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世界有色金属 2023年 5月上10冶金冶炼M etallurgical smelting挤压铸造双金属复合材料成型工艺及性能分析户 芳，高秀峰，叶 云（山西晋中理工学院，山西 晋中 ０３０６００）摘 要：双金属复合材料是一种具有高利用率、综合性能优于其它金属材料的新型浇铸材料，为此，本文对挤压铸造工艺和性能进行了分析。
首先，通过对双金属复合材料的模态结构的建模、固液复合度的控制、双金属材料的包覆温度和退温成型等方面的研究，而后对其成型过程进行了分析，最后再对其导电性、轻量化等方面作了较为深入的研究。
关键词：复合材料；性能分析；挤压铸造；成型工艺中图分类号：ＴＧ２４９．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０２３）０９－００１０－３Forming Technology and Performance Analysis of Squeeze Casting Bimetal CompositesHU Fang, GAO Xiu-feng, YE Yun（Ｓｈａｎｘｉ Ｊｉｎｚｈｏｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｊｉｎｚｈｏｎｇ ０３０６００，Ｃｈｉｎａ）Abstract: Ｂｉｍｅｔａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｉｓ ａ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｏｆ ｃａｓｔｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ａｎｄ ｂｅｔｔｅｒ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｔｈａｎ ｏｔｈｅｒ ｍｅｔａｌ ｍａｔｅｒｉａｌｓ． Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ， ｔｈｅ ｓｑｕｅｅｚｅ ｃａｓｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ． Ｆｉｒｓｔ ｏｆ ａｌｌ， ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｄａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｂｉｍｅｔａｌｌｉｃ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ， ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｌｉｄ－ｌｉｑｕｉｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ， ｔｈｅ ｃｏａｔｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｂｉｍｅｔａｌｌｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌ ａｎｄ ｔｈｅ ａｎｎｅａｌｉｎｇ ｍｏｌｄｉｎｇ， ｔｈｅ ｍｏｌｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ， ａｎｄ ｆｉｎａｌｌｙ， ｔｈｅ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ ｏｆ ｔｈｅ ｂｉｍｅｔａｌｌｉｃ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ａｒｅ ｆｕｒｔｈｅｒ ｓｔｕｄｉｅｄ．Keywords: ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ； Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ； Ｓｑｕｅｅｚｅ ｃａｓｔｉｎｇ； Ｆｏｒｍｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ收稿日期：２０２３－０３作者简介：户芳，女，生于１９８８年，汉族，山东曹县人，硕士研究生，助教，研究方向：材料成型。
简述熔融沉积成型的成型原理熔融沉积成型是一种高效、精确的制造技术，可以实现复杂零件的快速制造。
其成型原理主要基于熔融金属的沉积和凝固过程。
在熔融沉积成型过程中，金属材料首先被加热至其熔点以上，使其变为熔融状态。
然后，通过控制加热源的移动和喷射速度，将熔融金属喷射到工件的特定位置上。
在喷射过程中，熔融金属与已有的材料层发生热交换，迅速冷却并凝固。
随着喷射的持续进行，熔融金属逐渐沉积在工件上，形成所需的形状和结构。
熔融沉积成型的成型原理可以分为以下几个关键步骤：1. 材料预处理：在熔融沉积成型之前，需要对金属材料进行预处理。
这包括去除表面的氧化物和杂质，以确保沉积的金属材料具有良好的质量和精度。
2. 加热和熔化：通过引入高温能源，如激光束或电弧，将金属材料加热至其熔点以上，使其变为熔融状态。
在熔化过程中，金属材料的颗粒逐渐熔化并形成液态金属。
3. 喷射和沉积：通过控制加热源的移动和喷射速度，将熔融金属喷射到工件的特定位置上。
喷射过程中，熔融金属与已有的材料层发生热交换，迅速冷却并凝固。
随着喷射的持续进行，熔融金属逐渐沉积在工件上，形成所需的形状和结构。
4. 层与层的连接：在沉积过程中，各层之间需要保持良好的连接。
这可以通过控制喷射参数、调整喷射路径和优化沉积策略来实现。
确保各层之间的连接性对于最终工件的性能和质量非常重要。
5. 结构调整和后处理：在完成沉积过程后，可能需要对工件进行结构调整和后处理。
这包括去除不需要的材料、表面光洁处理、热处理等。
这些步骤可以进一步提高工件的质量和性能。
熔融沉积成型技术的成型原理基于金属材料的熔化和凝固过程，通过控制喷射参数和沉积策略，可以实现复杂零件的高精度制造。
与传统的制造方法相比，熔融沉积成型具有快速、灵活和可定制性强的优势，被广泛应用于航空航天、汽车制造、医疗器械等领域。
随着材料科学和制造技术的不断发展，熔融沉积成型技术将进一步推动制造业的创新和进步。
金属材料成型加工中的退火工艺与性能研究引言：金属材料的成型加工是工业生产中不可或缺的环节，而退火工艺则是其中重要的一部分。
退火可以改善金属材料的性能，使其具备更好的可塑性、韧性和强度。
本文将探讨金属材料成型加工中的退火工艺与性能研究，以期为相关领域的研究和应用提供一定的参考。
一、退火工艺的定义与分类退火是指通过加热和冷却的方式，使金属材料的晶体结构发生变化，从而改变其性能。
根据加热温度和冷却速度的不同，退火可以分为多种类型，如全退火、等温退火、时效退火等。
不同的退火工艺适用于不同的金属材料和成型加工要求。
二、退火工艺对金属材料性能的影响1. 可塑性的提高：退火过程中，金属材料的晶体结构发生再排列，晶界得到清晰化和细化，从而提高了材料的可塑性。
这使得金属材料在后续的成型加工中更容易塑性变形，形成所需的形状。
2. 韧性的改善：退火可以消除金属材料中的内应力，减少晶界的断裂和晶粒的断裂，从而提高材料的韧性。
这对于一些需要承受冲击或振动负荷的零件尤为重要。
3. 强度的调控：通过不同的退火工艺，可以调节金属材料的晶粒尺寸和晶界结构，从而改变其强度。
全退火可以使晶粒尺寸变大，提高材料的强度，而时效退火则可以使晶界结构更加均匀，提高材料的抗拉强度。
4. 微观组织的改善：退火还可以消除金属材料中的组织缺陷，如晶格缺陷和位错。
这使得材料的结构更加均匀，减少了内部的应力集中，提高了材料的整体性能。
三、退火工艺的研究方法1. 实验研究：通过设计不同的退火工艺参数，如温度、时间和冷却速度等，对金属材料进行退火处理，并对处理后的材料进行性能测试。
实验研究可以直观地观察到退火工艺对材料性能的影响。
2. 数值模拟：利用计算机模拟方法，建立金属材料的退火过程模型，通过模拟不同工艺参数下的晶体结构演变和性能变化，预测退火工艺对材料性能的影响。
数值模拟可以为实验研究提供理论依据和参考。
3. 综合分析：将实验研究和数值模拟的结果进行综合分析，探讨不同退火工艺参数对金属材料性能的综合影响。
流体力学在金属材料成型中的应用研究引言流体力学是一门研究流体静力学和流体动力学的学科，通过对流体的运动和力学性质的研究，可以对金属材料成型过程中的流体行为进行深入分析和研究。
金属材料成型是制造业中的关键工艺之一，了解其形变行为对提高成品的质量和加工效率具有重要意义。
本文将介绍流体力学在金属材料成型中的应用研究，包括金属材料成型的基本原理、流体力学的基本理论以及其在金属材料成型中的应用案例。
金属材料的成型原理金属材料的成型是指通过对金属材料进行加工，改变其形状、大小和性能的过程。
根据材料以及制造工艺的不同，金属材料成型可以分为压力成型和非压力成型两大类。
压力成型是指将金属材料置于模具中，在施加一定压力的作用下，使其产生塑性变形，从而得到所需的形状。
常见的压力成型工艺有锻造、挤压、轧制等。
非压力成型是指将金属材料通过熔化、凝固、结晶等方式实现形状改变。
常见的非压力成型工艺有铸造、熔模铸造、凝固等。
无论是压力成型还是非压力成型，都离不开流体的运动行为。
因此，流体力学的应用在金属材料成型中具有重要意义。
流体力学的基本理论流体静力学流体静力学研究不可压缩流体在静止状态下的力学性质。
不可压缩流体满足以下基本方程：•连续性方程：$\ abla \\cdot \\mathbf{v} = 0$•动量方程：$\\rho \\mathbf{v} \\cdot \ abla \\mathbf{v} = - \ abla p + \\mu \ abla^2 \\mathbf{v}$•状态方程：$p = p(\\rho)$其中，$\\rho$为流体的密度，$\\mathbf{v}$为流体的速度场，p为流体的压力，$\\mu$为流体的动力黏度。
流体动力学流体动力学研究流体在运动状态下的力学性质。
流体动力学包括不可压缩流体动力学和可压缩流体动力学两个方面。
不可压缩流体动力学满足以下基本方程：•连续性方程：$\ abla \\cdot \\mathbf{v} = 0$•动量方程：$\\rho \\mathbf{v} \\cdot \ abla \\mathbf{v} = - \ abla p + \\mu \ abla^2 \\mathbf{v} + \\mathbf{f}$•能量方程：$\\rho \\left( \\frac{\\partial e}{\\partial t} + \\mathbf{v} \\cdot \ abla e \\right) = - p \ abla \\cdot \\mathbf{v} + \\mu \ abla \\mathbf{v} : \ abla \\mathbf{v} + \\mathbf{f} \\cdot \\mathbf{v} + q$ 其中，$\\mathbf{f}$为流体所受的外力密度，e为单位质量流体的内能，q为单位质量流体的热源强度。
金属材料成型工艺：基本要求与注意事项一、引言金属材料是工业制造中的重要组成部分，其成型工艺对于产品的质量、性能和外观都具有至关重要的影响。
本文将详细介绍金属材料的几种主要成型工艺，包括铸造、锻造、焊接、粉末冶金等，并阐述在金属制作成型和制作过程中需要注意的问题及工艺。
二、金属材料成型工艺1.铸造工艺：铸造是将熔融的金属倒入模具中，待其冷却凝固后形成所需形状的工艺。
铸造工艺适用于制造复杂形状的零件，但易产生气孔、缩孔等缺陷。
2.锻造工艺：锻造是将金属坯料放在砧铁上，通过冲击或压力使其变形，达到所需形状和尺寸的工艺。
锻造工艺适用于制造高强度、耐腐蚀的零件，但易产生变形和裂纹。
3.焊接工艺：焊接是通过高温或压力将两块金属连接在一起的工艺。
焊接工艺适用于制造大型或复杂的零件，但易产生热影响区和应力裂纹。
4.粉末冶金工艺：粉末冶金是将金属粉末在高温下烧结成型的工艺。
粉末冶金工艺适用于制造复杂形状、高精度和小批量零件，但成本较高。
三、金属制作成型和制作需要注意的问题及工艺1.材料选择：根据产品要求选择合适的金属材料，考虑其物理性能、化学成分、力学性能等因素。
2.模具设计：根据产品要求设计合理的模具结构，确保模具的强度、刚度和精度。
3.成型过程控制：严格控制成型过程中的温度、压力、时间等因素，确保产品达到预期的形状和尺寸。
4.质量检测：对成型后的产品进行质量检测，包括外观检查、尺寸检测、无损检测等，确保产品质量符合要求。
5.环境保护：在金属制作成型和制作过程中要注意环境保护，减少废气、废水、废渣的产生，降低能源消耗和碳排放。
6.生产效率：在保证产品质量的前提下，要尽可能提高生产效率，降低生产成本，提高市场竞争力。
四、结论金属材料成型工艺是工业制造中的重要环节，对于产品的质量、性能和外观具有决定性的影响。
在实际生产中，要根据产品要求选择合适的成型工艺，注意材料选择、模具设计、成型过程控制、质量检测、环境保护和生产效率等方面的问题，以确保产品的质量和生产的顺利进行。
工程材料参考答案第1章机械工程对材料性能的要求思考题与习题P201.3、机械零件在工作条件下可能承受哪些负荷？这些负荷对零件产生什么作用？p4工程构件与机械零件（以下简称零件或构件）在工作条件下可能受到力学负荷、热负荷或环境介质的作用。
有时只受到一种负荷作用，更多的时候将受到两种或三种负荷的同时作用。
在力学负荷作用条件下，零件将产生变形，甚至出现断裂；在热负荷作用下，将产生尺寸和体积的改变，并产生热应力，同时随温度的升高，零件的承载能力下降；环境介质的作用主要表现为环境对零件表面造成的化学腐蚀，电化学腐蚀及摩擦磨损等作用。
1.4 整机性能、机械零件的性能和制造该零件所用材料的力学性能间是什么关系？p7机器的整机性能除与机器构造、加工与制造等因素有关外，主要取决于零部件的结构与性能，尤其是关键件的性能。
在合理而优质的设计与制造的基础上，机器的性能主要由其零部件的强度及其它相关性能来决定。
机械零件的强度是由结构因素、加工工艺因素、材料因素和使用因素等确定的。
在结构因素和加工工艺因素正确合理的条件下，大多数零件的体积、重量、性能和寿命主要由材料因素，即主要由材料的强度及其它力学性能所决定。
在设计机械产品时，主要是根据零件失效的方式正确选择的材料的强度等力学性能判据指标来进行定量计算，以确定产品的结构和零件的尺寸。
1.5常用机械工程材料按化学组成分为几个大类？各自的主要特征是什么？p17机械工程中使用的材料常按化学组成分为四大类：金属材料、高分子材料、陶瓷材料和复合材料。
1.7、常用哪几种硬度试验？如何选用P18？硬度试验的优点何在P11？硬度试验有以下优点：●试验设备简单，操作迅速方便；●试验时一般不破坏成品零件，因而无需加工专门的试样，试验对象可以是各类工程材料和各种尺寸的零件；●硬度作为一种综合的性能参量，与其它力学性能如强度、塑性、耐磨性之间的关系密切，由此可按硬度估算强度而免做复杂的拉伸实验（强韧性要求高时则例外）；●材料的硬度还与工艺性能之间有联系，如塑性加工性能、切削加工性能和焊接性能等，因而可作为评定材料工艺性能的参考；●硬度能较敏感地反映材料的成分与组织结构的变化，故可用来检验原材料和控制冷、热加工质量。
材料成型力学原理部分第十四章金属塑性变形的物理基础1、塑形成形：利用金属的塑性，使金属在外力作用下成形的一种加工方法，亦称金属塑性加工或金属压力加工。
2、金属塑性成形的优点：生产效率高、材料利用率高、组织性能亦改变、尺寸精度高。
3、塑性成形工艺：锻造、轧制、拉拔、挤压、冲裁、成型4、金属冷塑形变形的形式：1、晶内变形：滑移和孪生2、晶间变形：晶粒间发生相互滑动和转动5、加工硬化：在常温状态下，金属的流动应力随变形程度的增加而上升，为了使变形继续下去，就需要增加变形外力或变形功。
（指应变对时间的变化率）6、热塑性变形时金属组织和性能的变化1、改善晶粒组织2、锻合内部缺陷3、破碎并改善碳化物和非金属夹杂物在钢中的分布4、形成纤维组织5、改善偏析7、织构的理解：多晶体取向分布状态明显偏离随机分布的取向分布结构。
8、细化晶粒：1、晶粒越细小，利于变形方向的晶粒越多2、滑移从晶粒内发生止于晶界处，晶界越多变形抗力越大9、热塑性变形机理：晶内滑移、晶界滑移和扩散蠕变10、塑性：不可逆变形，表征金属的形变能力11、塑性指标：金属在破坏前产生的最大变形程度12、影响塑性的因素：1、化学成分和合金成分对金属塑性的影响2、组织状态对金属塑性的影响3、变形温度4、应变速率5、应力状态13、单位流动压力P：接触面上平均单位面积上的变形力14、碳和杂质元素的影响碳：其含量越高，塑性越差；磷：冷脆；硫：热脆性；氧：热脆性；氮：时效脆性、蓝脆、气孔；氢：氢脆、白点、气孔和冷裂纹等15、合金元素的影响：塑性降低硬度升高16、金属组织的影响（1）晶格类型（2）晶粒度（3）相组成(4)铸造组织17、变形温度对金属塑性的影响：对大多少金属而言，总的趋势是随着温度升高，塑性增加。
但是这种增加并不是线性的，在加热的某些温度区间，由于相态或晶界状态的变化而出现脆性区，使金属的塑性降低。
（蓝脆区和热脆区）18、变形抗力：指金属在发生塑性变形时，产生抵抗变形的能力一般用接触面上平均单位面积变形力来表示，又称单位面积上的流动压力19、质点的应力状态：变形体内某点任意截面上应力的大小和方向20、对变形抗力的影响因素：①化学成分：纯金属和合金②组织结构：组织状态、晶粒大小和相变③变形温度④变形程度：加工硬化⑤变形速度⑥应力状态21、金属的超塑性：细晶超塑性、相变超塑性第十五章应力分析1、研究塑性力学时的四个假设：①连续性假设：变形体不存在气孔等缺陷②匀质性假设:质点的组织、化学成分等相同③各向同性假设④体积不变假设2、质点：有质量但不存在体积或形状的点3、内力：在外力作用下，物体内各质点之间就会产生相互作用的力。
金属塑性成形理论基础（一）金属塑性变形机制参考讲义前言金属塑性加工是利用金属的塑性，在外力的作用下，通过模具(或工具)使简单形状的坯料成形为所需形状和尺寸的工件(或毛坯)的技术。
它也被称之为塑性成形或压力加工。
金属塑性加工方法主要包括锻造、冲压、轧制、拉拔、挤压等几种类型。
为何采用塑性成形技术？⏹金属经过塑性成形后能改善其组织结构和力学性能。
铸造组织经过热塑性变形后由于金属的变形和再结晶，会使原来的粗大枝晶和柱状晶粒变为晶粒较细、大小均匀的等轴再结晶组织，使钢锭内原有的偏析、缩松、气孔、夹渣等压实和焊合，其组织变得更加紧密，提高了金属的塑性和力学性能。
因此铸件的力学性能低于同材质的锻件的力学性能。
⏹塑性成形能保证金属纤维组织的连续性，使锻件的纤维组织与锻件外形保持一致，金属流线完整，可保证零件具有良好的力学性能与长的使用寿命。
什么是塑性变形？当外力增大到使金属的内应力超过该金属的屈服极限以后，金属就会产生变形。
当外力停止作用后，金属的变形并不消失。
这种变形称为塑性变形。
（当外力作用在金属上时，如受拉，金属内的原子间距变大，如果这种变化是弹性范围内的，当外力去除后，原子还能恢复到原来的状态；如果外力较大，这种变化就达到了塑性阶段了，当外力去除之后，有一部分变化就不能恢复了，金属就发生了塑性变形。
作为一种极限，当外力大到一定程度，原子间的结合力被打破，那么金属就断了。
）塑性是指金属材料在载荷外力的作用下，产生永久变形（塑性变形）而不被破坏的能力。
塑性不仅与材料本身的性质有关，还与变形有方式和变形条件有关。
材料的塑性不是固定不变的，不同的材料在同一变形条件下会有不同的塑性，而同一材料，在不同的变形条件下，会表现不同的塑性。
塑性是反映金属的变形能力，是金属的一咱重要的加工性能。
塑性好的材料可以顺利地进行某些成型工艺加工，如冲压、冷弯、冷拔、校直等。
金属材料通过冶炼、铸造，获得铸锭后，可通过塑性加工的方法获得具有一定形状、尺寸和力学性能的型材、板材、管材或线材，以及零件毛坯或零件。
