粉末冶金的優(yōu)點精選(九篇)

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第1篇：粉末冶金的優(yōu)點范文

【關(guān)鍵詞】：粉末冶金；材料；分類；應(yīng)用

0.引言

所謂的粉末冶金材料指的是用幾種金屬粉末或者金屬與非金屬粉末為原料，通過配比、壓制成型以及燒結(jié)等特殊工藝制成的各類材料的總稱，而這種與熔煉和鑄造明顯不同的工藝也被統(tǒng)稱為粉末冶金法。因其生產(chǎn)流程與陶瓷制品比較類似，所以又被稱為金屬陶瓷法。就目前而言，粉末冶金法不單是用來制取某些特殊材料的方法，也是一種優(yōu)質(zhì)的少切屑或者無切屑方法，且其具有材料利用率高、生產(chǎn)效率高，節(jié)省占地面積及機(jī)床等優(yōu)點。然而粉末冶金法也并非萬能之法，其無論是金屬粉末還是模具都有著較高的成本，且制品的形狀和大小都受到一定的限制。

1.粉末冶金材料的主要分類

1.1傳統(tǒng)的粉末冶金材料

第一，鐵基粉末冶金材料。作為最傳統(tǒng)也是最基本的粉末冶金材料，其在汽車制造行業(yè)的應(yīng)用最為普遍，并隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，汽車工業(yè)的不斷擴(kuò)大，鐵基粉末冶金材料的應(yīng)用范圍也就變得越來越廣闊，因此其需求量也越來越大。與此同時，鐵基粉末冶金材料對其他行業(yè)來說也非常重要。

第二，銅基粉末冶金材料。眾所周知，經(jīng)過燒結(jié)銅基制作的零件抗腐蝕性相對來說比較好，且其表面光滑沒有磁性干擾。用來做銅基粉末冶金材料的主要材料有：燒結(jié)的青銅材質(zhì)、黃銅材質(zhì)以及銅鎳合金材料等，此外還有少量的具有彌散性的強(qiáng)化銅等材質(zhì)。在現(xiàn)代，銅基粉末冶金材料主要備用到電工器件、機(jī)械設(shè)備零件等各個制造類領(lǐng)域中，同時也對過濾器、催化劑以及電刷等有一定的作用。

第三，難熔金屬材料。因這類材料的熔點、硬度、強(qiáng)度都比較高，因此其主要成分為難熔性的金屬及金屬合金復(fù)合材料，主要被應(yīng)用國防、航空航天以及和研究領(lǐng)域等。

第四，硬質(zhì)合金材料。所謂合金材料指的是由一種或者幾種難熔性的金屬經(jīng)過碳化之后形成的硬質(zhì)材料的總稱。其主要是由金屬粘結(jié)劑進(jìn)行粘合之后，再用粉末冶金技術(shù)制作而成。因這類硬質(zhì)合金材料具有高熔點、高硬度、高強(qiáng)度，所以常被用到切削領(lǐng)域。

第五，粉末冶金電工材料。在現(xiàn)代工業(yè)中，這種材料主要應(yīng)用于儀表和電氣領(lǐng)域，尤其是各類分?jǐn)嗪徒油娐分攸c額電接觸元件和電阻焊用的電極上。近幾年，隨著國內(nèi)無線電技術(shù)的迅速發(fā)展，電阻器件的應(yīng)用范圍也越來越廣泛，其主要材質(zhì)就是這類材料。此外，粉末冶金電動材料對真空技術(shù)領(lǐng)域中的電力管陰極和電加熱元件也有著重要的作用。

第六，摩擦材料。顧名思義，這類材料具有很強(qiáng)的摩擦磨損性能，可以用于制造摩擦離合器以及制動器的摩擦部分。利用其摩擦磨損性較強(qiáng)的特點，有效實現(xiàn)各個元件之間動力的阻斷性和傳遞性，以此實現(xiàn)運(yùn)動物體的及時減速和停止運(yùn)動等。

第七，減摩材料。與摩擦材料相反，這類材料則具有較低的摩擦系數(shù)以及較高的耐磨性，其可以是金屬材質(zhì)也可以是由非金屬材質(zhì)構(gòu)成。通常情況下，建模材料主要是由教導(dǎo)強(qiáng)度的金屬基體和具有減摩成分的劑構(gòu)成。因粉末冶金法在一定程度上能夠?qū)饘俨牧系幕w和減摩成分進(jìn)行有效調(diào)整和控制，此外，這類減摩材料還具有較強(qiáng)的自性能，這就使得其在金屬鑄造領(lǐng)域和塑料減摩材料領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用。

1.2現(xiàn)代先進(jìn)粉末冶金材料

第一，信息領(lǐng)域中的粉末冶金材料。在這里主要指的是軟磁材料，通常情況下，其又可以分為鐵氧體軟磁材料和金屬軟磁材料兩種，最大區(qū)別是前者出現(xiàn)較早，且只能通過粉末冶金燒結(jié)法獲取。因其在燒結(jié)過程中，軟磁材料有著較強(qiáng)的飽和磁化性能和較高的導(dǎo)磁率，所以被各個磁行業(yè)廣泛應(yīng)用。

第二，能源領(lǐng)域中的粉末冶金材料。顧名思義，這種能源材料指的是在不斷的發(fā)展過程中，能夠?qū)Υ龠M(jìn)新能源建立和發(fā)展具有重要作用的材料，其能夠滿足各種新能源的不同需求。能源領(lǐng)域中的粉末冶金材料不僅僅是當(dāng)今社會新能源發(fā)展的關(guān)鍵組成部分，還是新能源材料發(fā)展的重要前提和基礎(chǔ)。就目前而言，電池、氫能、太陽能等方面成為新能源材料發(fā)展的主要方向，并隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，這類材料的應(yīng)用范圍也變得越來越廣闊。

第三，生物領(lǐng)域中的粉末冶金材料。最近幾年以來，國內(nèi)的生物研究領(lǐng)域取得了較大的進(jìn)步，生物研究逐漸對我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整有著越來越重要的影響，為此國家對于生物研究領(lǐng)域所取得的重大突破也給予了高度關(guān)注，特別是生物材料研究方面。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，生物材料能夠有效改善人們的健康狀況，大大提高了人們的生活質(zhì)量。

2.粉末冶金材料的應(yīng)用研究

2.1在機(jī)械合金方面的應(yīng)用

機(jī)械合金主要應(yīng)用的是粉末冶金技術(shù)中的高性能球磨技術(shù)。其應(yīng)用原理為：在高能球磨的基礎(chǔ)之上，有效利用了金屬粉末混合物的變形和易斷裂特性，逐步調(diào)整金屬粉末原子之間的距離，并最終形成合金粉末。所謂機(jī)械合金指的就是在固態(tài)形式下進(jìn)行的固態(tài)反應(yīng)，從而科學(xué)實現(xiàn)了合金化，而在這種狀態(tài)下形成的合金不會收到物質(zhì)熔點及蒸汽壓力等因素的影響，進(jìn)而表現(xiàn)出較強(qiáng)的穩(wěn)定性。

2.2在干燥噴霧方面的應(yīng)用

所謂的煩躁噴霧指的是運(yùn)用霧化器將呈現(xiàn)出一定濃度的原料液轉(zhuǎn)變成一種具有噴射性能的霧狀液滴的形式，之后再經(jīng)過一系列的接觸熱空氣程序?qū)㈧F狀液滴迅速轉(zhuǎn)化成干燥劑，這就是粉粒狀干燥噴霧的制作過程。通常情況下，制作干燥噴霧需要經(jīng)過四個基本階段，依次是料液霧化、熱干燥、蒸發(fā)干燥、分離四個流程。更為重要的是，在粉末的制作過程中，還可以依據(jù)不同的需求對粉粒形狀、大小進(jìn)行相應(yīng)的規(guī)定。

3.結(jié)語

上文系統(tǒng)的總結(jié)了粉末冶金材料的種類，并對其應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了分析研究。從中不難看出，相對普通材料來說粉末冶金材料無論是從性能上還是獲取上，都有著無法比擬的強(qiáng)大優(yōu)勢，這也是目前這類材料應(yīng)用廣泛的原因之一。未來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及科技的進(jìn)步，粉末冶金材料將會發(fā)揮出越來越重要的作用。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張憲銘，張江峰.標(biāo)準(zhǔn)：粉末冶金材料的分類和牌號[J].世界有色金屬，2009（05）.

第2篇：粉末冶金的優(yōu)點范文

【關(guān)鍵詞】粉末冶金；球磨粉末；Ti-45Al-5Nb合金

【中圖分類號】TH 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】1007-4309（2013）07-0055-1.5

TiAl金屬間化合物具有低密度、高強(qiáng)度、優(yōu)異的高溫抗蠕變和抗氧化性等優(yōu)點，在航空航天以及汽車工業(yè)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。高Nb含量TiAl合金保持了TiAl合金上述一系列優(yōu)點，同時高含量難熔元素Nb的加入提高了合金的熔點及有序溫度，降低了擴(kuò)散系數(shù)，改善了高溫抗氧化性能，被視為最具有開發(fā)潛力的新一代高溫結(jié)構(gòu)材料之一。然而，該合金存在嚴(yán)重的室溫脆性，斷裂韌性和裂紋擴(kuò)展抗力也很低，且該合金屬于難塑性加工材料。這些缺點阻礙著該合金的廣泛應(yīng)用。目前，該合金制備的工藝主要是鑄錠冶金，該工藝存在成分偏析和組織粗大等缺點，且成本高，工序復(fù)雜。近年來，粉末冶金制備技術(shù)引起廣泛關(guān)注。與鑄態(tài)合金相比，粉末冶金合金的組織更均勻細(xì)小，而且，由于粉末冶金工藝可以實現(xiàn)近凈成形，從而避免對合金的后續(xù)塑性加工，成為國內(nèi)外學(xué)者制備TiAl基合金廣泛關(guān)注的工藝。本文采用元素粉末冶金法制備高Nb-TiAl合金，對組織性能進(jìn)行了研究。

一、實驗

將平均顆粒尺寸小于48μm的高純Ti、Al粉以及平均顆粒尺寸小于45μm的高純Nb粉，按Ti-45Al-5Nb（at.%）成分配比，在行星式球磨機(jī)中進(jìn)行機(jī)械球磨，球磨參數(shù)為：球料質(zhì)量比為20∶1，轉(zhuǎn)速為400r/min，球磨罐和磨球材料均為不銹鋼，球磨時充高純氬氣保護(hù)，球磨時間為8h。隨后，利用真空熱壓燒結(jié)系統(tǒng)對球磨獲得的Ti/Al/Nb復(fù)合粉末進(jìn)行反應(yīng)燒結(jié)，燒結(jié)工藝參數(shù)為：燒結(jié)溫度分別為1250℃、1300℃、1350℃，壓制力為40MPa，保溫保壓時間為2h，整個燒結(jié)過程中真空度不低于10-2Pa，最后得到Φ60×13mm的三種燒結(jié)塊體材料。

應(yīng)用XRD分析材料物相組成，利用光學(xué)顯微鏡（OM）和配有能譜（EDS）分析系統(tǒng)的場發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡Hitachi S4700（SEM）觀測粉末的顆粒形貌演變、燒結(jié)塊體試樣組織。為選擇典型粉末形貌，球磨粉末試樣首先在燒杯中用酒精分散振蕩，用滴管滴到鋼制載物臺，風(fēng)干使酒精揮發(fā)制得粉末掃描樣品。

二、實驗結(jié)果與分析

1.球磨粉末特性

圖1為復(fù)合粉末隨球磨時間增長形貌演變的掃描和背散射圖像。從中可以看出，球磨時間累計至4h，Ti、Al顆粒均為明顯片狀形貌，部分片狀顆粒已發(fā)生破碎和粘合。隨時間進(jìn)一步延長，片狀顆粒不斷破碎，8h時片狀顆粒破碎基本完成，形成了大量的碎小顆粒。通過背散射圖像對比可以發(fā)現(xiàn)，Ti和Al的粉末顆粒在變形過程中形成明顯的片狀結(jié)構(gòu)，而Nb元素顆粒則更多以碎小顆粒存在，并粘附在其他兩種粉末上。這是由于Ti和Al的塑性比Nb較好，特別是低溫環(huán)境下Nb有很嚴(yán)重的脆性。在巨大外力的快速作用下應(yīng)力集中嚴(yán)重，從而直接破碎成細(xì)小顆粒。

圖1 不同球磨時間下Ti-45Al-5Nb粉末形貌（BSE）

（a）4h；（b）6h；（c）（d）8h

Ti-45Al-5Nb復(fù)合粉末經(jīng)8h球磨得到的XRD分析結(jié)果如圖2所示。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，復(fù)合粉末中并未產(chǎn)生新相，說明機(jī)械球磨過程中Ti、Al、Nb三種元素粉末僅實現(xiàn)機(jī)械結(jié)合，并未發(fā)生合金化反應(yīng)。在球磨過程中，由于采用間隙球磨方式，粉末和罐體的溫度得到很好的控制，這也限制三種元素之間的擴(kuò)散速度，而且粉末的能量不足以推動Ti、Al元素之間的擴(kuò)散反應(yīng)，另外，Nb元素在低溫環(huán)境中的擴(kuò)散系數(shù)非常低，基本不考慮其反應(yīng)。利用XRD結(jié)果計算復(fù)合粉末中三種元素的平均晶粒尺寸為19.7nm，三種粉末的晶粒均得到明顯的細(xì)化。

2.燒結(jié)坯物相分析

利用X射線衍射儀分析三種燒結(jié)坯所得結(jié)果如圖3所示。從圖譜可以看出，三種燒結(jié)溫度下合金中單質(zhì)元素相完全消失，表明Nb元素完全固溶于TiAl合金中。同時，三種合金新生成的物相均以γ-TiAl為主，α2-Ti3Al次之，同時都有少量的B2相形成。對比發(fā)現(xiàn)，隨著燒結(jié)溫度提升，α2相含量有所減少，γ相含量增加。另外，1300℃和1350℃燒結(jié)合金的衍射峰相對于1250℃燒結(jié)合金向左有小角度偏移。這可能是由于Nb元素在更高燒結(jié)溫度下擴(kuò)散更加充分，其分布更加均勻，使三種物相的晶格常數(shù)變化引起的。

圖2 Ti-45Al-5Nb合金燒結(jié)XRD圖譜

三、結(jié)論

1.采用元素粉末+機(jī)械球磨工藝制備Ti-45Al-5Nb復(fù)合粉末，充分的細(xì)化和均勻了三種元素粉末，Ti、Al粉末發(fā)生塑性變形成細(xì)小片狀，而Nb則破碎成細(xì)小顆粒。經(jīng)過8h球磨可以得到較好的復(fù)合粉末。經(jīng)過球磨的復(fù)合粉末未發(fā)生合金化反應(yīng)。

2.采用真空熱壓燒結(jié)工藝制備高致密的Ti-45Al-5Nb合金材料，在1250℃和1300℃燒結(jié)得到細(xì)小的近γ組織，在1350℃燒結(jié)得到的是近片層組織，同時三種燒結(jié)坯組織中均有B2相顆粒生成。

【參考文獻(xiàn)】

[1]APPEL F，OEHRING M，WAGNER R.Novel design concepts for gamma-based titanium aluminide alloys[J].Intermetallics，2000，8.

[2]DUAN Qin-qi，LUAN Qing-dong，LIU Jing，et al.Microstructure and mechanical properties of directionally solidified High Nb containing TiAl alloys[J].Materials & Design，2010，31（7）.

[3]王衍行，等.高Nb-TiAl合金粉的制備及其特性[J].航空材料學(xué)報，2007，27（5）.

[4]LIU B.，LIU Y，ZHANG W，et al.Hot deformation behavior of TiAl alloys prepared by blended elemental powders[J].Intermetallics，2011，19（2）.

[5]胡連喜，王爾德.粉末冶金難變形材料熱靜液擠壓技術(shù)進(jìn)展[J].中國材料進(jìn)展，2011，30（7）.

第3篇：粉末冶金的優(yōu)點范文

【關(guān)鍵詞】材料成型；控制工程；金屬材料

1機(jī)械加工成型

現(xiàn)在的金屬材料加工成型，主要是使用機(jī)械加工，加工機(jī)械的關(guān)鍵部位是加工刀具，現(xiàn)在使用的刀具很多是金剛石成分的刀具[1]。使用這種刀具對鋁基復(fù)合材料進(jìn)行加工比較廣泛，鋁基復(fù)合材料使用金剛石刀具加工主要可以分成三種，分別是鉆銷形式、銑銷形式和車銷形式。鉆銷形式使用的是鑲鉆麻花鉆頭，對鋁基復(fù)合材料加工，一般情況下使用B4C顆粒鉆銷，而且在加工的過程中還需要添加切銷液，這種液體可以增加鋁基復(fù)合材料的強(qiáng)度。銑銷形式使用材料有2.0%的粘接劑，還要8.5%的端面銑刀，這樣的加工方法能強(qiáng)化鋁基復(fù)合材料。車銷形式主要使用刀具是硬合金刀具，而且在使用這種加工模式中還需要添加乳化劑，使用這種液體的目的是起到冷卻效果。

2擠壓和鍛模塑性成型

金屬材料在實際成型加工時，可以在模具的表面涂抹一層劑，所選用的壓力成型方法里要能有效控制壓力，以減小在制造時產(chǎn)生的摩擦系數(shù)[2]。有研究表明，使用有效壓力和涂抹劑，能夠使加工過程中擠壓壓力減少至少35%。擠壓力的減少能減少對模具的損傷，減少對金屬塑性的削弱，還能防止金屬變形中抵抗力減弱，從而有效提高成型效率。除了使用上述方法進(jìn)行加工，還可以在金屬基材料中增加適量的增強(qiáng)顆粒，降低其可塑性，增強(qiáng)金屬材料的變形抗力，再在加工過程中增加一定的溫度，使增強(qiáng)顆粒和金屬材質(zhì)加快融合，加強(qiáng)金屬基材料的可塑性[3]。一般來說，在金屬基材質(zhì)中使用增強(qiáng)顆粒會影響擠壓的速度，如果在加工的材料中使用的增強(qiáng)顆粒較多，加工時就要嚴(yán)格控制擠壓速度。如果擠壓速度過快，很容易造成材料成型以后便面出現(xiàn)橫向裂紋?？傊?，在使用擠壓和鍛模塑性成型技術(shù)對金屬基材質(zhì)加工的過程中，不僅需要在模具上涂抹劑，還需要控制加工中擠壓的速度，提高相應(yīng)的溫度，并對這些技術(shù)嚴(yán)格控制，只有這樣，才能夠保證加工的質(zhì)量。

3鑄造成型

使用復(fù)合材料的加工成型技術(shù)中，最常用的一種方法就是使用鑄造成型技術(shù)。實際加工過程中，對金屬復(fù)合型材料添加增強(qiáng)顆粒以后，這樣的情況下熔體粘度會有增強(qiáng)，同時流動性也會增強(qiáng)，在加上增加增強(qiáng)顆粒的過程中會使用熔體的方法使其融合在一起，同時因為經(jīng)過高溫作用會產(chǎn)生一些化學(xué)反應(yīng)，這種時候會改變金屬材質(zhì)的基礎(chǔ)性質(zhì)。為了控制金屬材質(zhì)基本性能，在熔化金屬材質(zhì)過程中要對溫度嚴(yán)格控制，同時在保溫時間上也要采用嚴(yán)格控制方法。在高溫情況下對增強(qiáng)顆粒的添加容易發(fā)生界面反應(yīng)，比如在添加的增強(qiáng)顆粒是碳化硅顆粒容易出現(xiàn)這種現(xiàn)象。出現(xiàn)界面反應(yīng)以后熔體的粘度會增強(qiáng)，會出現(xiàn)難以澆筑現(xiàn)象，而且還會影響到材質(zhì)本質(zhì)。解決問題的方法是使用精煉法，同時還要添加一定量的變質(zhì)添加劑，使用這種方法在鍛造成型是不適合使用在添加了增強(qiáng)顆粒的鋁基復(fù)合材料中。

4粉末冶金成型

粉末冶金成型技術(shù)使用最為早，因此這項技術(shù)在實際經(jīng)驗比較豐富，該技術(shù)使用在成型制造主要是對金屬基復(fù)合材料使用，還可以對顆粒復(fù)合材料零部件和制造晶須中使用。同時粉末冶金技術(shù)在后期也使用在一些尺寸較小，造型比較簡單，或者是一些高精密要求的零部件生產(chǎn)加工中。使用粉末冶金技術(shù)加工零部件，有著很多方面的優(yōu)點：（1）成型的組織細(xì)密；（2）產(chǎn)品加工成型以后增強(qiáng)相分布均衡；（3）成型以后增加相可調(diào)節(jié)；（4）界面的反應(yīng)減少。隨著不斷對該技術(shù)的研究，現(xiàn)在可以把粉末冶金技術(shù)使用到更多成型加工中。比如自行車架加工，管材加工、自行車零部件加工等。使用粉末冶金技術(shù)加工的產(chǎn)品有著較強(qiáng)的耐磨性。在加工時使用該技術(shù)在汽車的產(chǎn)品生產(chǎn)，飛機(jī)零部件生產(chǎn)和航天器材零部件生產(chǎn)。

第4篇：粉末冶金的優(yōu)點范文

【關(guān)鍵詞】冷作模具鋼；性能；熱處理

1、引言

目前狀況下，世界上主要存在著三種通用的冷作模具鋼，具體情況見表1。

就我國而言，目前狀況下所使用的冷作模具鋼大多數(shù)都為低合金工具鋼CrWMn、高碳高鉻鋼Cr12和Cr12MoV等傳統(tǒng)的典型鋼種。CrWMn鋼具有較高的淬透性，經(jīng)過淬火之后，鋼體發(fā)生耳朵變形程度相對較小，但是，它仍然存在著一定缺陷，突出表現(xiàn)在韌性與變形要求之上，并不能對市場上各種模具進(jìn)行有效的滿足；Cr12型鋼最大的優(yōu)點便是具有較高的耐磨性，然而它的碳化物的均勻性相對較弱，當(dāng)在尺寸較大時，反復(fù)鐓拔收效不大，并促使其變形的方向性和強(qiáng)韌性出現(xiàn)一定程度的降低。

2、高韌性高耐磨性冷作模具鋼

對于Cr12型冷作模具鋼來說，其突出特點表現(xiàn)為耐磨性高，但是，相比較于其它的冷作模具鋼，它在韌性與抗回火軟化能力方面表現(xiàn)出一定的不足。雖然基體鋼與低碳高速鋼能夠在一定程度上彌補(bǔ)Cr12型冷作模具鋼在韌性方面的不足，但是其耐磨性仍然不是很高，不能滿足所有的市場的需求。為了對這一問題進(jìn)行有效的解決，各個國家都作出了積極探索。近幾年來，已經(jīng)研發(fā)出了一套約含8％鉻、鉬、釩的韌性較高的耐磨性冷作模具鋼，這種模具鋼的碳、鉻含量與Cr12型模具鋼相比較低，因此，在這種模具鋼之中對鎢、鉬和釩的含量進(jìn)行一定程度的增加，通過這種辦法來對其二次硬化能力與耐磨性進(jìn)行有效的提高。這種類型的鋼具有較高的淬火溫度，一般情況下，在1040℃到1160℃之前，這樣一來，就能夠?qū)偟奶蓟锲鲞M(jìn)行改善，并對鋼的韌性進(jìn)行有效的保證。這種類型的模具鋼與Cr12Mo1V1鋼、Cr12型鋼相比，具有一定的優(yōu)越性，首先，它的耐磨性高于Cr12Mo1V1鋼。其次，它的韌性和抗回火軟化能力則高于Cr12型鋼。代表鋼號有美國的VascoDie（8Cr8Mo2V2Si）、VascoWear（8Cr8Mo2V2WSi）、日本的TCD（Cr8V2MoTi）、QCM8（8Cr8Mo2VSi）、DC53（Cr8Mo2VSi）、瑞典的ASSAB88及我國開發(fā)的7Cr7Mo2V2Si（LD　鋼）、9Cr6W3Mo2V2（GM鋼）和ER5等。

3、火焰淬火冷作模具鋼

為了滿足市場上對于冷作模具鋼的高需求，國外已經(jīng)開發(fā)出了與火焰淬火工藝需要具有較高適應(yīng)度的專用冷作模具鋼。目前狀況下，它已經(jīng)在制造剪切、沖壓和冷鐓等冷作模具中有了十分廣泛的作用。這類鋼具有諸多的特點，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：①模具鋼具有較為優(yōu)越的淬透性，能夠在比較寬泛的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行淬火。而如果溫度達(dá)到了100℃到250℃之間，在這種條件下進(jìn)行淬火，空冷之后，能夠使其表面硬度以及心部硬度得到明顯的增加；②運(yùn)用這類模具，在很大程度上便利了使用火焰噴嘴對模具施以局部加熱淬火作業(yè)，可在機(jī)加工完成后采用氧乙炔噴槍或?qū)Ｓ眉訜崞鲗δ＞叩墓ぷ鞑课患訜岵⒖绽浯慊鸷笾苯邮褂?。對于冷沖壓模具來說，一般情況下，只有當(dāng)溫度達(dá)到了150℃到200℃時，在對其進(jìn)行淬火，這種條件之下使得淬火之后工件的變形程度相對較小，并且能夠?qū)Χ押感迯?fù)工藝進(jìn)行有效的利用，除此之外，它還具有著相對較好的機(jī)械加工性能。

4、空冷微變形模具鋼

對于空冷微變形模具鋼來說，其優(yōu)點主要表現(xiàn)在較低的合金元素含量（Me5%）、高淬透性與高淬硬性。通過對這種鋼進(jìn)行有效的使用，100mm的工件就可以進(jìn)行空冷淬透，一般情況下，在淬火之后，工件的硬度能夠達(dá)到62～64HRC之間。除此之外，這類鋼熱處理變形小、工藝簡便、淬火溫度低和強(qiáng)韌性好，并有適當(dāng)?shù)哪湍バ?。在淬火結(jié)束之后，一般情況下，對其進(jìn)行一定程度的低溫回火，這樣就可以對內(nèi)應(yīng)力進(jìn)行有效的消除。而對于工作動載荷較高，要求韌性較高的模具，則采用高溫淬火和高溫回火工藝。目前狀況下，這種空冷微變形模具鋼已經(jīng)在重負(fù)荷、高精度冷作模具的制作當(dāng)中有了十分廣泛的運(yùn)用。主要代表性鋼號有：美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)鋼號A4（Mn2CrMo）、A6（7Mn2CrMo）；日本的大同特殊鋼公司的G04、日本日立金屬公司的ACD37鋼等。

5、粉末冶金冷作模具材料

通過對粉末冶金方法進(jìn)行有效的使用，可以使用水霧化法對鋼水進(jìn)行一定程度的霧化，并使之成為細(xì)小的鋼粉末，然后運(yùn)用一定的辦法使這些細(xì)小的鋼粉末進(jìn)行快速的凝固，可以生產(chǎn)出用傳統(tǒng)冶金方法難以生產(chǎn)的超高碳、高合金（尤其是高釩含量）、高耐磨性的模具鋼，使鋼中含有更多的硬質(zhì)碳化物VC。目前狀況下，經(jīng)過相關(guān)機(jī)構(gòu)與學(xué)者的積極探索，國外已經(jīng)研制出了多種粉末冶金冷作模具鋼，主要的代表性鋼號有：美國研制的CPM15V是CPM10V的改進(jìn)，而CPM440VM和Suprator是CPM440V的改進(jìn)。

第5篇：粉末冶金的優(yōu)點范文

【關(guān)鍵詞】 激光 焊接技術(shù) 現(xiàn)狀 應(yīng)用

激光焊接已逐漸受到人們關(guān)注，激光焊接技術(shù)擁有高精度、高質(zhì)量、低變形、高速度和高效率的特點。1970年以后，隨著金屬鋁等焊接物質(zhì)的研制成功，激光焊接技術(shù)在其他領(lǐng)域中也得到推廣和應(yīng)用。尤其是在制造業(yè)，冶金業(yè)以及生物醫(yī)學(xué)方面應(yīng)用較為廣泛。后來，隨著航天技術(shù)的發(fā)展，激光焊接技術(shù)逐漸被應(yīng)用到了航天領(lǐng)域。

1 國內(nèi)外焊接技術(shù)中激光焊接技術(shù)的研究現(xiàn)狀

1.1 國外激光焊接技術(shù)的研究現(xiàn)狀

目前國外的激光焊接技術(shù)已比較成熟，以美國為首的發(fā)達(dá)國家非常注重激光焊接技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r。將激光焊接技術(shù)列入國家的發(fā)展計劃當(dāng)中，并投入大量資金用于激光焊接技術(shù)的研究與人員的培訓(xùn)。發(fā)展過程中也注意傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢，做到激光焊接技術(shù)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)相結(jié)合。由于發(fā)展比較早，目前發(fā)達(dá)國家的激光焊接技術(shù)存在很多優(yōu)勢，主要有，熱影響區(qū)極小，而且焊接過程中無熱損傷的現(xiàn)象，焊接速度比一般的烙焊要快10-100倍。焊接點極小，最大程度的避免了雜質(zhì)的污染和腐蝕程度，此外，焊點的抗裂性能也非常高。

1.3 國內(nèi)激光焊接技術(shù)的研究現(xiàn)狀

國內(nèi)焊接技術(shù)由于起步比較晚，發(fā)展也相對緩慢。近年來，由于政策的要求以及環(huán)保的需要，激光技術(shù)才逐漸被廣泛應(yīng)用。對激光焊接的研究也主要集中在激光焊接的形成機(jī)理、檢測、分析、控制等。一些高校也逐漸開展激光焊接的相關(guān)課程，比如通過分析超細(xì)粒鋼的焊接性及激光焊接的特點，進(jìn)行了400MPa和800MPa種超細(xì)晶粒鋼的激光焊接試驗。目前國內(nèi)對于高強(qiáng)度的激光焊接焊性方面的研究還存在很多不足的地方，缺少很多相關(guān)數(shù)據(jù)，還需要培訓(xùn)更多的專業(yè)人員進(jìn)行深入研究。

2 焊接技術(shù)中激光焊接技術(shù)的應(yīng)用

隨著激光焊接技術(shù)的逐漸成熟，其應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大。但是由于激光焊接設(shè)備的成本和維修費(fèi)用比較高，除了一些大批量生產(chǎn)或者規(guī)模零件焊接的行業(yè)，激光焊接技術(shù)很少應(yīng)用。歐美的激光焊接技術(shù)主要應(yīng)用于金屬加工業(yè)和汽車制造業(yè)，而亞洲地區(qū)的激光焊接技術(shù)較多的應(yīng)用于半導(dǎo)體工業(yè)和電器工業(yè)。

2.1 制造業(yè)的應(yīng)用

在國外，激光焊接技術(shù)在轎車制造中應(yīng)用十分廣泛，并以比較高的速度增長。日本在世界上首次成功開發(fā)了將YAG激光焊用于核反應(yīng)堆中蒸汽發(fā)生器細(xì)管的維修；激光焊接技術(shù)在造船中也比較普遍，傳統(tǒng)焊接工藝中的焊后變形是造船業(yè)面臨的主要問題，而激光焊接由于具有焊后熱影響區(qū)小、熱損傷小、焊后抗裂性能高的特點，焊后基本沒有明顯的變形；由于采用激光焊接，一定程度上減輕了船身的重量，在造船業(yè)中發(fā)揮了很重要的作用。

2.2 冶金行業(yè)的應(yīng)用

現(xiàn)如今，越來越多的粉末冶金材料走向市場，它與其他零件的連接問題逐漸顯現(xiàn)出來，使粉末冶金的應(yīng)用受到限制。而激光焊接技術(shù)由于結(jié)合強(qiáng)度低、焊接輕度高以及很好的耐高溫性為粉末冶金材料的發(fā)展開辟了新的道路。

2.3 汽車工業(yè)的應(yīng)用

汽車工業(yè)作為發(fā)達(dá)國家的重要經(jīng)濟(jì)來源一直就是各國研究的重點。激光焊接技術(shù)在提高車身強(qiáng)度的同時也大大減輕了車身重量，降低了汽車的生產(chǎn)成本。目前激光焊接技術(shù)在很多中高檔汽車中已廣泛使用。

2.4 電子工業(yè)的應(yīng)用

由于激光焊接技術(shù)在焊接過程中對機(jī)械的損傷程度較小而且大都可以避免，特別符合電子行業(yè)的要求。激光技術(shù)的高精度、無污染、熱影響區(qū)小等優(yōu)點也使得激光焊接技術(shù)在電子工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。目前，激光焊接技術(shù)已經(jīng)逐漸被運(yùn)用到電子工業(yè)中，例如，很多商家均利用激光焊接工藝生產(chǎn)重傳感器。但激光消融、激光電鍍等原理方面還在研究當(dāng)中。

2.5 生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用

1970年以后，有關(guān)生物組織的激光焊接開始出現(xiàn)，主要應(yīng)用于血管和輸卵管的焊接。隨著激光焊接優(yōu)越性逐漸被研究人員發(fā)現(xiàn)，各種生物組織的激光焊接逐漸得到推廣。激光焊接在生物醫(yī)學(xué)中呈現(xiàn)出不同的焊接優(yōu)勢。主要有，手術(shù)部位吻合速度快。而且愈合過程中沒有異物反應(yīng)，修復(fù)后的組織能夠按照原來的生長特點來生長。研究人員也在進(jìn)一步研究激光焊機(jī)焊接在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。

2.6 航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用

以美國為首的發(fā)達(dá)國家在20世紀(jì)70年代初涉激光焊接技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用。他們培訓(xùn)了專業(yè)的研究人員，對航天工業(yè)中的各種容器及輕量級結(jié)構(gòu)立項，開展了長達(dá)7年多年的激光焊接應(yīng)用研究。新的研究成果取代了原有的鉚釗一，提高了機(jī)身的強(qiáng)度，減輕了機(jī)身的重量。我國在航空航天領(lǐng)域的激光焊接技術(shù)也是比較先進(jìn)的，開始對航天領(lǐng)域中所用的各種合金進(jìn)行激光焊接技術(shù)的研究，并取得了很好的成果，而且已逐漸投入使用。激光焊接由于很高的精密度以及可靠性，使其在該領(lǐng)域應(yīng)用中顯現(xiàn)的優(yōu)勢明顯強(qiáng)于其它方法的焊接技術(shù)。

2.7 塑料加工中的應(yīng)用

國外對于塑料加工中的激光焊接已經(jīng)處于領(lǐng)先水平，而我國仍處于研究開發(fā)階段。激光焊接熱損傷小的優(yōu)點使其在塑料加工方面的優(yōu)勢突出。焊接過程中激光束大多能夠通過不同層次的材料，而且更容易通過熱傳導(dǎo)被吸收成為焊接區(qū)域。塑料加工中的激光焊接比傳統(tǒng)的焊接工藝污染程度更小，質(zhì)量更好，也為激光焊接技術(shù)的應(yīng)用提供了更廣闊的前景。

3 結(jié)語

21世紀(jì)以后，隨著激光焊接技術(shù)耐高溫、熱損傷小、抗裂性能好等優(yōu)點逐漸顯現(xiàn)，激光焊接技術(shù)的研究領(lǐng)域也將越來越廣泛。研究人員對于焊接技術(shù)中的激光焊接研究也在實踐中逐漸進(jìn)步。激光焊接技術(shù)發(fā)展到目前，已有逐漸取代傳統(tǒng)焊接技術(shù)的趨勢。

參考文獻(xiàn)：

[1]郎旭元，張元鐘.激光技術(shù)在汽車工業(yè)中的應(yīng)用[J].機(jī)械工程師，2006（06）.

第6篇：粉末冶金的優(yōu)點范文

受電弓接觸壓力滑板接觸導(dǎo)線城市軌道交通以電能為驅(qū)動力，采用輪軌運(yùn)轉(zhuǎn)方式，具有安全、快捷、準(zhǔn)時、舒適、運(yùn)量大、無污染、占地少等鮮明的特點，是城市公共交通的一個重要組成部分。電力機(jī)車、電動車輛從接觸網(wǎng)接觸導(dǎo)線或?qū)щ娷壥苋‰娏鞯难b置稱為受流器，是軌道交通車輛與固定供電裝置之間唯一的電連接環(huán)節(jié)，受流器性能優(yōu)劣直接影響電力機(jī)車或電動車輛的工作狀態(tài)。隨著機(jī)車運(yùn)行速度的不斷提高，對受流器性能的要求也越來越高。

受電弓是受流器中的一種，屬于上部受流，與其他受流器相比，具有較好的受流質(zhì)量。受電弓安裝在機(jī)車或動車車頂上，受電弓弓頭的滑板與接觸線接觸，相對滑動，從接觸網(wǎng)上取下電流，輸送給電力機(jī)車，這一過程稱之為受流。受電弓與接觸網(wǎng)可靠地接觸是保證高速受流的重要條件。

受流質(zhì)量是指負(fù)荷電流通過接觸線和受電弓滑板接觸面的流暢程度。影響受流質(zhì)量的因素很多，下面就接觸壓力、滑板材料、接觸線材質(zhì)三個主要方面加以分析。

一、弓網(wǎng)接觸壓力

受電弓和接觸線之間必須有一定的接觸壓力，才能保證牽引電流的順利流通。弓網(wǎng)實際接觸壓力由三部分組成：受電弓升弓系統(tǒng)施加于滑板，使之向上的垂直力為靜態(tài)接觸壓力；接觸網(wǎng)沿線各點的剛度不同，接觸懸掛本身存在彈性差異，抬升力不同，運(yùn)行中上下振動，從而產(chǎn)生交變的動態(tài)接觸壓力；受電弓在運(yùn)行中受空氣流作用產(chǎn)生的一個隨速度增加而迅速增加的空氣電動力，使接觸壓力增加。

1.靜態(tài)接觸壓力與靜特性

額定靜態(tài)接觸壓力是指在靜止?fàn)顟B(tài)下，受電弓弓頭滑板在工作高度范圍內(nèi)對接觸網(wǎng)導(dǎo)線的壓力，它與工作高度之間的關(guān)系稱為受電弓的靜特性。受電弓滑板沿接觸導(dǎo)線滑動，若接觸壓力太小，則接觸電阻增大且易跳動，使供電時斷時續(xù)，導(dǎo)致接觸不良甚至引起火花或電??；若接觸壓力太大，增加滑板和導(dǎo)線的磨損，縮短使用壽命。因此，要求受電弓的機(jī)械結(jié)構(gòu)能保證滑板在工作高度范圍內(nèi)具有相同的接觸壓力。

2.動特性

機(jī)車運(yùn)行時，受電弓是隨著接觸導(dǎo)線高度的變化而上下運(yùn)動的。當(dāng)運(yùn)動速度不大時，接觸壓力可視為基本按靜特性曲線變化，但隨著車速的增高，受電弓上下運(yùn)動的慣性力、氣體動態(tài)分力、列車運(yùn)動產(chǎn)生的干擾力等動態(tài)參數(shù)直接決定受流質(zhì)量。

在動能相等的情況下，把受電弓運(yùn)動系統(tǒng)的質(zhì)量歸化到滑板上，該質(zhì)量稱為歸化質(zhì)量。它與受電弓提升高度的關(guān)系稱為受電弓的動特性。為了在動態(tài)情況下取得較穩(wěn)定的接觸壓力，就要設(shè)法盡量減少歸化質(zhì)量，特別是減輕上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量，弓頭部分一般采用較輕的鋁合金材料。

3.空氣電動力

當(dāng)列車速度達(dá)到250km/h及以上時，高速氣流產(chǎn)生的空氣動力對列車部件的影響也越來越大，并且空氣阻力占到了總阻力的75%―80%，直接制約列車的行進(jìn)速度，良好的受電弓空氣動力性能是保證弓網(wǎng)系統(tǒng)具有良好穩(wěn)定性和跟隨性的重要因素，目前對空氣動力學(xué)性能的研究主要有實驗研究法和模型模擬試驗法。

4.弓網(wǎng)接觸壓力簡析

弓網(wǎng)接觸壓力能直觀的反映受電弓滑板和接觸線間的接觸情況，它必須符合規(guī)律，在一定范圍內(nèi)波動。上述三種作用力的合力，如果過大，接觸線的抬升量會超過范圍，使接觸線局部彎曲，引起接觸線疲勞損傷，同時使接觸導(dǎo)線和集電頭接觸板的磨耗加大，縮短其使用壽命，嚴(yán)重時會引起斷線等弓網(wǎng)事故。如果接觸壓力太小，會使弓網(wǎng)接觸不良，增加離線率，拉弧現(xiàn)象嚴(yán)重，供電時斷時續(xù)，燒損接觸線。

二、滑板的質(zhì)量和機(jī)電性能對受流質(zhì)量的影響

1.受電弓滑板的性能要求

受電弓的滑板是電力機(jī)車上重要的集電元件，它安裝在受電弓的最上部，直接與接觸導(dǎo)線接觸，在滑動狀態(tài)下從接觸導(dǎo)線上獲得100―1000A的電流，為機(jī)車供應(yīng)電力。隨著車速的不斷提高，對受電弓滑板的綜合性能也提出了越來越高的要求。列車高速運(yùn)行，一方面，滑板表面摩擦產(chǎn)生的熱量大大增加，致使滑板表面升溫，引起滑板表面狀況惡化；另一方面，當(dāng)滑板遇到接觸網(wǎng)上的“硬點”時會產(chǎn)生階躍式的沖擊，造成瞬間離線拉弧現(xiàn)象，在接觸點處產(chǎn)生3000℃以上的高溫，導(dǎo)致接觸點軟化甚至熔融，電燒蝕嚴(yán)重致使滑板表面質(zhì)量下降，摩擦因數(shù)增加，磨損加劇。為此，滑板的性能必須滿足以下要求：

（1）電阻率低，耐弧性強(qiáng)，接觸電阻要??；

（2）熔點高，導(dǎo)熱性能良好；

（3）力學(xué)性能好，能承受一定的沖擊載荷，彈性好，機(jī)械強(qiáng)度高；

（4）與銅或銅合金接觸線之間摩擦系數(shù)低，對接觸導(dǎo)線及滑板自身的磨耗??；

（5）質(zhì)輕，便于實現(xiàn)輕量化和標(biāo)準(zhǔn)化。

2.受電弓滑板材質(zhì)分類及應(yīng)用

（1）純金屬滑板

鋼、銅等純金屬滑板機(jī)械強(qiáng)度高，取材方便，使用壽命長，成本低，引發(fā)故障概率低，但對接觸網(wǎng)導(dǎo)線磨耗大，現(xiàn)已不使用。

（2）粉末冶金滑板

粉末冶金滑板分銅基和鐵基兩類。銅基粉末冶金滑板機(jī)械強(qiáng)度較好，表面硬度適中，滑板和導(dǎo)線的磨耗比較匹配。針對粉末冶金材質(zhì)較少，含油較低的缺點，我國研制了機(jī)械復(fù)合式銅基粉末冶金滑板。這種滑板可隨時提供，大大的降低結(jié)對接觸導(dǎo)線的磨耗，同時其自身的耐磨性也比較好，表面硬度稍高，不易出現(xiàn)斷裂、不均勻磨損現(xiàn)象。自身含有材料，能減輕對接觸導(dǎo)線的磨損；但由于其表面硬度遠(yuǎn)高于銅線硬度，對銅導(dǎo)線的磨耗也是比較大的。

（3）碳滑板

碳滑板對導(dǎo)線磨耗低，可延長導(dǎo)線的使用壽命，但機(jī)械強(qiáng)度低，易出現(xiàn)斷裂、掉塊，引發(fā)弓網(wǎng)事故概率大，使用壽命短，適用范圍受到限制。

（4）浸金屬碳滑板

浸金屬碳滑板分為整體式和組裝式兩類，具有較好的電學(xué)性能，基本解決了碳滑板機(jī)械強(qiáng)度低的問題，耐磨性能大為提高，能根本解決導(dǎo)線磨耗太快的問題；但抗沖擊力不足，易出現(xiàn)掉塊，使用過程中需要整形，價格過高，維護(hù)成本也較高。

（5）碳-銅復(fù)合材料滑板

碳-銅復(fù)合材料滑板是以硬質(zhì)金屬粉作為碳增強(qiáng)體，經(jīng)燒結(jié)等工序而制成。碳粉表面依次進(jìn)行化學(xué)鍍、電鍍銅的方法，使碳粉粒子具有良好的導(dǎo)電性，且可通過控制電鍍時間來控制鍍層厚度，使碳粉在做復(fù)合填料方面有了更為廣泛的應(yīng)用前景。

目前，銅合金接觸導(dǎo)線已達(dá)70%以上，要求受電弓滑板材料必須與銅合金接觸導(dǎo)線相匹配。開發(fā)研制銅系金屬基體與碳系劑比例合適的高強(qiáng)度、高沖擊韌性、低電阻系數(shù)、低磨耗比的新型碳滑板材料是我國電力機(jī)車受電弓滑板材料的發(fā)展方向。

三、接觸線材質(zhì)對受流質(zhì)量的影響

接觸網(wǎng)導(dǎo)線也稱為電車線，其材質(zhì)、工藝及性能、接觸線截面積的選擇等應(yīng)滿足牽引供電計算的要求。

1.接觸線的性能要求

具有較小的電阻率、較大的導(dǎo)電能力；要有良好的抗磨損性能，使用壽命長；要有高強(qiáng)度的機(jī)械性和較強(qiáng)的抗張能力。

2.接觸線按材質(zhì)分類及應(yīng)用

接觸線按照材質(zhì)主要分為銅接觸線、鋼鋁接觸線和銅合金接觸線。

我國電氣化鐵路建設(shè)初期，采用的是銅接觸線，TCG-110、TCG-100用于站場正線和區(qū)間，TCG-85主要用于站場側(cè)線。

為了減少有色金屬銅的使用量，我國研制使用了以鋁代銅的鋼鋁接觸線。鋼鋁接觸線是由導(dǎo)電性能較好的鋁和機(jī)械強(qiáng)度較高的鋼滾壓冷軋而成，剛的部分用于保證應(yīng)有的機(jī)械性能和耐磨性能，鋁的部分用于導(dǎo)流。我國采用的鋼鋁接觸線有GLCA100/215、GLCB80/173以及內(nèi)包鋼的GLCN型鋼鋁接觸線。鋼鋁接觸線具有很好的機(jī)械強(qiáng)度，不容易斷線，安全性能好，并且具有價格便宜、材料來源廣泛的優(yōu)點。

銅合金線以其抗拉強(qiáng)度高、耐高溫性能好的優(yōu)勢逐漸被業(yè)內(nèi)人士所認(rèn)可，目前地鐵中常采用CTHA―110型、CTHB―120型銀銅合金接觸線，鎂銅合金接觸線也有使用。

四、結(jié)論

受電弓滑板、接觸網(wǎng)導(dǎo)線及弓網(wǎng)彈性系統(tǒng)之間的相互作用，影響電力機(jī)車運(yùn)營速度和安全可靠性，速度越高，弓網(wǎng)關(guān)系越不穩(wěn)定。為提高受流質(zhì)量，要從接觸網(wǎng)和受電弓的具體設(shè)計參數(shù)入手，從結(jié)構(gòu)上保證受電弓與接觸網(wǎng)有良好的彈性接觸并有適合的接觸壓力；并盡量采用輕質(zhì)材料，降低弓頭歸化質(zhì)量，保證良好的弓網(wǎng)動力學(xué)特性；建立受電弓――接觸網(wǎng)系統(tǒng)模型，分析參數(shù)及其相互關(guān)系是提高弓網(wǎng)供電質(zhì)量的必修課題。

參考文獻(xiàn)：

[1]王寧，單圣熊.受電弓與接觸網(wǎng)接觸壓力分析.電氣化鐵道，2000，（2）.

第7篇：粉末冶金的優(yōu)點范文

斷裂力學(xué)是專門研究含裂紋構(gòu)件中裂紋的平衡、擴(kuò)展和失穩(wěn)規(guī)律的學(xué)科，是工業(yè)革命以來在無數(shù)次災(zāi)難性事故的總結(jié)中逐步產(chǎn)生和發(fā)展起來的.如今，斷裂力學(xué)已成為解決抗斷設(shè)計、合理選材、預(yù)測構(gòu)件疲勞壽命、制定合理的質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)以及防止斷裂事故發(fā)生的重要工具之一.然而，目前的斷裂分析與設(shè)計仍囿于經(jīng)典的二維斷裂理論和經(jīng)驗方法的框架，僅能獲得比較可靠的線彈性斷裂力學(xué)應(yīng)力強(qiáng)度因子K.

裂紋擴(kuò)展屬于典型的強(qiáng)不連續(xù)問題，一直是工程力學(xué)分析的熱點、重點和難點問題.裂紋萌生并不意味著構(gòu)件的破壞，但其擴(kuò)展卻對整個結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)或破壞起著控制作用.因此，對斷裂及其過程的深入研究和分析十分必要和迫切.計算機(jī)仿真作為科學(xué)探索的第三大支柱，與實驗、理論相并列，但現(xiàn)有的通用有限元軟件（如ANSYS等）均將材料視為“無缺陷的均勻連續(xù)體”，其研究斷裂的普遍做法是將固有裂紋與幾何實體并行建模，為確保新的裂紋線或面與單元邊界始終一致，在裂紋擴(kuò)展中必須頻繁重分和加密裂尖區(qū)網(wǎng)格，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備工作量巨大，計算效率極低.

根據(jù)裂紋面切割和修正網(wǎng)格是過去幾十年主要的斷裂力學(xué)計算理論，該方法嚴(yán)重限制構(gòu)件的幾何復(fù)雜度.依該方法開發(fā)的專業(yè)軟件有英國的ZenCrack以及美國康奈爾大學(xué)的Franc等，前者在進(jìn)行裂紋擴(kuò)展分析時必須借助大型商用有限元系統(tǒng)的求解器，對非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格適應(yīng)性較差；后者以邊界元為理論基礎(chǔ)，在分析大規(guī)模非線性、非均質(zhì)的復(fù)雜問題時效率較低.但這種處理方法的主要“優(yōu)點”是材料撕裂過程“生動形象”，并且能充分利用現(xiàn)有的通用有限元計算平臺，不足之處在于難以直接、高效得到斷裂參量（如K，J和G等）.

無網(wǎng)格法可在一定程度上克服裂尖區(qū)單元細(xì)分的缺陷，計算精度有所提高，一度被認(rèn)為是求解不連續(xù)問題、多尺度問題和極端高梯度問題等的理想計算方法，但仍很難精準(zhǔn)模擬新界面和裂紋面的侵入問題，且算法的健壯性和穩(wěn)定性不足，而計算成本往往數(shù)倍于有限元法，因而在斷裂工程分析中的應(yīng)用價值大大降低.最近，以BELYTSCHKO教授為代表的研究組通過富集經(jīng)典有限元法的位移模式，進(jìn)而提出擴(kuò)展有限元法(eXtended Finite Element Method，XFEM)的思想.XFEM保留常規(guī)有限元法的所有優(yōu)點，是迄今為止求解不連續(xù)問題最有效的數(shù)值方法之一. XFEM與經(jīng)典有限元法的最根本區(qū)別在于其使用的網(wǎng)格與結(jié)構(gòu)內(nèi)部的幾何或物理界面無關(guān)，從而克服在裂紋尖端進(jìn)行高密度網(wǎng)格剖分帶來的困難，實現(xiàn)不需經(jīng)繁瑣的后處理而直接獲得斷裂力學(xué)重要參量的目標(biāo).在最新版本的Abaqus軟件中，用戶已可以選擇嘗試XFEM技術(shù)研究裂紋擴(kuò)展過程，充分說明XFEM的有效性與可靠性.然而，XFEM在模擬裂紋擴(kuò)展時并非十全十美，也存在與無網(wǎng)格法類似的不足，最根本的解決方案仍然是從理論上去掉網(wǎng)格或開發(fā)更健壯的網(wǎng)格生成器.

河海大學(xué)章青教授認(rèn)為，計算力學(xué)的發(fā)展必須走向CAE.當(dāng)前，工程結(jié)構(gòu)的斷裂分析領(lǐng)域還沒有一個基于斷裂力學(xué)理論和方法、采用先進(jìn)裂紋擴(kuò)展技術(shù)、魯棒性高的高效計算機(jī)仿真系統(tǒng)，如果市場上能推出一款便捷、有效的高級專業(yè)斷裂失效分析CAE系統(tǒng)，無論是對學(xué)術(shù)研究還是對工程界都有巨大的吸引力和指標(biāo)意義.2010年11月，在湖南大學(xué)岳麓書院召開的中國科協(xié)第223次青年科學(xué)家論壇上，我國的科研人員展示一款三維裂紋擴(kuò)展仿真與分析軟件ALOFX.該軟件以目前最先進(jìn)、成熟的裂紋擴(kuò)展算法XFEM為基礎(chǔ)，利用具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的虛節(jié)點法(Virtual Node Method, VNM)，變革過去幾十年在裂紋擴(kuò)展分析中的“根據(jù)裂紋面切割網(wǎng)格”技術(shù)，使復(fù)雜結(jié)構(gòu)中裂紋的高效率、高準(zhǔn)確動態(tài)擴(kuò)展仿真分析成為可能.ALOFX走的是專業(yè)化軟件研發(fā)的道路.相信通過開源程序的合理利用和良好的市場運(yùn)作，該軟件必將取得成功，并最終實現(xiàn)以點帶面的效果，提振我國自主知識產(chǎn)權(quán)CAE軟件發(fā)展的信心和勇氣.

斷裂力學(xué)是機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計、制造和評估的下一代設(shè)計與校核理論.如果說20世紀(jì)下半葉是材料力學(xué)設(shè)計理論下有限元軟件獨(dú)步天下的話，那么21世紀(jì)上半葉則是斷裂力學(xué)設(shè)計理論下疲勞與斷裂力學(xué)分析軟件大放異彩的50年.

第8篇：粉末冶金的優(yōu)點范文

關(guān)鍵詞：液滴 均勻 脈沖 射流斷裂

一、緒論

（一）顆粒制備技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

顆?；苽浼夹g(shù)無論是在基礎(chǔ)理論研究，還是在氣體霧化、噴射干燥、噴射冷卻、熱噴涂、噴墨打印等具體工業(yè)生產(chǎn)中，都扮演著極為重要的角色。

傳統(tǒng)的微球制備方法包括霧化法、切絲重熔法、乳化法[1]等。這些方法都有各自的特點和局限性。1990年，美國麻省理工學(xué)院（MIT）教授Passow博士等一些材料科學(xué)專家提出了利用均勻液滴噴射法（Uniform Droplet Spray,UDS）生產(chǎn)粉末的工藝。該工藝保留了傳統(tǒng)粉末冶金工藝的優(yōu)點，克服了傳統(tǒng)工藝下的粉末顆粒尺寸分散、結(jié)晶不均勻、性能不一致等缺點。一些采用UDS工藝制造的新型合金粉末已在高科技領(lǐng)域得到應(yīng)用[2]。

（二）Rayleigh射流失穩(wěn)理論

1879年，英國科學(xué)家Rayleigh[3]利用數(shù)學(xué)模擬的方法分析了非粘性射流(層流)的斷裂現(xiàn)象。當(dāng)液體從噴嘴流出后，施加適當(dāng)頻率的微小擾動，由于表面張力的作用，在激振條件下，射流表面會產(chǎn)生表面波，隨著表面波在射流表面的增長，射流就斷裂成均勻液滴[4]。

（三）本文選題意義及主要工作

本文的目標(biāo)是針對UDS的不足，創(chuàng)新地設(shè)計了適用于均勻顆粒制備的流體脈沖噴射（Jet Pulse Spray, JPS）系統(tǒng)，利用脈沖式氣體施加于裝有待處理液體的密閉腔室，形成定量液體射流段，通過合理設(shè)置氣壓、脈沖頻率和脈寬等參數(shù)，可獲得粒徑分布窄、表面狀況良好的微球，為均勻微球提供了一種設(shè)備和工藝簡單的制備方法。

二、流體脈沖噴射系統(tǒng)制粒原理、實驗裝置、材料

（一）流體脈沖噴射系統(tǒng)制粒原理

應(yīng)用Rayleigh線性不穩(wěn)定理論，現(xiàn)有的射流斷裂技術(shù)主要利用壓電激振元件對液束施加擾動，使之分裂成液滴并最終凝固成形。為提高工藝穩(wěn)定性，本文通過旋轉(zhuǎn)切割的方式，利用周期轉(zhuǎn)動定量切割連續(xù)氣流，形成定量氣體脈沖，進(jìn)而擠出定量液體，使之?dāng)嗔殉删鶆蝾w粒。

（二）流體脈沖噴射系統(tǒng)實驗裝置

壓力氣體由管道中經(jīng)過剛性聯(lián)軸器，再進(jìn)入氣體脈沖發(fā)生器中。通過氣體脈沖發(fā)生器中闌孔之間的周期通閉，得到正弦定量氣體脈沖。氣體脈沖隨后進(jìn)入密閉噴射腔，將定量液體從噴嘴擠出，并斷裂成均勻顆粒。密閉噴射腔中損耗的液體通過補(bǔ)液腔進(jìn)行補(bǔ)充。

（三）實驗材料

因為石蠟具有熔點較低、易于成型、成本低廉等特點，本文選取固體切片石蠟作為研究對象。

三、實驗結(jié)果及理論分析

（一）轉(zhuǎn)速的影響

不使用本系統(tǒng)自由噴射所制得的微粒，結(jié)果出現(xiàn)了諸如粒度不均、板結(jié)、異型輪廓等典型霧化法缺陷。旋闌轉(zhuǎn)速在75rpm時制得的微粒，盡管相比不使用本系統(tǒng)在球?；先〉昧溯^明顯的改善，但其粒徑分布十分寬廣，均勻度低。隨著轉(zhuǎn)速上升，微粒均勻度和球化程度明顯改善，至350rpm時達(dá)到最佳值，球粒粒徑亦穩(wěn)定在520μm左右。當(dāng)轉(zhuǎn)速進(jìn)一步上升至450rpm時，球粒粒徑有變大趨勢，與350rpm相比平均粒徑有所提高，均勻度有所下降。由此可見該顆粒制備系統(tǒng)存在最佳匹配轉(zhuǎn)速，粒徑均勻度與旋闌轉(zhuǎn)速并非為簡單的單調(diào)變化關(guān)系。

（二）基于氣壓制粒模型

定量氣體脈沖進(jìn)入密閉噴射腔后，對腔內(nèi)液面產(chǎn)生大小為Pgas的氣壓，并與腔內(nèi)液體壓力Pliquid共同作用，從噴嘴處擠出流速為uj的液束。

經(jīng)推導(dǎo)可得式微粒的體積為：

式中P0為大氣壓，dN為噴嘴直徑，lN為噴射腔厚度，μ為液體粘度。

（三）氣壓模型預(yù)測值與實驗結(jié)果比較

理論計算得到的VN是在一個正弦氣體脈沖從噴嘴處擠出的液體總量。根據(jù)Rayleigh射流失穩(wěn)理論，射流會斷裂成均勻液滴。假設(shè)一個氣體脈沖擠出的液體均勻斷裂成N個液滴，N=1時即為射流沒有發(fā)生斷裂，如圖3所示，與實驗結(jié)果偏差較大。當(dāng)N=10時，模型預(yù)測值與實際值較為吻合。但在實現(xiàn)更有效的機(jī)電控制和工業(yè)應(yīng)用，本項目還有待進(jìn)一步深入研究。

[參考文獻(xiàn)]

[1]Schadler.V,Windhab E.J.,Continuous membrane emulsification by using a membrane system with controlled pore distance, Desalination,2006, 130-135

[2]張海慶.均勻顆粒成型法(UDS)原理及應(yīng)用,天津冶金,2001, 99(1),39-40.

[3]Rayleigh,On the instabitlity of jets,Proceedings London Mathematic Society, 1879,10(4),4-13.

第9篇：粉末冶金的優(yōu)點范文

關(guān)鍵詞:難熔金屬 材料 金屬硅化物

金屬硅化物具有熔點高、硬度高、高溫蠕變強(qiáng)度高、耐磨耐蝕性能優(yōu)異等突出優(yōu)點,是很有發(fā)展?jié)摿Φ氖覝丶案邷亟Y(jié)構(gòu)材料的開發(fā)研究對象。但是,金屬硅化物還存在比較嚴(yán)重的室溫脆性和較低的斷裂強(qiáng)度,嚴(yán)重影響著其應(yīng)用前景。因此,要走向工業(yè)化應(yīng)用,必須對其進(jìn)行低溫增韌和高溫增強(qiáng)。難熔金屬都具有熔點高、優(yōu)異的高溫抗蠕變性能、低的韌脆轉(zhuǎn)變溫度(DBTT)等特點,因此在用作高溫結(jié)構(gòu)材料方面無疑具有很大的優(yōu)勢。

1、Mo基固溶體增韌相的應(yīng)用

鉬是一種典型的難熔金屬,具有熔點高、彈性模量高、良好的塑性和韌性、高溫強(qiáng)度高、熱膨脹系數(shù)小等特點,是改善金屬硅化物室溫韌性和高溫強(qiáng)度的理想選擇之一。

多相Mo-Si-B合金因為具有高熔點、理想的抗氧化性和抗蠕變性能、比較好的室溫斷裂韌性等優(yōu)點而成為非常具有吸引力的高溫結(jié)構(gòu)材料,其中比較好的斷裂韌性就是因為材料中存在韌性良好的Mo基固溶體相。Schneibel等研究了分別用電弧熔煉和粉末冶金兩種工藝方法制備的Mo―12Si―8.5B(at.% )原位復(fù)合材料。Choe等對利用電弧熔煉工藝制備的Mo―12Si―8.5B原位復(fù)合材料的裂紋擴(kuò)展行為進(jìn)行了比較系統(tǒng)的研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在800～1200℃范圍內(nèi),材料的主要韌化機(jī)制為本征韌化,即通過影響裂紋產(chǎn)生的韌化,在這一溫度范圍內(nèi),―Mo相的韌性相對有限,增韌的效果也相對較弱。而當(dāng)溫度到達(dá)1300℃以后,材料的主要增韌機(jī)制為非本征韌化,即通過影響裂紋擴(kuò)展產(chǎn)生的韌化,―Mo增韌相的塑性變形、裂紋橋聯(lián)、裂紋偏轉(zhuǎn)以及界面脫粘為主要的增韌機(jī)理。研究表明,該材料在1400℃以上表現(xiàn)出了非常好的拉伸延性,并且拉伸延性隨溫度的下降和應(yīng)變速率的增加而迅速下降,在1400℃和10-4/s的應(yīng)變速率下,拉伸延伸率為150%,在1350℃和10―4/s的應(yīng)變速率下降為25%,而在1400℃和10―3/s的應(yīng)變速率下僅為20%。該材料在1450℃和10-4/s的應(yīng)變速率下的斷裂模式為沿晶斷裂,說明拉伸延性主要來自于晶界滑移,而不是晶粒變形。位錯運(yùn)動主要發(fā)生在―Mo相中,少量發(fā)生在Mo3Si相中,而在Mo5SiB2相中幾乎沒有。該材料在1400℃時的高溫強(qiáng)度為500MPa,這主要是因為材料具有―Mo網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),在晶界滑移過程中,延性的―Mo晶粒吸收了滑移應(yīng)變,減少了在三角晶界形成空腔的趨勢,從而延遲了斷裂過程的發(fā)生。

2、難熔金屬Nb的特性及在金屬硅化物中的應(yīng)用

難熔金屬Nb具有比較好的韌性,并且其熔點(2472℃)和熱膨脹系數(shù)(7.3×10-6K-1)都與Nb5Si3比較相近,因此近年來由Nb增韌Nb5Si3金屬硅化物雙相復(fù)合材料得到了廣泛的研究,文獻(xiàn)報道了由脆性Nb5Si3相和韌性Nb粒子組成的復(fù)合材料表現(xiàn)出了良好的力學(xué)性能平衡。單相Nb5Si3的斷裂韌性(

盡管Nb對金屬硅化物具有一定的增韌作用,但是具有不同組織形貌特征的Nb增韌相所能達(dá)到的增韌效果卻差別很大。Soboyejo等人以平均直徑為200 m的Nb粉末、人工擰結(jié)的直徑為250 m和750 m的Nb纖維、厚度為200 m的Nb箔片以及平均直徑約44 m的MoSi2粉末為原料,利用熱等靜壓(HIP)工藝制備出分別由Nb顆粒、不同直徑Nb纖維和片狀Nb增韌的MoSi2/Nb復(fù)合材料,這幾種材料中Nb增韌相的體積分?jǐn)?shù)均為20%,系統(tǒng)研究了幾種材料的彎曲強(qiáng)度、斷裂韌性和裂紋生長速率。從彎曲強(qiáng)度結(jié)果來看,在1100℃以下時,纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有最高的高溫強(qiáng)度,并且隨溫度的升高而增加,當(dāng)溫度超過1100℃以后,幾種材料的強(qiáng)度都隨溫度的升高而降低。從斷裂韌性數(shù)值及斷口形貌來看,片狀Nb增韌相具有最佳的增韌效果,其斷裂韌性數(shù)值高達(dá)16-20MPa.m1/2,Nb增韌相的斷裂模式也只有韌窩斷裂,而顆粒、細(xì)纖維和粗纖維增韌的MoSi2/Nb復(fù)合材料的斷裂韌性分別為5.7MPa.m1/2、9.1MPa.m1/2和14.1MPa.m1/2,并且斷口中Nb增韌相都發(fā)生了不同程度的解理斷裂。從增韌機(jī)理來看,幾種材料也不盡相同,顆粒增韌復(fù)合材料主要是連續(xù)的裂紋傾斜和纏結(jié)而發(fā)生的裂紋偏轉(zhuǎn),而纖維和片狀Nb相增韌復(fù)合材料主要是裂紋尖端的鈍化和裂紋搭橋。從裂紋生長速率來看,在粗纖維增韌復(fù)合材料中最快,大約比在細(xì)纖維增韌復(fù)合材料中快一個數(shù)量級,比在片狀增韌和顆粒增韌復(fù)合材料中快2個數(shù)量級。

3、結(jié)束語

難熔金屬在金屬硅化物基復(fù)合材料中可以有效地減少裂紋產(chǎn)生、抑制裂紋擴(kuò)展和防止顯微剝落,從而對金屬硅化物起到強(qiáng)有力的支撐作用,大大改善材料的韌性。此外,難熔金屬具有很高的熔點,保證了金屬硅化物基復(fù)合材料在高溫下使用時能夠具有較高的強(qiáng)度。因此,難熔金屬增韌金屬硅化物是一種制備具有良好強(qiáng)韌性配合的新型室溫及高溫結(jié)構(gòu)材料的研究方向和熱點。

參考文獻(xiàn):