因素主要有晶粒度、变形温度和应变速率。一般来说,晶粒越细,等轴度越高,越有利于超塑性变形,因为晶粒细小时晶界总面积较大,为晶界滑动提供了条件,而等轴度高有利于晶粒转动。但对有些材料来说,例如钛合金,其晶粒尺寸达几十微米时仍有良好的超塑性能。超塑性变形与许多热激活过程有关,因此温度也就成为它的一个很主要的影响因素。一般要求温度T≥0.5Tm。但变形温度超过临界温度Tc时,继续升高变形温度会使晶界强度进一步降低,材料传递外加应力的能力迅速降低,而且,变形温度过高会使得晶粒长大速度进一步加快,这两方面均对超塑性不利。因此,要根据实际情况选择合适的超塑性变形温度。超塑性要求应变速率比较低,一般为10-4～10-1s-1,位于S曲线Ⅱ区,此时应变速率敏感性指数较大,有利于细颈扩散和转移,对超塑性有利[17,18,19,20,21,22,23,24,25]。
另外,电在金属材料的加工中是一个重要的环境,电流或电场对位错运动、原子和空位的活动性有比较显著的影响,这也势必影响着材料的超塑性。李淼泉等[26,27,28]认为,强电场对LY12CZ铝合金超塑性变形时扩散过程的影响主要是空位机制,电场强度的变化改变了试样表面层电荷的贮量,降低了空位跳跃的能垒,改变了带负电荷的空位向试样表面层的迁移速度,从而加强了超塑性变形过程中的扩散过程。通过实验研究发现,合适的电场强度会使LY12CZ铝合金超塑性变形时的准稳态流动阶段延长,最大流动应力明显降低,单向拉伸时的极限延伸率比无电场时提高30%。
1.2 超塑成形(Superplastic forming,SPF)
工业应用上一般将可以使材料获得较大变形而不损坏、变形过程中流动应力较低且无明显加工硬化的成形方式统称为超塑成形,不仅仅局限于单向拉伸变形。如超塑性用于挤压成形时称为超塑挤压成形,用于模锻时称为超塑性模锻。采用超塑性可以实现无模拉伸,生产出任意断面的棒材与管材的零件,还可以进行超塑性轧制。超塑性板料成形也获得较多应用,金属材料在超塑状态下所具有的优良塑性和极低的变形抗力,使其可以像塑料一样进行气胀成形,包括真空成形和吹塑成形,或将2种并用,也可进行超塑性板料拉伸,比常规拉伸的拉伸比大得多。
超塑成形具有诸多优点。利用超塑性可以成形出非常复杂的零件,可以使原来需要多道工序才能成形的零件1次成形,也可以使原来因工艺要求需分部设计的组合零件改为整体零件;超塑成形压力很低,需要的设备吨位低,费用少;超塑成形在较低的速度下进行,冲击小,且材料的变形抗力小,使模具的使用寿命延长;超塑成形时材料的充填性能好,成形精度高,材料利用率高。但超塑成形有一个明显的缺点,即晶粒易于粗化,使得强度、塑性、抗疲劳等机械性能有所降低。
目前,在生产中获得应用的超塑合金有钛合金、铝合金、镁合金、锌合金、铜合金、碳钢、合金钢和某些脆性材料等。
1.3 扩散连接(Diffusion bonding,DB)
扩散连接是把2个或2个以上的固相材料(包括中间层材料)紧压在一起,置于真空或保护气氛中加热至母材熔点以下温度,对其施加压力使连接界面微观凸凹不平处产生微观塑性变形达到紧密接触,再经保温、原子相互扩散而形成牢固的冶金结合的一种连接方法。
为了便于分析和研究,通常把扩散连接分为3个阶段(见图1):第一阶段为塑性变形使连接界面接触。加压初期的塑性变形可使接触面积达到连接总面积的40%～75%,后续的接触过程主要靠蠕变进行,最后可达90%～95%,在金属紧密接触后,原子开始相互扩散并交换电子,形成金属键连接。第二阶段为扩散、界面迁移和孔洞消失。与第一阶段相比,该阶段中扩散的作用要大得多。由于扩散的作用,大部分孔洞消失,而且也会产生连接界面的移动。该阶段通常还会发生越过连接界面的晶粒生长或再结晶以及晶界迁移,使金属键连接变成牢固的冶金连接。最后阶段为界面和孔洞消失。在这一阶段中主要是体积扩散,速度比较慢,通常需要几十分钟到几十小时才能使晶粒穿过界面生长,原始界面完全消失[29,30,31,32]。
扩散连接的特点:①可以进行内部及多点、大面积构件的连接,以及电弧可达性不好或用熔焊方法根本不能实现的连接。②可成功连接用熔化焊和其他连接方法难以连接的材料,如弥散强化型合金、活性金属、耐热合金、陶瓷和复合材料等,特别适用于不同种类的金属、非金属及异种材料的连接。③是一种高精密的连接方法,用这种方法连接后,工件不变形,可以实现机械加工后的精密装配连接。
扩散连接的所有机理都对温度敏感。连接温度的变化会对连接初期表面突出部位的塑性变形、扩散系数、表面氧化物向母材内的溶解以及界面孔洞的消失过程等产生显著影响。温度越高,扩散系数越大,同时,温度越高,金属的塑性变形能力越好,连接表面达到紧密接触所需的压力越小。但是,加热温度的升高受到被焊材料冶金物理特性方面的限制,如再结晶、低熔共晶和中间金属化合物的生成等。此外,升高加热温度还会造成母材软化或硬化以及加速晶粒的长大。因此,不同材料组合的连接接头,应根据具体情况,通过实验来选定连接温度。从大量研究试验结果看,在实用连接时间范围内大多数金属和合金的扩散连接温度范围一般为TL≈(0.6～0.8)Tm。
连接压力可起到如下作用:①连接初期促使连接表面微观凸起部分产生塑性变形;②使表面氧化膜破碎并使金属直接接触实现原子间的相互扩散;③使界面区原子激活,加速扩散与界面孔洞的弥合及消除;④防止扩散孔洞的产生。所以,压力越大、温度越高,紧密接触的面积也越大。目前,扩散连接范围中应用的压力范围很宽,最小只有0.07MPa(瞬时液相扩散焊),最大可达350MPa(热等静压扩散连接),一般常用压力为3～10MPa。通常,扩散连接时存在一个临界压力,即使实际压力超过该临界压力,接头强度和韧性也不会继续增加。从经济和加工方面考虑,一般降低连接压力是有利的。
保温时间也是扩散连接的一个重要的工艺参数。原子扩散走过的平均距离(扩散层深度)与扩散时间的平方根成正比。因此,要求接头成分均匀化的程度越高,保温时间就将以平方的速度增长。与压力的影响相似,也有一个临界保温时间,时间过长会使晶粒长大导致接头性能下降。
氧化膜行为也是扩散连接研究的重点问题之一。不同材料的表面氧化膜在真空扩散连接过程中的行为是不同的,一般可将材料分为以下3个类型:①钛、镍型。这类材料真空扩散连接时,氧化膜可迅速通过分解、向母材溶解而去除,因而在连接初期氧化膜即可消失。这类材料的氧化膜在不太厚的情况下一般对扩散连接过程没有影响。②铜、铁型。由于氧在基体金属中的溶解度较小,所以表面的氧化膜在连接初期不能立即溶解,界面上的氧化物会发生聚集,在空隙和连接界面上形成夹杂物。随连接过程进行,通过氧向母材扩散,夹杂物数量逐步减少。③铝型。这类材料的表面有一层稳定而致密的氧化膜,在基体金属中几乎不溶,因而在真空扩散连接中不能通过溶解、扩散机制消除[29,33,34,35,36,37,38]。
2 超塑成形/扩散连接(SPF/DB)工艺的特点与研究进展
SPF/DB工艺是把超塑成形与扩散连接相结合用于制造高精度大型零件的近无余量加工方法。当材料的超塑成形温度与该材料的扩散连接温度相近时,可以在1次加热、加压过程中完成超塑成形和扩散连接2道工序,从而制造出局部加强或整体加强的结构件以及构形复杂的整体结构件。如钛合金的超塑成形温度为850～970℃,扩散连接温度为870～1280℃,由于在超塑成形温度下也可进行扩散连接,因此有可能把这2种工艺结合,在1次加热、加压过程中完成超塑成形和扩散连接2道工序。这种只需1次加热、加压过程的SPF/DB工艺常见于板料的吹胀成形和扩散连接。体积成形(如超塑性模锻)与扩散连接相结合的SPF/DB工艺往往需要将超塑成形和扩散连接分开进行,先超塑成形后再扩散连接或者先扩散连接后再超塑成形,视具体工艺情况而定。
研究发现,超塑成形和扩散连接本身就存在着密切的联系。利用材料的超塑性可加速扩散连接过程,特别是在具有最大超塑性的温度范围,扩散连接速率最高。这是因为:①在连接初期的变形阶段,由于超塑性材料具有低流动应力的特征,所以塑性变形能迅速在连接界面附近发生;②真正促进连接过程的是界面附近的局部超塑性;③超塑性材料通常具有细晶粒,大大增加了界面区的晶界密度和晶界扩散的作用,显著加速了空洞和界面消失的过程[39,40,41,42]。
SPF/DB技术的优点:①可以使以往由许多零件经机械连接或焊接组装在一起的大构件成形为大型整体结构件,极大地减少了零件和工装数量,缩短了制造周期,降低了制造成本;②可以为设计人员提供更大的自由度,设计出更合理的结构,进一步提高结构承载效率,减轻结构件质量;③采用这种技术制造的结构件整体性好,材料在扩散连接后的界面完全消失,使整个结构成为一个整体,极大地提高了结构的抗疲劳和抗腐蚀特性;④材料在超塑成形过程中可承受很大的变形而不破裂,所以可成形很复杂的结构件,这是用常规的冷成形方法根本做不到或需多次成形方能实现的。
用于SPF/DB的材料常为钛合金(如Ti-6Al-4V),钛合金SPF/DB构件已得到了广泛应用。许多新兴航材如高强铝合金、铝锂合金、金属基复合材料(MMC)、金属间化合物等的迅速发展和应用不断向SPF/DB工艺提出了新的挑战,目前镍基合金(如Inconel718)、金属间化合物(如Ti3Al)及颗粒增强的超塑性铝合金的SPF/DB成形工艺正在研制之中,处于发展和试验阶段。
Xun等[43]利用SPF/DB技术制造了Ti-6Al-4V合金4层板结构空心风扇叶片。该叶片从性能和尺寸上均满足要求,但与原板材相比,经过高温SPF/DB处理,合金的微观组织发生了一定的粗化,强度和塑性均有一定程度的降低。Elias等[44]研究发现,Ti-6Al-4V合金SPF/DB后连接面的抗拉强度最高为820MPa,约为SPF/DB处理前合金抗拉强度的90%。另外还发现,具有超塑性的Ti-6Al-4V合金扩散连接面的抗拉强度远远大于粗大晶粒Ti-6Al-4V合金扩散连接面的抗拉强度。
Salishchev等[45]研究发现,具有超细晶(晶粒平均直径0.3μm)结构的Ti-6Al-4V板材在650～750℃时具有较好的超塑性,比常规Ti-6Al-4V合金的超塑性温度低150～200℃,并在750～800℃采用SPF/DB工艺制造出了一种复杂的蜂窝空心结构,扩散连接效果良好,由于温度较低限制了晶粒的长大从而获得了较好的综合性能。Wu等[46]对TiAl基合金的SPF/DB进行了研究,将参与扩散连接的表层材料处理成细小的等轴组织,获得了良好的连接质量并可有效降低扩散连接温度和缩短时间,而非扩散连接表层材料因未进行细化处理而保持着较粗大组织,使得构件具有较好的抗高温蠕变性。
Cam等[47]对γ-TiAl板材的扩散连接进行了研究,发现适当提高扩散连接压强可以明显缩短达到良好连接效果所需的时间。另外还发现,表面粗糙度也是一个非常重要的影响因素,经过化学腐蚀的较为粗糙的表面之间扩散连接时,在较大压力下微观凸起部分承受了较大的变形并进行了再结晶,随着连接时间的延长,再结晶晶粒发生了明显的长大,但由于空洞过大,在很大的压力下也未能获得满意的连接效果。
3 超塑成形/扩散连接(SPF/DB)技术的应用
20世纪70年代,美国洛克威尔公司首先将超塑成形和扩散连接技术相结合,开发了超塑成形/扩散连接组合技术(SPF/DB)。之后,英、法、德、前苏联和日本都相继开展了这一技术研究。这种技术非常适合于加工复杂形状的零件, 例如航空发动机上的风扇叶片、飞机机翼等。至今,SPF/DB技术已广泛应用于航空航天领域并取得了显著的技术经济效益。
美国已有多家公司具有生产钛合金SPF/DB结构件的能力,如麦道公司生产的SPF/DB结构件有100多个,诺斯诺普公司生产的28个F-18战斗机的SPF/DB结构件,罗尔公司生产的CF6-80发动机上也有7000个钛合金SPF或SPF/DB结构件。
英国也是世界上开展SPF/DB技术较早的国家,目前已建立了专业化生产厂,承担国内外订货。英国的TKR公司、IEP公司、Rolls-Royce公司、Superform公司和宇航公司都具有很强的钛合金SPF/DB 结构件的生产能力。罗罗公司采用SPF/DB技术研制出了第二代钛合金宽弦无凸肩空心风扇叶片,处于世界领先地位。
在法国、德国、俄罗斯以及日本等国,SPF/ DB 技术的研究和应用发展也很快。法国的ACB公司、达素公司、哈夫工厂和德国的MBB公司等也具有较强的钛合金SPF/ DB 结构件的生产能力。在俄罗斯,钛合金SPF/ DB 技术的研究已有多年历史,其研究规模之大也是空前的。在日本,这项技术的研究与应用发展飞速,目前,在按生产许可证生产的F-15战斗机和日本自行设计的战斗机上都有日本自己制造的钛合金SPF/ DB结构件。国外钛合金SPF/ DB 结构件的应用情况见表1。
我国对SPF/DB技术的研究起步较晚,始于20世纪70年代末,至今已先后完成了基础工艺试验、典型构件研制、模具选材试验、性能测试、质量控制与检测等方面的工作,成功研制出某飞机风动泵舱门、隔框、电瓶箱罩盖、发动机维护舱盖、干扰弹导筒等航空零件,并在铝合金SPF/DB以及SPF/DB的数值模拟等方面取得了一系列重要研究成果。我国自行研制的钛合金装机结构件的应用实例见表2。
国内外的研究均表明,用SPF/DB技术生产飞行器结构件与常规方法相比,可使结构质量降低30%,成本降低40%～50%。
图2所示为F-15型飞机的原装配式龙骨结构件,上有75个零件,1420个铆钉,需十几套模具、2套装配夹具。后改用SPF/DB结构件,只需4个零件、71个连接件,2套模具,无需夹具。整个结构质量减轻25%,总成本降低77%,其中工具成本降低16%。
图3所示为F-15型飞机机身背部2块大型壁板,长3048mm,宽1143mm。图3(a)为原结构,是由蒙皮、隔框、桁条组成的典型结构;现改用SPF/DB结构,只需4块SPF/DB壁板,减少了9个隔框、10根桁条、150个零件和5000个铆钉,总质量减轻38.4%,总成本降低53.4%。图4、图5为SPF/DB技术在其他飞行器上的典型应用[36,48,49,50]。
4 超塑成形/扩散连接(SPF/DB)技术的发展趋势
SPF/DB技术虽然已进入工程应用阶段,多用于航空航天领域,已展示出巨大的技术经济效益,但在应用过程中依然存在一些问题,需要不断进行深入研究和发展,开拓新的应用领域。当前国内外的研究动态表现出如下发展趋势。
(1)深入开展基础研究工作,增加专用的超塑性材料品种,开发现有材料的超塑性。SPF/DB技术对材料有着特殊的要求,材料是SPF/DB技术的基础,是研究该技术和拓宽该技术应用范围的前提条件。
(2)优化SPF/DB工艺参数,加强工艺过程控制,开展并行工程研究,实现工艺参数自动控制和工序过程自动化。与传统的飞行器结构件制造方法相比,SPF/DB技术有着制造周期短、成本低等优点。但由于超塑变形速率小,扩散连接需要在真空和高温的条件下进行,SPF/DB构件的制造周期依然较长,提高生产效率、节约人力成本的空间较大。因此,开展并行工程研究、实现工序过程自动化的研究有着较大的现实意义。
(3)发展先进检测技术,建立可靠的质量保证体系,提高检测精度,研制低成本检测技术,制定质量控制程序和验收标准。SPF/DB技术多用于航空航天领域,构件的质量和精度显得尤为重要,必须保证通过检测的构件100%合格。现有的检测手段还不能满足如此高的要求(特别是对密闭的空心结构件的检测)。另外,制定相关行业标准,使检测和验收规范化、标准化,有利于SPF/DB技术的健康发展。
(4)新结构的开发应用研究,开展体积超塑性成形方式(如棒料的超塑性模锻、超塑性挤压等)结合扩散连接的新型SPF/DB工艺研究。当前, SPF/DB技术多用于3层/4层板结构,工艺流程一般为边缘封焊-扩散连接-预弯-超塑成形,这种板结构在强度等方面存在不足。因此,应该大力发展体积成形与扩散连接结合的新型SPF/DB构件。
(5)研究原始晶粒度对超塑成形/扩散连接过程及组合工艺后工件微观组织和机械性能的影响规律。超塑成形和扩散连接需要在较高温度下变形和保温,晶粒易于长大使机械性能恶化,原始的细小晶粒可以在一定程度上抵消这一作用。另外,细小的原始晶粒本身就有利于超塑成形和扩散连接。在这一方向开展的定量研究,可以对原材料的选取起到重要的指导作用。
(6)突破铝合金和铝锂合金扩散连接技术,进一步研究其他先进材料的SPF/DB工艺。作为一种重要的结构材料,铝合金在工业领域(包括航空航天)获得了广泛的应用。但其氧化膜在基体中几乎不溶,对扩散连接极为不利,这一问题尚未得到解决。开展该领域的研究必然会推动铝合金SPF/DB技术的发展。
阳春三月，春暖花开，济郑高铁濮阳至xx段联调联试正在紧锣密鼓地进行。出站上坡长度600米，曲线半径800米……中国铁路xx局集团有限公司xx机务段动车组司机xxx双眼紧盯线路前方，熟练地操纵检测车。没多久，检测车就达到了规定速度。
今年40岁的xxx开过调车机车，驾驶过动车组列车，牵引过中欧班列，创造了连续走行120多万公里的安全业绩，实现了从“门外汉”到“机车大拿”的华丽转身。
厚积薄发
争做调车司机“排头兵”
开火车，是xxx儿时的梦想。上小学时，老师问大家长大想干什么?xxx抢先回答：“开火车。”
从部队退役入路后，xxx毫不犹豫地选择了机务班。20xx年底，他顺利通过结业考试，进入xx机务段工作。
尽管梦想照进了现实，可开火车并没有他想得那么容易。机车上成千上万的电器元件、师傅脱口而出的专业术语，让他有些不知所措。但他有一股拼劲，相信勤能补拙，白天到机车上熟悉机车构造，练习故障处理，拉着师傅问这问那;晚上梳理、总结、消化一天所学，在业务书籍和笔记簿上画满了圈点符号。他还经常找司机长请教机车构造、常用规章、故障处理等知识。经过勤学苦练，xxx顺利通过定职考试，成为一名调车副司机。
沿线锻炼是一门必修课。20xx年初，xxx主动申请到陇海线民权调车点工作。当时，恰逢陇海铁路电气化改造，线路两边都是施工人员和机具。每次值乘，他都全程站立，认真瞭望。时任司机长田卫看他是个“好苗子”，更是倾囊相授。
半年后，xxx凭借优异表现，开始驾驶调车机车。面对新的挑战，他保持学习定力，找来作业区域内所有站场的平面示意图，提前熟悉站场布局和信号设备位置，作业时一一确认核实，反复记忆，烂熟于心。
20xx年，xxx报名参加全路机车司机晋升资格考试。那段时间，他白天在机车上一遍一遍地反复演练故障处理，晚上挑灯夜读，在纸上默写关键内容，经常学习到凌晨。经过一年备战，他顺利拿到了梦寐以求的内燃机车驾驶证，握上了闸把，成为一名火车司机。
因为热爱，他练就了操纵机车“一手准”、规章制度“一口清”、故障处理“一摸准”的绝活，成了职工眼中的“问不倒”、领导心里的“放心人”。
充电蓄能
跑好中欧班列“第一棒”
20xx年5月，xxx成为东风4型6459号机车的司机长。为摸透新机型的“脾气”，他借来该机型的电路图，有空就上车对照学习。机车入库小辅修时，他跟着检修人员看，对不明白的地方刨根问底，直到弄清弄懂，并详细记在小本子上。
很快，他对机车的每一条脉络都如数家珍。这台机车也在他的精心“调养”下，逐渐成了一台精品机车，多次担当中欧班列牵引任务。
20xx年，凭借连续6年无违章违纪和多次段技能大赛第一名的优异表现，xxx成了一名中欧班列司机。
“xx集装箱中心站到xx北站虽然只有短短的30多公里，但是弯道多、曲线半径小，瞭望困难。”xxx连续利用4个休班徒步查看每一个信号分区、每一处坡道变化、每一条道岔径路，熟记每一个关键处所周边的环境特征，规划最优操纵步骤。归来后，他将内容分类整理，写在本子上，加强学习记忆。
20xx年7月18日，xxx作为首发司机，严格执行“唱一钩、对一钩、干一钩、抹一钩”呼唤应答制度，精心操纵机车牵引中欧班列从xx集装箱中心站出发，跑出了万里之行的“第一棒”。
中欧班列安全运行的轨迹留下了xxx的智慧与汗水。他根据自己日常的整理笔记，总结提炼出了“柴油机停机处置五步骤”“内燃机车电路故障快速排除法”和“三盯一控两注意”调车工作法等，在全段范围内推广运用，成了中欧班列安全开行的“得力助手”。
自强不息
踏上高铁时代“新征程”
20xx年，xx局集团公司增选动车组司机，为高铁新线开通运营做准备。xxx决定挑战自我，再次学习新技术。
通过动车组司机筛选考试及高铁适应性测试后，xxx走进武汉高铁职业技能培训基地，参加全路统一的动车组司机理论培训。他如同一块海绵，迅速地汲取理论营养。为了加深记忆，他和同事结成对子，相互提问，反复背诵默写。短短1个月时间，他就用完了8支一次性签字笔，记了两本厚厚的笔记。“差不多有1000道题吧，每道题都默写了10遍以上。”xxx回忆道。
学习无捷径，锲而不舍登高峰。没有电力机车驾驶经历的xxx依靠勤学苦练，顺利通过了严苛的动车组司机考试，考取了动车组司机驾驶证。
“我跟动车组练习的第一天，就遇到了接触网挂异物的情况。带我的师傅问我挂哪儿了，我脱口而出‘接触网’。师傅劈头盖脸一顿批，要我回答挂接触网的具体部位和公里标。”xxx说，师傅的言传身教让他受益匪浅。
20xx年下半年，xx省“米”字形高铁的一“点”——郑太高铁联调联试，在新岗位上崭露头角的xxx被选拔参与联调联试任务。郑太高铁是一条山区高铁，桥隧39座，线路最大坡度27。6‰，桥隧比达到74。8%。
为高质量完成联调联试任务，xxx迅速进入“白+黑”“5+2”的状态，每天至少操纵车组往返20多趟，配合完成各种试验，退勤后梳理总结当日操纵中遇到的各类问题，编制次日的作业指导书和操纵提示卡。他经常一天只睡几个小时，1个月才回家一次，最终高质量完成了郑太高铁220趟试验任务。
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