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材料加工技术的发展现状与展望

发布时间:2019-08-27 12:12
材料作为一种物质基础是人类在生存和发展中的必需品,同时也是社会现代化中物质发展的先导。自从1970年之后的材料就已经被誉为人类文明支柱的其中之一了。材料技术的进步与发展不但使其传统材料的生产率进行了有效的提高,成本得到了降低,服役寿命也得到了一定程度的延长,同时也对研究新材料有着促进作用,在进行材料的看开发和应用是起到的作用是决定性的。
一、材料加工技术的发展历史与现状
汀田辉史是一名日本学者,他认为以整个人类历史发展的角度来看待发展材料加工技术的一系列过程,一直到今天为止发生的材料加工技术的变化中,有五次是具有革命性的。
大概在公元前40000年起,人类便开始进行了发展有石器时代逐渐发展成为了青铜器时代。铜的铸造技术和熔炼技术是材料发展的一个契机,人类逐渐开始对自然资源进行掌握,铸造工具的材料逐渐由金属取代了石器。这便是第一次材料加工技术中所出现的革命,人类的社会活动以及生产能力也因为这一次的革命有了非常大的进步。
从公馆前十四世界之后,规模较大的锻造技术以及炼铁技术是代表着材料加工技术的发展和出现使得人类历史上进行了第二次变革加工技术材料,。自从人类由铁器时代逐渐发展,进入了青铜时代,武器和工具都得到了很大程度的发展,同时也不断大幅提高着生产率的水平。
早在公元一千三百多年之前,就有了就出现了规模较大材料加工技术,其中包括锻造技术和炼铁技术,在一定程度上促成了材料加工技术的发展与变革。自从人类进入到铁器时代之后,武器和工具都得到了非常迅速的发展,同时还大幅度提高了生产水平。
自从20世纪后期开始,航空航天以及电子信息等一系列的技术发展都迅速起来,在开发与研究新材料时起到了很大的促进与刺激作用,以精细陶瓷材料、高温超导材料、纳米材料为代表的一系列新材料涌现了出来。但到目前普遍存在这一个问题那就是新材料制备与研制并不是同步进行发展的。作为先进材料的高温超导材料以及陶瓷梯度材料都是非常具有实用价值同时又有着明显的优越性,但是在制备时花费的成本相对较高,有没有非常高的生产效率。材料加工技术的实际进展与对功能材料进行设计的研究进展有着非常大的差距,因此由于这种因素对这些较为先进并具有较高性能的应用产生了制约。
所以,对制造材料的成形、制备与加工技术等这些问题的重要性在目前这种情况下是非常突出的。
事实上,早在1990年之后就已经开始了第五次的对于材料加工的技术革命,就现状发展而言,材料对象中具有代表性的是复合材料以及人工点阵,其中尤其是层状复合材料以及人工多层膜等,都能够将革命技术的特征体现出来。
二、材料加工技术的发展趋势与方向
材料加工技术发展的趋势可以总结为“技术综合、学科综合、过程综合”三个综合。过程综合的含义分为两个方面,一是指材料制备。设计加工与成形整个流程的一体化,各个环节之间的关系逐渐紧密,第二个便是指多个过程的短流程化,例如半固态加工技术、喷射半成形技术和连续铸轧技术等一系列的技术。
所谓的技术综合就是指在对于材料加工技术被大家认可之后逐渐发展成为了一门结合多种技术进行技术应用的科学,尤其是在成形、制备、计算机技术与加工技术上都有所体现。
学科综合在传统三级学科之间的综合,与材料化学与物理、材料学等第二级综合的学科,与信息工程、计算机工程、环境工程等材料科学与除了工程学以外的其他的学科综合。随着中工程的其他二级学科的界限越来越模糊的变化,越来越强的相互依赖性与学科渗透。
从某种意义上来说对于现代科学技术早期发展时期所具有的特点,“按照实际的使用要求来对材料进行设计。
基于在之前对材料加工技术发展的特征和趋势,金属材料加工技术的发展方向主要包括以下几个方面。
1.将常规的金属材料进行加工的工艺高效化和短流程化
将传统形成材料的模式以及加工模式打破,将生产工艺的流程进行进一步的缩短,将工艺环节进行尽可能的简化,最终实现流程短,成形快的要求,能够使得生产效率进行进一步的提高。连续铸轧、半固态成形以及连续铸挤等是将成形与已经呈现凝固状态的两个产品合在一起,对其的控制更加的精确,形成降耗、节能、高效、以及优质的新工艺和新技术。
到目前为止,在国外一些发展较先进的国家已经将大规模的应用这种技术,在镁合金以及铝合金的生产与加工中都有所应用。镁合金主要有流变压铸、触变锻造和触变压铸等方法来达到半固态半成形的状态。而到目前为止在对于将镁合金加工到半固态版成形的状态技术较为成熟的只有半固态触变注射成形技术。半固态加工技术的一个未来非常重要的发展方向是钢铁材料的高熔点以及对于钛合金的生产与应用。钛合金有着非常广泛的用途,但是在进行成形加工时较为困难,进一步探寻与开发其生产工艺与加工技术对于其发展有着非常大的意义。
连续铸轧也就是将金属熔体进行直接的轧制,制成及成品带材以及薄带坯的工艺,自从1950年之后这种技术已经广泛应用在了有色金属带材的生产上。他目前发展的方向就是将规格品种进行进一步的扩大,以及高速高精度的同时应用在钢铁材料的生产上。
2.将加工技术进行进一步的发展,实现性能与组织能够精确控制的效果
将加工技术进行进一步的发展,实现能够精确的对性能以及组织进行控制的目标,将传统的材料所具备的使用性能进行进一步的提高,将难加工材料所具备的加工性能进行进一步的改善,从而将具有的附加价值进一步的开发出来。
例如,对非平衡凝固技术进行发展,以及发展电磁连铸技术和电磁铸轧技术,可以在对制备材料的过程中通过精确控制冷却的速度以及外场对其产生的作用,将材料的组织进行进一步的改善,将材料所具备的性能进行大幅度的提高。应用低温强加工技术、等温成形技术、可以通过精确控制工艺参数以及成形加工的一系列过程,对材料的性能与组织进行精确的控制,或者对较难成形的零部件以及加工材料进行发展,同时将材料中所具备附加价值进行进一步的提高。
将层状复合材料成形技术、超塑性技术进行进一步发展,对于新材料的发展及其有利,同时也促进了对于新材料的应用。
三、 结束语
迅速发展的科学技术,不仅对材料加工技术的发展和进步进行了一系列的促进,同时也对其过程综合、学科综合以及技术综合的一系列进程也起到了一定的促进作用。从另一个角度来说,在进入21世纪之后人们面临的最为严峻的问题就是能源、资源、环境等一系列的可持续发展的问题。所以,降耗、节能、优质和高效,不再是仅仅发展材料加工技术,同时还对于技术革命也是极其重要的。
参考文献
[1]谢建新.21世纪的先进复合材料加工技术.北京:中国科学技术出版社.2012
[2]谢水生,黄生宏.半固态金属加工技术及其应用.北京:冶金工业出版社.2011
[3]王祝堂.迈向新世纪的世界铝带呸铸轧.轻合金加工技术.2010

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