范文一:金属材料的发展前景
金属材料的发展前景
金属材料,尤其是新型金属材料在目前的情况下,应用较为广泛,前景依然不错,这种状况将持续很长时间,非金属材料的研究进展将决定这种状态的时间长短。
一、镁及镁合金
镁由于优良的物理性能和机械加工性能,丰富的蕴藏量,已经被业内公认为最有前途的轻量化材料及21世纪的绿色金属材料,未来几十年内镁将成为需求增长最快的有色金属。
1、汽车、摩托车等交通类产品用镁合金
20世纪70年代以来,各国尤其是发达国家对汽车的节能和尾气排放提出了越来越严格的限制,1993-1994年欧洲汽车制造商提出“3公升汽油轿车”的新概念。美国提出了“PNGV”(新一代交通工具)的合作计划。其目标是生产出消费者可承受的每百公里耗油3公升的轿车,且整车至少80%以上的部件可以回收。这些要求迫使汽车制造商采用更多高新技术,生产重量轻、耗油少、符合环保要求的新一代汽车。据测算,汽车自重减轻10%,其燃油效率可提高5.5%,如果每辆汽车能使用70公斤镁,CO的年排放量就能减少30%以上。镁作为实际应用中最轻的金属结构材料,在汽车的减重和性能改善中的重要作用受到人们的重视。
世界各大汽车公司已经将镁合金制造零件作为重要发展方向。在欧美国家中,各国的汽车厂商正极力争取采用镁合金零件的多少作为自身车辆领先的标志,大众、奥迪、菲亚特汽车公司纷纷使用镁合金。90年代初期,欧美小汽车上应用镁合金的重量,平均每车约1公斤,至2000年已达到
3.6公斤左右,目前欧美各主要车厂都在规划在今后15~20年的期间,将每车的镁合金用量上升至100~120公斤。行家预测,在未来的7-8年中,欧洲汽车用镁将占总消耗量的14%,预计今后将以15%的速度递增,2005年将达到20万吨。
2、电子及家电用镁合金
汽车行业对镁合金的大量需求,推动了镁合金生产技术的多项突破,镁合金的使用成本也大幅度下降,从而促进了镁合金在计算机、通讯、仪器仪表、家电、医疗、轻工等行业的应用发展。其中,镁合金应用发展最快的是电子信息和仪器仪表行业。在薄壁、微型、抗摔撞的要求之下,加上电磁屏蔽、散热和环保方面的考虑,镁合金成了厂家的最佳选择。另外,镁合金外壳可使产品更豪华、美观。在电子信息和仪器仪表行业的镁合金制品的单位重量和尺寸不如汽车零部件,但它的数量大、覆盖面广,其用量也是巨大的。所以,近几年电子信息行业镁合金的消耗量急剧增加,成为拉动全球镁消耗量增加的另一重要因素。
3、其它应用领域
其它如铝合金添加剂、镁牺牲阳极和型材用镁合金等。镁牺牲阳极作为有效的防止金属腐蚀的方法之一,广泛应用于长距离输送的地下铁制管道和石油储罐。目前,作为镁牺牲阳极的镁合金有3~4万吨/年的市场需求量,且每年以20%的速度增长。镁合金型材、管材,以前主要用于航空航天等尖端或国防领域。近几年由于镁合金生产能力和技术水平的提高,其生产成本已下降到与铝合金相当的程度,极大地刺激了其在民用领域的应用,如用做自行车架、轮椅、康复和医疗器械及健身器材。
二、钛及钛合金
钛及钛合金具有密度小、比强度高和耐蚀性好等优良特性。随着国民经济及国防工业的发展,钛日渐被人们普遍认识,广泛地应用于汽车、电子、化工、航空、航天、兵器等领域。
从2002年世界主要钛生产国的产量及所占比例来看,美国、独联体、日本占有重要地位。美国占28.3%,独联体占29.7%,日本占25.3%,三地的合计产量占全球总产量的83%。
从钛的应用领域来看,以美国、日本为例,美国钛的最大应用领域是航空航天,占到总消费量的58.5%;日本则是火力、核电厂,及板式热交换器,两者合计占总消费量的41.9%。从下表可以看出,与美国相比,日本在更多方面使用钛。在体育用品方面,除了在高尔夫球杆头上使用钛以外,还有短距离用跑鞋的销钉、羽毛球拍及冰杖等登山器具、滑雪滑冰用的冰刀刃、自行车架、轮椅等等。美日两国在化学工业及油气田钻探装置上的用钛量都在增加。在计算机磁盘(真空镀膜)、纤维纺织机的框架、餐具、帐篷用具、拐杖和照相机等方面都巧妙地使用钛。
三、铝及铝合金
铝合金具有密度小、导热性好、易于成形、价格低廉等优点,已广泛应用于航空航天、交通运输、轻工建材等部门,是轻合金中应用最广、用量最多的合金。随着电力工业的发展和冶炼技术的突破,其性价比大为提高,目前交通运输业已成为铝合金材料的第一大用户。
在世界范围内,交通运输业已成了铝材的第一大用户,2001年交通运输业消耗铝占全世界原铝产量的27.6%,有些国家达30%以上。随着交通运输业现代化进程的加快,铝及铝合金材料在航空航天和汽车三大领域的应用日益增加。
1、铝合金材料在航空航天中的应用
铝合金是亚音速飞机的主要用材,目前民用飞机结构上的用量为70%~80%,其中仅铝合金铆钉一项每架飞机就有40~150万个;据波音飞机公司的统计,制造各类民用飞机31.6万架,共用铝材7100千吨,平均每架用铝22吨。铝制零部件在先进军用飞机中的比例虽低一些,但仍占其自身总质量的40%~60%。据预测,2010年全球航空航天铝材的消费量可达60万吨,年平均增长率约为
4.5%。
航空航天铝材的价格比普通民用铝材的价格高得多,为后者的18倍左右,是一个非常重要的市场,而其政治与军事意义则尤为重大。2002年美国航空航天铝材的价格为33000~44100美元/吨,而普通民用铝材的价格只不过2200~3500美元/吨。
美国是世界航空航天工业巨头,其用铝约占全球此领域用铝量的50%强,其他国家如法国、俄罗斯、中国、日本、巴西、加拿大、英国等的用量为50%弱。2002年,全世界航空航天用铝量约42万吨,其中美国的用量为21.4万吨。
美国铝业公司(Alcoa)是世界航空航天铝材的主要供应者,占全球总供应量的35%以上,为了保持其在该领域的世界霸主地位,获得更大的利润,经过精心的全面的调查研究与策划后,于2002年提出了一个名为“20-20攻关计划(20-20Initiative)”的计划。计划内容与目标包括:在20年时间内,开发一批新的高性能铝合金,改进铝制零部件的设计,采用高技术制造工艺,使铝制零部件的质量下降20%,使铝制零部件的制造成本与维护费用减少20%。
铝锂合金具有低密度、高比强度、高比刚度、优良的低温性能、良好的耐腐蚀性能和卓越的超塑成型性能,用其取代常规的铝合金可使构件质量减轻15%,刚度提高15%~20%,被认为是航空航天工业中的理想结构材料。在航天领域,铝锂合金己在许多航天构件上取代了常规高强铝合金。铝锂合金作为储箱、仪器舱等结构材料具有较大优势。
国外预测,含钪铝-镁合金及其它系列的铝合金有可能成为下一代飞机的重要结构材料。TiAl基合金的板材除了有望直接用作结构材料外,还可以用作超塑性成型的预成型材料,并用于制作近净成型航空、航天发动机的零部件及超高速飞行器的翼、壳体等。
2、铝合金在汽车中的应用
铝及铝合金是最早用于汽车制造的轻质金属材料,也是工程材料中最经济实用、最有竞争力的汽车用轻金属材料,从生产成本、零件质量、材料利用率等方面看,具有多种优势。
汽车用铝合金材料的3/4为铸造铝合金,主要是发动机部件,传动系部件,底盘行走系零部件。变形铝合金主要用于热交换器系统,车身系部件。预计10年内95%的气缸盖和50%的轿车发动机气缸体将用铝合金制造,轻型货车目标分别达到60%和25%水平。铝基复合材料在某些范围内替代铝合金、钢和陶瓷等传统的汽车材料,用于汽车关键零件,特别是高速运动零件,对减少质量、减少运动惯性、降低油耗、改善排放和提高汽车综合性能等具有非常积极的作用,在汽车领域有着良好的应用前景。
泡沫铝材被认为是一种大有前途的未来汽车的良好材料。泡沫铝材在汽车制造中的应用多为三明治式的三夹板,即:芯层为泡沫铝或泡沫铝合金,上下层为铝板或其他金属薄板。德国卡曼汽车公司用三明治式复合泡沫铝材制造的吉雅轻便轿车(Ghiaroadster)的顶盖板的刚度,比原来的钢构件高7倍左右,而其质量却比钢件轻25%。据测算,汽车车身构件约有20%可用泡沫铝材制造,一辆中型轿车如采用泡沫铝材制造,某些零件可减重27.2kg左右,既可节约能源又可减轻对环境的污染。采用泡沫铝材结构,可大大简化结构系统,零部件数至少可减少1/3。
根据国际铝业协会(IAI)统计数字,1991-1999年铝及铝合金在汽车上的应用翻了一番,预计到2005年还将再翻一番。预计2005年美国汽车用铝及铝合金将超过130kg/辆,西欧将达到119kg/辆。
范文二:金属材料的发展前景(1)
金属材料在未来设计中的地位与应用前景 金属材料在未来的地位
当下社会,金属材料在人类社会中的地位受到了前所未有的挑战。一方面是高分子材料和陶瓷材料对传统金属材料造成冲击。首先是高分子材料。高分子材料尤其是工程塑料,从性能到应用的许多方面已能和传统的金属材料相抗衡,加上其原料丰富、价格便宜、产量惊人,已经迅速崛起。其次是陶瓷材料,陶瓷材料在现代电子工业中占有异常重要的地位。另一方面金属材料自身对能源、资源和环境三方面造成的消耗很大。金属材料经过数千年的发展,某些主要的金属矿产资源日渐紧张、高质量的金属矿产很快减少、低质量的矿物使能源消耗和成本增加,这些都使金属工业成为能源的最重要消耗者,
同时也是严重的环境污染者。基于以上的原因,金属材料的发展可以在以下两个方面进行:
一是对已有的金属材料要最大限度地提高它的质量,挖掘它的潜力,使其产生最大的效益。这要求金属材料的制造技术要有飞跃性的进步。冶炼技术、炉外精炼技术铸造技术、连铸连轧技术、近终形加工成型技术、热处理技术、粉末冶金技术等传统工艺的改进,加上微量杂质的控制技术、微量元素的合金化技术、高纯净度低偏析技术等的发明,都使金属材料焕发了第二春。
二是希望金属材料能够开拓出新的功能,以适应更高的使用要求。如钛合金的记性以及生物亲和性等,都是传统金属材料在未来发展的新方向。
一、镁及镁合金
镁由于优良的物理性能和机械加工性能,丰富的蕴藏量,已经被业内公认为最有前途的轻量化材料及21世纪的绿色金属材料,未来几十年内镁将成为需求增长最快的有色金属。
1、汽车、摩托车等交通类产品用镁合金
世界各大汽车公司已经将镁合金制造零件作为重要发展方向。在欧美国家中,各国的汽车厂商正极力争取采用镁合金零件的多少作为自身车辆领先的标志,大众、奥迪、菲亚特汽车公司纷纷使用镁合金。90年代初期,欧美小汽车上应用镁合金的重量,平均每车约1公斤,至2000年已达到
3.6公斤左右,目前欧美各主要车厂都在规划在今后15~20年的期间,将每车的镁合金用量上升至100~120公斤。行家预测,在未来的7-8年中,欧洲汽车用镁将占总消耗量的14%,预计今后将以15%的速度递增,2005年将达到20万吨。
2、电子及家电用镁合金
近几年电子信息行业镁合金的消耗量急剧增加,成为拉动全球镁消耗量增加的另一重要因素。
3、其它应用领域
镁合金型材、管材,以前主要用于航空航天等尖端或国防领域。近几年由于镁合金生产能力和技术水平的提高,其生产成本已下降到与铝合金相当的程度,极大地刺激了其在民用领域的应用,如用做自行车架、轮椅、康复和医疗器械及健身器材。
二、钛及钛合金
钛及钛合金具有密度小、比强度高和耐蚀性好等优良特性。随着国民经济及国防工业的发展,钛日渐被人们普遍认识,广泛地应用于汽车、电子、化工、航空、航天、兵器等领域。
三、铝及铝合金
铝合金具有密度小、导热性好、易于成形、价格低廉等优点,已广泛应用于航空航天、交通运输、轻工建材等部门,是轻合金中应用最广、用量最多的合金。随着电力工业的发展和冶炼技术的突破,其性价比大为提高,目前交通运输业已成为铝合金材料的第一大用户。
1、铝合金材料在航空航天中的应用
铝合金是亚音速飞机的主要用材,目前民用飞机结构上的用量为70%~80%,其中仅铝合金铆钉一项每架飞机就有40~150万个;据波音飞机公司的统计,制造各类民用飞机31.6万架,共用铝材7100千吨,平均每架用铝22吨。铝制零部件在先进军用飞机中的比例虽低一些,但仍占其自身总质量的40%~60%。据预测,2010年全球航空航天铝材的消费量可达60万吨,年平均增长率约为
4.5%。
铝锂合金具有低密度、高比强度、高比刚度、优良的低温性能、良好的耐腐蚀性能和卓越的超塑成型性能,用其取代常规的铝合金可使构件质量减轻15%,刚度提高15%~20%,被认为是航空航天工业中的理想结构材料。在航天领域,铝锂合金己在许多航天构件上取代了常规高强铝合金。铝锂合金作为储箱、仪器舱等结构材料具有较大优势。
国外预测,含钪铝-镁合金及其它系列的铝合金有可能成为下一代飞机的重要结构材料。TiAl基合金的板材除了有望直接用作结构材料外,还可以用作超塑性成型的预成型材料,并用于制作近净成型航空、航天发动机的零部件及超高速飞行器的翼、壳体等。
2、铝合金在汽车中的应用
铝及铝合金是最早用于汽车制造的轻质金属材料,也是工程材料中最经济实用、最有竞争力的汽车用轻金属材料,从生产成本、零件质量、材料利用率等方面看,具有多种优势。
汽车用铝合金材料的3/4为铸造铝合金,主要是发动机部件,传动系部件,底盘行走系零部件。变形铝合金主要用于热交换器系统,车身系部件。预计10年内95%的气缸盖和50%的轿车发动机气
缸体将用铝合金制造,轻型货车目标分别达到60%和25%水平。铝基复合材料在某些范围内替代铝合金、钢和陶瓷等传统的汽车材料,用于汽车关键零件,特别是高速运动零件,对减少质量、减少运动惯性、降低油耗、改善排放和提高汽车综合性能等具有非常积极的作用,在汽车领域有着良好前景。
范文三:金属材料工程
上海大学金属材料工程本科生研究计划 (Undergraduate Research Project)
项目验收申请书
项 目 名 称 新型冷作模具钢SDC55的
Q-P-T(淬火-碳分配-回火)工艺研究
项 目 负 责 人 邓亚琪
学 号 07120097
指 导 老 师 汪宏斌
起 止 时 间 2009年10月10日
~ 2010年10月10日
填 表 日 期 2011年4月20日
金属材料工程本科教育高地建设组制
2007年2月
一、申请人基本情况
二、项目内容简介
三、研究成果目录
四、指导教师意见
五、验收专家意见
新型冷作模具钢SDC55的Q-P-T(淬
火-碳分配-回火)工艺研究 学 校
学 院
专 业
学 号
负 责 人
指导教师 上海大学 材料科学与工程 金属材料工程 07120097 邓亚琪 汪宏斌
2010 年10 月
摘要:本文主要研究了高强韧冷作模具钢SDC55的Q-P-T工艺及组织和性能。测试了不同的Q-P-T工艺处理之后材料的力学性能。使用J-Mat Pro软件辅助计算SDC55的Ms温度。利用相变仪测量材料在碳分配阶段相变情况。对Q-P-T处理之后SDC55的组织进行金相显微镜、扫描电镜研究。利用X射线应力仪对Q-P-T处理过后的试样进行残余奥氏测量。通过研究发现,经过Q-P-T处理之后与常规的淬火回火相比其硬度相当,韧性有所提高,并且残余奥氏体的稳定性也提高。
关键词:Q-P-T处理;冷作模具钢;微观组织;性能
一、 研究的背景和意义
1.1 冷作模具钢的综述
模具是机械、电子、汽车、通讯、家电等工业产品的基础工艺装备。作为基础工业,模具的质量、精度、寿命对其他工业的发展起着十分重要作用,对国民经济的发展起着无可置疑的关键作用。而制作精密、长寿的模具,首先必须要有优质的模具钢。因为对模具行业而言,哪怕只有微小的改善,也可能给社会带来巨大的经济效益。因此,在一些先进的工业国家,对模具生产都极为重视,千方百计提高模具质量,以提高生产效率、降低生产成本。
冷作模具钢用来制造在冷态下使金属塑性变形的模具,如冲裁模、冷镦模、 剪切模、拉丝模等。冷作模具主要用于金属或非金属材料的冷成形,包括冷冲压、冷挤压和冷镦等。
1.1.2冷作模具钢的失效形式及基本性能要求
冷作模具主要失效形式有过载失效、磨损失效和疲劳失效等。
根据冷作模具的工作条件及失效形式, 冷作模具钢应具有如下基本性能: a.高硬度和高耐磨性,工作时保持锋利的刃口。
b.较高的强度和韧性及一定的热硬性,工作时刃部不易崩裂或塌陷。
c.较好的淬透性,保证淬火态有较高的硬度和一定的淬透深度。
d.较好的加工工艺性和成形性,较好的淬火安全性,热处理变形小,在复杂断面上不易淬裂。
1.2 Q-P-T意义所在以及原理创新性
徐祖耀先生指出,为了节约能源和原材料的开发和环境保护,急需提高钢件强度、减轻钢制品重量,降低钢铁产量。
Speer等人已经提出Q-T(淬火-碳分配)工艺,让碳从淬火马氏体中分配到残余奥氏体中从而使残余奥氏体稳定,使材料有良好的强韧性配合。在Speer等人的基础上,徐祖耀先生改造了Q-T工艺,引入复杂的碳化物析出强化机制,提出了Q-P-T(淬火-碳分配-回火)工艺如图1。经过Q-P-T工艺处理后钢中含有适量的稳定的残余奥氏体的同时,在马氏体基体上析出复杂的碳化物进一步增加钢的强度。
目前,低碳高强度钢上面的Q-P-T工艺研究已经取得了一定的进展。研究表明经过Q-P-T工艺处理后得到的超高强度的组织为:较薄纳米级的条状马氏体,包有相当厚度的残余奥氏体,以此为基体,析出细微的复杂碳化物,但不含渗碳体,并且其奥氏体晶粒应细化。
图1.Q-P-T工艺图
Fig.1 process map for Q-P-T
二、研究内容
本项目主要研究新型冷作模具钢(SDC55)的Q-P-T工艺。根据图1中的Q-P-T工艺示意图,淬火温度(QT)、 分配温度(PT)和在分配温度下停留的时间,以及回火(沉淀)温度(TT)和时间、决定马氏体量及其碳含量,以及残余奥氏体量及其含碳量,从而决定钢的强度、断后伸长率和韧性。因此本项目主要结合新型冷作模具钢的相变、组织和性能等的研究来研究适合于新型冷作模具钢的Q-P-T工艺。
前期已经对新型冷作模具钢(SDC55)的相变特性做过研究,结合SDC55的CCT曲线来初步确定Q-P-T工艺的奥氏体化温度、碳分配温度和时间等参数。经过Q-P-T工艺处理后,研究SDC55的硬度、韧性以及耐磨性能等机械性能,
并对
其进行微观组织等研究。通过与SDC55的淬火回火工艺后的性能和组织比较来确定一个适合于SDC55冷作模具钢的Q-P-T工艺。
本项目的创新和特色是将Q-P-T工艺引进冷作模具钢的热处理工艺中来。模具是机械、电子、汽车、通讯、家电等工业产品的基础工艺装备。作为基础工业,模具的质量、精度、寿命对其他工业的发展起着十分重要作用,对国民经济的发展起着无可置疑的关键作用。通过引进Q-P-T热处理工艺,进一步加强模具钢的强韧性,提高模具的使用寿命。以达到节约能源和环境保护的目的。
三、实验方案
本文中使用SDC55冷作模具钢其成分如表1所示。其Q-P-T工艺为930 ℃奥氏体化,PT温度为290 ℃时间为2 min,最后经过180 ℃一次2小时回火。常规的淬火回火工艺为930℃奥氏体化淬火,180℃两次,每次两小时回火。利用D\max 2500型X射线应力仪对Q-P-T处理过后的试样进行残余奥氏测量。使用冲击试验机JB-30B进行冲击实验,冲击试样为10 mm×10 mm×55 mm无缺口试样。并在洛氏硬度机上测试试样硬度。试样经4%的硝酸酒精腐蚀后使用正立式金相显微镜(LV150,Nikon Japan)、SEM观察并分析钢的淬回火及Q-P-T处理后组织。
表1 SDC55钢化学成分
Table 1 Chemical composition of the tested steel (wt%)
SDC55 C Mn Si Ni Cr Mo V 0.68-0.78 0.5-0.8 0.7-1.1 0.5-0.8 2.0-2.4 0.2-0.3 0.1-0.25
四、实验结果及分析
4.1 力学性能测试
经过相变仪测试得出SDC55的Ms温度为230℃。由于在Q-P-T处理工艺中,材料在碳分配过程中发生了复杂的变化,包括碳从马氏体中分配到残余奥氏体中,以及复杂碳化物的析出和残余奥氏体的转变等。本文利用相变仪测试SDC55的Q-P工艺。通过相变仪来研究SDC55在PT阶段的相变情况。其工艺为930 ℃奥氏体化,QT(淬火温度)为80 ℃,PT(碳分配温度)为290 ℃,2 min:
30
25
20
Change in length15
10
5
-5
-10
-15
440460480
Time500520540
图2. PT阶段相变曲线930 ℃奥氏体化 QT为80 ℃ PT为290℃,2 min
Fig.2 The phase change on PT stage, austenitizing temperature was 930℃, QT to 80℃, PT at 290℃
for 2 min
上图2为在相变仪上的碳分配阶段(PT)的时间-长度变化曲线。从曲线看出,在PT阶段,存在着变化过程,可能是由于奥氏体发生转变和碳化物的析出以及PT过程碳的分配导致的。根据碳分配的理论,由于淬火过程中形成的马氏体时碳过饱和固溶体,因此在高于Ms点的碳分配温度PT等温时,马氏体中的碳会向奥氏体中扩散。残余奥氏体中的碳原子增多,容易偏聚到位错周围形成柯氏气团从而强化奥氏体,使马氏体相变需要更多的能量,即马氏体相变的阻力增大。
图3(a)对SDC55进行Q-P-T处理之后,其冲击韧性为210 J硬度为60.5 HRC,而经过930℃淬火180℃回火之后冲击韧性为200 J硬度为60.5 HRC。可见经过Q-P-T处理之后与常规的淬火回火处理相比较,SDC55的冲击韧性稍微提高,硬度为基本不变。图3(b)为Q-P-T工艺处理之后,残余奥氏体的稳定性的比较。其不同温度的回火时间为每次两小时。由于冷作模具钢的使用环境非常恶劣,要求模具钢具有一定含量的稳定的残余奥氏体。避免使用过程中残余奥氏体发生转变,影响模具尺寸及寿命。残余奥氏体对钢的塑性有重要的作用,有研究指出残余奥氏体薄膜包裹在马氏体边缘能够有效提高材料的韧性和塑性,适量的残余奥氏体的存在能够使材料有最佳的强韧性配合[4-6]。经过比较发现Q-P-T处理之后残余奥氏体的回火稳定性比930 ℃淬火180 ℃回火后的残余奥氏体回火稳定性要高。经过930℃淬火180 ℃回火后SDC55的残余奥氏体的含量为14.9%,260 ℃回火之后减少到8.5%,经过400℃回火后其残余奥氏体的含量为1.2%。经过Q-P-T处理之后,SDC55的残余奥氏体含量为11.8%,260 ℃回火后减少到7.3%,400 ℃回火之后为4.1%。由于Q-P-T处理之后残余奥氏体更加稳定,因此试样在冲击
断裂时残余奥氏体能够吸收更多的冲击功,从而材料的韧性提高。
(a) (b)
图3.SDC55经过淬火回火与Q-P-T处理后 (a)冲击韧性和硬度比较 (b)残余奥氏体回火稳定性比较 Fig .3 SDC55 treated after Q-P-T process and quenching & tempering; (a) comparison of impact toughness and hardness; (b) comparison of tempering stability of retained austenite
图4.Q-P-T与淬火回火试样的XRD图谱
Fig.4 XRD spectra of Q-P-T and quenching and tempering samples
经过Q-P-T处理之后,一方面马氏体中的碳会向残余奥氏体扩散使残余奥氏体的量增加,但是由于SDC55中的Mo和V等碳化物形成元素,容易以碳化物的形式析出消耗碳,减弱碳分配的效果。而且由于SDC55的Ms低于碳分配温度,在碳分配阶段及随后的回火过程中残余奥氏体也会发生分解。因此从图3中看出试样经过Q-P-T处理之后残余奥氏体的含量有所降低。碳从马氏体扩散到残余奥氏体中一方面降低了马氏体中的固溶强化效果,提高材料韧性另一方面析出的弥散细小碳化物则对基体产生沉淀强化效应。[7]
4.2微观组织讨论
材料的组织对性能有决定性的影响,SDC55经过常规的淬火回火后其组织为马氏体基体上弥散分布着细小的碳化物,其组织比较均应。因此经过常规的淬火回火处理之后,SDC55拥有优良的强韧性配合。为了能使SDC55经过Q-P-T
处理
之后也拥有优良的强韧性,要求其组织也应该比较均匀。并且经过碳分配之后回火也有弥散的碳化物析出,强韧化基体。
(a) (b)
(c) (d)
回火一次两小时 图5.SDC55的OM及SEM照片:(a)(c) 为930℃淬火180℃回火 (b)(d)为QT 80℃,PT290℃,180℃
Fig.5 OM and SEM micrographs of SDC55: (a)(c) quenching from 930℃, tempering at 180℃; (b)(d)
quenching to 80℃,PT at 290℃ then tempering at 180℃ for 2 hours
图中金相和扫描电镜照片可以看出,经过Q-P-T处理之后,SDC55的组织中同样为马氏体基体上分布着弥散细小碳化物。从5(d)中看出,经过Q-P-T处理之后,碳化物有长大的趋势,说明在PT过程中析出的碳化物发生了长大。图5(c)中SDC55经过淬火回火之后马氏体成板条状,但是图5(d)中SDC55经过Q-P-T处理之后马氏体的板条状特征已经相对模糊,这是因为一方面在Q-P-T处理过程中马氏体/奥氏体相界面发生迁移,另一方面Q-P-T过程中呈小角度取向的马氏体板条可能发生移动或者合并。[8-9]
4.3 分析讨论
经过实验研究发现,新型冷作模具钢SDC55经过Q-P-T处理之后韧性确实有所提高,残余奥氏体的含量却有所降低。这是因为SDC55中含有比较多的碳化物
形成元素如Mo和V等,这些合金元素在Q-P-T处理过程中容易与C作用形成复杂的碳化物,形成碳分配的竞争机制。这些碳化物的析出一方面强化基体,另一方面使马氏体中的碳含量降低从而韧性增加。另一方面材料中的残余奥氏体的含量受Q-P-T处理过程中的马氏体/奥氏体相界面迁移方向影响。当马氏体/奥氏体相界面移向奥氏体方向时,使材料中的残余奥氏体的含量减少。因此SDC55经过Q-P-T处理之后韧性的提高并不是通过提高残余奥氏体的含量来实现的,而是通过提高残余奥氏体的稳定性来实现的。在Q-P-T处理该过程中不仅仅是马氏体中的C原子会分配到残余奥氏体中,而且经过研究发现[9]Fe原子在马氏体和奥氏体两相中的含量是不同的,因此在碳分配的过程中,当能量满足Fe原子迁移要求时,Fe原子就会发生移动,从而引起马氏体/奥氏体的界面迁移。同时,由于SDC55中含有比较多的碳化物形成元素,在Q-P-T处理时,碳化物的析出会诱使,马氏体/奥氏体界面想奥氏体方向移动,从而使材料中的残余奥氏体含量有所减少。另外与常规的淬火回火(930℃淬火180℃两次每次两小时回火)处理相比较,SDC55的Q-P-T处理只是需要一次两小时的回火,节省了一次两小时的回火能够节省热处理成本。
五、结论
SDC55经过淬火到80 ℃(QT温度),290 ℃(PT温度)碳分配2 min并180℃回火一次两小时后,与930℃奥氏体化淬火180℃回火两次每次两小时比较,材料的硬度相当但是韧性有所提高,并且节省了一次两小时的回火过程。经过Q-P-T处理之后SDC55的的残余奥氏体的含量有所减少,但是残余奥氏体的稳定性提高。
参考文献
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范文四:金属材料工程
金属材料工程专业本科人才培养方案
【学科门类】 工学 【专业代码】 080202 【制定人】 房洪杰 【审核人】 赵奇 【批准人】 方世杰 一、专业培养目标及要求 (一)专业培养目标
本专业培养德、智、体、美全面发展,适应区域经济社会发展需要,具有良好思想素质,掌握材料科学与工程的理论基础、金属材料工程系统专业知识,能在金属热处理、材料成型加工、模具、机械等领域从事工程设计、技术开发、工艺与设备的设计、生产及经营管理等方面工作的高素质应用型人才和管理人才。
为满足山东半岛经济发展对金属材料工程领域工程技术人才的需求,本专业设置三个特色模块方向:金属材料、铝合金加工、成型模具。学生通过系统掌握专业基本理论、基础知识和基本技能,结合工程训练,将具备能在材料的设计、合成与制备、结构性能、测试与表征、成型加工和应用等方面从事管理、工艺设计和装备选型等方面的能力,成为金属材料领域技术开发、生产管理、经营销售等方面的应用型工程技术人才。
(二)就业面向与职业资格(见表1)
表1 金属材料工程专业就业面向与职业资格
(三)专业培养要求 1.基本知识要求:
(1)能够对金属材料进行检验分析;能够掌握金属材料熔炼铸造技术,并能对简单的
质量问题进行分析提出解决方案;能够掌握金属材料的制备技术,可到机械行业从事材料制品加工和设计工作;能够独立完成一般机械零件的设计工作,并能制定机械制造加工工艺;掌握金属材料工程涉及的金属热处理工艺与设备等方面的基本理论知识;掌握金属材料的成型、加工、性能检测等专业知识相关知识。
(2)掌握材料塑性成型加工的基础理论、模具的设计与制造、模具的计算机辅助设计、材料塑性加工生产管理等全面知识。能进行中等复杂程度的模具产品设计、制造、新模具开发、模具失效分析、模具热处理工艺制定。
(3)掌握铝合金熔炼与铸造、常规热处理生产操作、工艺开发、力学性能检测及金相分析。可进行铝合金的熔炼铸造、制定铝合金的热处理工艺。
(4)具有系统材料知识、基础理论知识及工程技术知识,且具有新材料、新产品、新工艺开发研制能力和创新意识。了解本专业相关学科前沿及发展趋势。
2.基本能力要求:
(1)金属材料岗位群:金属材料制备工艺、热处理工艺等设计、制定。可考取制图员、理化检验员等职业资格证书,以成为高级工程师和企业高级管理人才为职业发展方向。
(2)铝合金加工岗位群:铝合金熔炼铸造、加工成型、热处理。可考取制图员、理化检验员等职业资格证书,以成为高级工程师和企业高级管理人才为职业发展方向。
(3)模具行业岗位群:模具产品设计、制造、新模具开发、模具失效分析、模具热处理技术开发。可考取制图员、模具设计师、电切削工、数控操作工等职业资格证书。可在机械、冶金、化工、能源、电子、交通、轻纺、军工等企业从事模具设计工作,以成为模具工程师和企业高级管理人才为职业发展方向。
(4)机械工艺师:编制加工及装配工艺、产品生产过程中的技术指导。可考取制图员,机械工艺师等职业资格证书。可在机械、冶金、化工、能源、电子、交通、轻纺、军工等企业从事机加工工作,以成为高级工程师和企业高级管理人才为职业发展方向。
此外,毕业生可以选择进一步深造,毕业后在高校从事教学工作,在科研单位从事工程材料、新型材料及其加工技术的基础研究、应用研究和开发研究。
二、课程设置
课程按性质分为基础教育课程、专业教育课程和实践教学课程三类。 (一)基础教育课程(56学分)
基础教育课程包括通识教育课程和职业教育课程。其中,通识教育课程14门(54学分),职业教育课程1门(2学分)。
(二)专业教育课程(120学分)
专业教育课程包括专业必修课程(含必修技术基础课、专业基础课和专业课)、专业方向模块课程和专业选修课程。其中,专业必修课程33门(101学分);专业方向模块课程5门(10学分);专业选修课程5门(至少选修9学分)。
(三)实践教学课程(58.75学分)
实践教学课程按照基础实践、专业实践、综合实践三个环节分别设置相关实验实训、课程设计、教学实习、毕业实习、毕业设计(论文)等。
本专业课程体系和实践教学体系如图1和图2所示。
图1 金属材料工程专业课程体系
实践教学体系
基础实践
军政训练 创业就业培训
专业实践
机械制图实训 金工实习 机械设计基础课程设计 模块1:热处理工艺与车间设计 模块3:模具制造工艺学课程设计
综合实践
材料综合实验 毕业设计
图2 金属材料工程专业实践教学体系
毕业实习
计算机辅助绘图实训
认识实习
冲压工艺与模具设计课程设计 模块2:铝合金热处理工艺设计
社会实践 劳动实践
三、学制与学位 (一)学制
本专业标准学制4年。学生修满教学计划中规定的总学分不低于176学分和各课程模块应修学分(基础教育56学分,专业教育120学分、实践教学58.75分),方准毕业。
(二)学位授予
本专业学生按要求完成学业,达到毕业学分要求,并符合学士学位授予条件者,授予工学学士学位。
四、教学总体安排
本专业教学总体安排和实践教学学时分配分别如表2、表3所示。
表2 金属材料工程专业教学计划总体安排(周)
注:每年52周。其中,每年秋季学期和春季学期各18周(课堂教学和集中实践16周,考试1周,机动1周);夏季学期4周;假期12周。
表3 金属材料工程专业实践教学学时分配及比例
总学时=(176-29)*16+29*30=3222
表2 金属材料工程专业教学计划总体安排(周)
注:每年52周。其中,每年秋季学期和春季学期各18周(课堂教学和集中实践16周,考试1周,机动1周);夏季学期4周;假期12周。
表3 金属材料工程专业实践教学学时分配及比例
总学时=(176-29)*16+29*30=3222
五、教学计划进程表(见表4、表5、表6、表7、表8)
表4 金属材料工程专业教学进程表(基础教育课程)
注:选修拓展课从第一学年夏季学期开始在全校通识选修课程中选择,至少选修5学分。
表5 金属材料工程专业教学进程表(专业必修课程)
表6 金属材料工程专业教学进程表(专业方向模块)
表7 金属材料工程专业教学进程表(独立设置实践教学课程)
表8 金属材料工程专业教学进程表(专业选修课程)
(续表一)
范文五:金属材料工程
金属材料工程
百科名片
金属材料工程专业是材料科学与工程领域的基础学科,按教育部最新专业目录,金属材料覆盖了冶金、有色金属、复合材料、粉末冶金、材料热处理、材料腐蚀与防护及表面等专业。
专业培养具备金属材料科学与工程等方面的知识,能在冶金、材料结构研究与分析、金属材料及复合材料制备、金属材料成型等领域从事科学研究、技术开发、工艺和设备设计、生产及经营管理等方面工作的高级工程技术人才。
本专业学生主要学习材料科学的基础理论,掌握金属材料及其复合材料的成分、组织结构、生产工艺、环境与性能之间关系的基本规律。通过综合合金设计和工艺设计,提高材料的性能、质量和寿命,并开发新的材料及工艺。
编辑本段毕业生应获得以下几方面的知识和能力
1.掌握材料科学的基础理论; 2.掌握金属材料的专业基础理论知识; 3.掌握金属材料的成型和加工工程的专业知识和技术经济管理知识; 4.掌握金属材料制品的检测、产品质量控制和防护措施的基本知识和技能; 5.具有金属材料的设计、选用及正确选择生产工艺及设备的初步能力; 6.具有本专业必需的机械、电工与电子技术、计算机应用的基本知识和技能; 7.具有研究开发新材料、新工艺和设备的初步能力。
高性能金属材料:重点是大幅度提高实际应用量大面广的金属材料的综合性能; 材料表面工程:以提高材料表面耐磨性、耐蚀性及赋予其某种功能或美观效果为主。 超硬材料:以金刚石材料及其铁基触媒剂为主。 先进纤维材料:以碳纤维材料的原丝及制品为主。 功能材料:以能量转换(如电-热、声-电等)材料为主。 生物医用材料:以人体缺损硬组织组织修复和替代材料为主。 上述方向充分体现了新材料发展跨学科的趋势,非常有利于综合创新能力的培养。
主干学科:材料科学与工程金属材料工程
主要课程:金属学、材料工程基础、材料热力学、材料力学性能、金属工艺学、金属热处理、材料固态相变、材料分析技术、金相技术、金属材料学、材料成型加工工艺与设备、计算机在材料工程中的应用等金属材料工程
主要实践性教学环节:包括金工实习、认识实习、生产实习、课程设计、专业实验、计算机应用及上机实践、毕业设计。 主要专业实验:金属学实验、金属材料的物理性能与力学性能、金属材料的相变与热处理等 修业年限:四年 授予学位:工学学士
毕业主要去向
学生毕业后可从事金属材料的设计制造
、材料表面改性以及金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料、功能材料等在机械与化工、能源与环境、电子与信息、冶金与矿山、电力与动力和国防建设等领域中的应用,也能从事材料生产组织、技术管理和材料的检测、失效分析等技术监督工作。金属材料工程
在硕士或博士研究生阶段可从事材料表面工程技术、航空航天技术、生物医学工程技术等领域的新材料基础理论、设计、制造与分析测试等研究工作。
适合从事的职业
1、在钢铁、有色金属冶炼、金属成型工厂及粉末冶金厂等企业,从事工艺编制、工装设计,新产品研制开发、产品质量的检验与控制,以及生产技术、质量管理工作; 2、在交通机械、矿山机械、工程机械、车辆、船舶等制造厂或修理厂,以及轴承、阀门、弹簧等零部件、标准件制造厂,从事金属零件的铸造、锻造、压力加工、焊接、热处理等热加工工序的工艺编制、工装设计,新材料、新技术的推广应用,零件内在质量的检验与控制,及车间、工段的现场技术服务工作; 3、在建筑、矿山、化工、交通运输等行业,从事该行业生产用金属材料(如罗纹钢筋、盘条、钢板等)的选用和材料质量的检验;从事相应机械设备的维修件、备用件材质的选用、改进及其质量检验;从事各相应机械设备修理的热加工工序(焊接、热处理)的工艺编制及现场技术服务; 4、在有关材料研究院、所,如冶金研究院,钢铁研究院、有色金属研究院、铸造研究所、焊接研究所等,从事新材料、新工艺、新设备的开发研究工作;在高等院校、中等专业学校的材料系从事金属材料的教学和科研工作,在有关院校的机械系从事金属工艺学的教学工作。
开设院校
青岛科技大学 江西理工大学 长春工业大学 四川理工学院 四川工业学院 北华航天工业 贵州大学 昆明理工大学 西安建筑科技大学 甘肃理工大学 首钢工学院 河北工业大学 河北理工大学 河北科技大学 燕山大学 太原理工大学 内蒙古科技大学 内蒙古工业大学 沈阳工业大学 辽宁科技大学 辽宁工程技术大学 辽宁工业大学 沈阳大学 吉林工学院 东南大学 佳木斯大学 哈尔滨理工大学 上海工程技术大学 上海大学 南京工业大学 江苏大学 安徽工业大学 铜陵学院 山东大学 河南科技大学 武汉科技大学 湘潭大学 广东工业大学 武汉大学 河海大学 大连交通大学 武汉理工大学 江苏科技大学 石油大学 中北大学 沈阳理工大学 南京理工大学 西安工业学院 北京航空
航天大学 南昌航空工业学院 西北工业大学 哈尔滨工业大学 北京科技大学 天津大学 大连理工大学 吉林大学 华东理工大学 黑龙江科技学院 合肥工业大学 湖南大学 中南大学 重庆大学 重庆科技学院 四川大学 陕西理工学院 沈阳航空航天大学 大庆石油学院 石家庄铁道大学 九江学院 湖南科技大学 三峡大学 山东科技大学 辽宁石油化工大学 烟台大学 常州大学 常熟理工学院 西安科技大学 西安建筑科技大学 铜陵学院