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材料科学与工程 认识实习报告中南大学材料厂中南大学材料厂是隶属中南大学材料科学与工程学院的一个机构，其车间有多台工艺处理设备，如真空熔炼炉，电阻炉，挤压机，轧机等。此次认识实习我们主要接触了解学习了一下几种工艺处理方法，其中挤压工艺是我们学习的重点。1)熔铸与热处理工艺：A：真空熔炼炉：炼铜 铁 钒 铬等较高熔点的金属规格：型号：ZG-0.05 额定容量：50kg额定功率：100kw 工作电压：350250V 频率：2500HzB：电阻炉：电阻炉：炼铝 镁 等低熔点的金属C：粉末冶金的方法得到高熔点的金属2)轧制工艺：双辊扎机(冷轧不可逆的机型)结构：电动机、减速机、齿轮机座、滚轮组等延伸方向：伸长 由于辊轴是圆的，力沿切线方向，金属的流动性使轧件趋于变长而加宽则不甚明显。3)挤压工艺：挤压机结构：挤压杆、挤压筒、挤压模、冷床等工艺流程：挤压机传输冷却拉直挤压是将金属毛坯放入模具模腔内，在强大的压力和一定的速度作用下，迫使金属从模腔中挤出，从而获得所需要形状、尺寸以及具有一定力学性能的挤压件。显然，挤压加工是靠模具来控制金属流动，靠金属的大量移动来成形零件的。挤压的成形速度范围很广，它既可在专用挤压机上进行，也可在一般的机械压力机、液压机、摩擦压力机以及高速锤上进行；挤压的成形温度也很广，它既可在常温、中温中进行，也可在高温中进行。1挤压工艺的分类根据金属被挤出方向与加压方向的关系可将挤压分为以下几种。1)正挤压：金属被挤出方向与加压方向相同。挤压件的截面形状既可以是圆形的也可以是非圆形的。2)反挤压：金属被挤出方向与加压方向相反。反挤压法适用于制造截面是圆形、矩形、“山形、多层圆形、多格盒形的空心件等。3)复合挤压：一部分金属的挤出方向与加压方向相同，另一部分金属的挤出方向与加压方向相反，是正挤和反挤的复合。复合挤压法适用于制造截面是圆形、方形、六角形、齿形等的双杯类、杯杆类或杆杆类挤压件。4)径向挤压：挤压时金属的流动方向与凸模轴线方向相垂直，金属在凸模作用下沿径向流动，用于制造某些在径向有突起部分的工件。5)减径挤压：是一种变形程度较小的变态正挤压法，毛坯截面仅作轻度缩减，主要用于制造直径差不大的阶梯轴类挤压件以及作为深孔薄壁杯形件的修整工序。它特别适合于长轴类件的挤压，是加工带有多台阶轴的有效方法，并适合于加工沟槽浅的花键轴和三角形齿花键轴。2挤压工艺的优缺点挤压加工有许多的优点，主要表现在挤压变形过程的应力应变状态、金属流动行为、产品的综合质量、生产的灵活性与多样性、生产效率与成本等方面。1)提高金属的变形能力。金属在挤压时处于强烈的三向压应力状态，可以充分发挥其塑性，获得大变形量。2)制品综合质量高。挤压变形可以改善金属材料的组织，提高其力学性能，特别是对于一些具有挤压效应的铝合金，其挤压制品在淬火时效后，纵向(挤压方向)力学性能远高于其他加工方法生产的同类产品。与轧制、锻造等加工方法相比，挤压制品的尺寸精度高、表面质量好。3)节约原材料。挤压属于少、无切削加工，大大节约了原材料。4)产品范围广。挤压加工不但可以生产截面形状简单的工件、管、棒、线材，而且还可以生产截面形状复杂的实心件和空心件、型材、制品截面沿长度方向分阶段变化的和逐渐变化的变截面型材，其中许多截面形状的制品是采用其他塑性加工方法无法成形的。挤压制品的尺寸范围也非常广。5)生产灵活性大、生产效率高。挤压加工具有很大的灵活性，只要更换模具就可以在同一台设备上生产形状、尺寸规格和品种不同的产品。挤压操作简便，容易掌握，生产效率高，对工人技术等级要求较低。除了上述挤压共有的优点，冷挤压还具有以下几个特点：1、能够得到强度高、刚性好而质量轻的挤压件；2、挤压件精度等级高、表面粗糙度小；3、节约能源，工作环境得到较大改善。由于冷挤压工艺具有上述优点，它已越来越多地用来大量生产软质金属、低碳钢、低合金钢等零件。但是冷挤压的优点往往不能用简单的方法发挥出来，因为冷挤压是金属在冷态、强烈的三向压应力状态下变形的，变形抗力较大。冷挤压有以下几个缺点：1)模具易磨损，易损坏，因此对模具材料要求高。目前一般模具钢，其许用应力最大只能达到2500MPa，最好的硬质合金也不超过3500MPa。为了解决冷挤压的主要矛盾，需采取各种技术措施，在尽力降低冷挤压材料变形抗力的同时，设法提高模具的承受能力，如采用多层预应力组合凹模，以利于冷挤压生产的顺利进行。2)对挤压设备要求较高，吨位大，除了要求挤压设备应有较大的强度以外，还要求有较好的刚度。此外，还要求设备具有良好的精度并具有可靠的保险装置。3)对所加工的原材料要求高，冷挤压时材料在冷态下发生很大的变形。为了避免加工过程中的多次退火，必须注意选用组织致密和杂质少(特别是易导致钢的冷脆性的磷的含量要低)的材料。冷挤压件一般在挤压后都不进行精加工，所以必须选用精度高的坯料。冷挤后要进行切削加工的零件，须选用易切削材料。冷挤后要进行淬火的零件，则需选淬透性好的材料。材料的这些性质和它的冷挤压工艺性往往正好相反。因而需要研制适合冷挤压的新材料，以满足多方面的要求。4)挤压前坯料处理复杂。所用毛坯往往要进行软化退火和表面磷化皂化等润滑处理。润滑对冷挤压来说非常重要，目前常用的磷化皂化方法是有效的，但是工序多、周期长、易污染。在连续镦挤工艺中，坯料是在压力机上剪切后再N-r的，无法用磷皂化来润滑剪切面，这就需要采用新的润滑方法。专门研制的高分子涂剂及专用配方的润滑液可以满足这类工艺的要求。5)工艺流程设计水准较高，研发过程周期长，投入大。3） 中南大学金属研究所（非平衡所）非平衡所采用雾化法制粉，喷射沉积的方法，主要做一些军工配套项目，如鱼雷外壳等。喷射沉积由喷射雾化和沉积凝固两个基本过程组成。喷射沉积制成的材料特征，可达理论密度的98%，无前期颗粒接合界面，晶粒等轴均匀分布，无宏观偏析，其挤压件的力学性能远高于传统铝合金，为超高强、高韧铝合金。1、非平衡所简介A：雾化制粉：将熔液对喷形成雾状材料后冷凝成粉末。包括：水雾化、气喷气冷、气喷水冷。B：喷射沉积：将熔液喷在旋转的模铸上沉积。C：产品种类：板材，管材，铸锭；2、喷射沉积技术二十世纪后期高速发展起来的金属材料先进制备技术之一。喷射沉积（成形）技术最突出的创新点在于：把液态金属的雾化（快速凝固）和粒状金属的沉积（熔滴动态致密固化）结合在一个冶金操作流程中完成，可以用最少的工序，直接从液态金属制取具有快速凝固组织、整体致密、接近零件形状的高性能材料或半制品工件。由于以上特点，喷射沉积工艺，不仅可以生产出具有良好组织结构（均匀、细小、成分偏析小）和性能明显高于铸造产品的轧辊材料，而且可以直接制备轧辊或者对磨损轧辊进行修复。基本原理喷射沉积技术有称为喷射成形技术，其基本原理是：金属或合金在坩埚内熔化后通过一定的导液管流出，在雾化喷嘴出口处被高速惰性气流(At或N2)雾化成具有一定尺寸分布特性和不同凝固状态的溶液射流。在高速气流的动量作用下加速，与气流进行强烈的对流换热，形成完全凝固的较小熔滴，半凝固的熔滴以及完全为液态的较大尺寸的过冷熔滴，以高速撞击到水冷沉积器上，在沉积器的表面铺展堆积熔合形成一个薄的半液态层，然后顺序结晶。根据沉积器的形状，配合不同的运动方式可制备锭、管和板材等不同形状的欲成形坯件。整个装置主要包括熔炼室、雾化沉积室、真空系统、供气系统及粉末收集系统，在此基础上配备有摄像机、测温仪、多普勒测定仪(PDA)等监视控制系统和控制软件。工艺特点喷射成形技术是一种快速凝固近终成形材料制备新技术。利用这项技术不仅可以制备出许多高性能的新材料，而且可以大幅度提高传统材料的性能，同时又不明显地增加材料的制备成本，容易获得较高的产量。它与铸造、粉末冶金相比主要有以下一些特点：1)喷射成形将金属熔体的雾化与沉积成形合而为一，生产成本大幅度下降。2)氧化程度小。喷射成形是在保护性气氛中瞬间一次成形的，避免了粉术冶金工艺因贮存、筛分和运输等工序带来的氧化污染问题。3)喷射成形的冷却速度比较快(一般在103105Cs)，有效地克服与弥补了普通铸锭因冷速偏慢而引起的不足，制备的材料具有快速凝固组织的特性，即均匀细小的晶粒尺寸，较低的偏析倾向，过饱和的固溶度并可能出现亚稳相材料性能。4)组织致密度高。沉积态密度可达理论密度的95以上，工艺控制合理可达99，通过随后的冷加工或热加工，如热等静压、热压、真空热压、热挤压等，很容易达到完全致密化。5)具有广泛的适应性。其研究与应用领域几乎覆盖了所有传统材料及新型金属材料。可以直接成形等近终极零件的多种坯件和材料。发展趋势喷射成形技术在快速凝固研究与开发领域得到了迅猛发展，喷射成形技术在未来一段时期有如下发展趋势：1)加快产业化步伐。喷射成形技术只有实现产业化才有可能在与粉木冶金的竞争中立于不败之地。喷射成形技术比较有希望在大直径管、金属基复合管材、棒材，用于轧机的高速钢复合轧辊及A12Si合金汽车部件等领域实现产业化。2)完善理论模型，实现雾化沉积过程自动控制。喷射成形过程复杂，为众多工艺参数所影响，应加强该技术的模型化研究，实现工艺参数的优化控制。3)按照快速凝固工艺的特点，喷射成形工艺可以打破传统工艺方法对某些合金元素及其含量的限制，建立全新的合金体系。4)进一步降低成本。随着技术的成熟、完善和工业化程度的提高，喷射成形在成本上的优势会愈加明显。5)工艺方法的拓展。第一，用惰性喷射成形和反应喷射成形技术制备非连续增强金属基复合材料。第二，用喷射成形的包覆技术生产复合双金属坯、管和板。第三，喷射成形和触变成形相结合。第四，成核浇铸。可以预见，随着研究工作的深入，喷射成形技术必将在金属热成形领域得到更广泛的应用。3、雾化制粉：将金属原料放到炉中熔炼，然后将其浇到虚包上烘烤1小时左右，一般温度为800左右。再让金属液体流出，对其喷水或N2进行雾化。（水或N2切割金属液流从而将金属液雾化）4、喷射沉积：将雾化的金属液喷向沉积台，沉积台同时旋转向下移动，以保证材料与沉积台之间的距离，从而是材料达到均匀。由喷射沉积得到的材料的致密度不高，需要进行后续加工，如热挤等。非平衡制备材料的设备就是由控制台加操作台组成，操作台又由加热炉和沉积室组成。在进行喷射之前，一定要对喷嘴进行预热处理，否则高温金属液流会遇冷而快速凝固，从而堵塞喷嘴。