金属材料论文篇(1)

材料吸收激光能量发生一系列物理化学反应，产生一个高温高压的等离子吸收层，激光能量在等离子体吸收层被电子继续吸收转化为内能，同时等离子体迅速向周围空气膨胀，压缩周围空气，形成冲击波，作用于金属表面并向内传播对材料改性[8-12]。改变激光能量、光斑形状和脉宽可改变冲击波能量、压力分布和作用时间。在这个过程中，一个约束层(水，玻璃)施加于金属表面，可以更好提高约束等离子体向外膨胀，提高冲击波作用于金属表面压力，为保护金属材料不被激光直接烧蚀，吸收保护层贴于金属表面，通常为铝箔，黑漆和胶带。在该实验中，激光冲击参数为，能量3J，激光波长1064nm，脉宽10ns，圆光斑且直径3.4mm，此时功率密度3.3GW/cm2，单次冲击，水为约束层，铝箔为吸收保护层。选用的实验材料为TC4钛合金，是一种α+β两相高强度钛合金，具有高强度、高塑性、淬透性好和可焊接等优点，广泛用于制造飞机结构零件。TC4板材厚为3mm，在一些研究中，2mm以上厚度的板材可消除板材底面反射波影响。残余应力测试采用X射线衍射法，采用Proto-LXRD型X射线衍射仪进行残余应力测试，采用Ti靶，衍射面为(302)，测试执行标准为ASTME975-84。实验结果如图1所示。图1为靶材表面沿光斑径向的分布。光斑中心的残余压应力约为420MPa，峰值压力出现在离光斑中心1mm处，约为540MPa，说明在单次冲击中TC4钛合金残余应力场存在中心压应力缺失现象。

2仿真

激光诱导冲击波对金属材料强化主要由两个典型的过程组成：激光诱导等离子体爆轰波产生冲击压力；靶材在瞬态冲击压力作用下的动态响应。前者是等离子体产生与形成的复杂物理过程，后者是高速、高应变率的材料动态响应力学过程，也是文中研究重点。假设吸收层能够很好地保护工件不受任何热影响，则两个过程可看作相互独立，相互之间通过冲击压力联系。所以，仿真也可分为两部分加以考虑：(1)激光诱导等离子体爆轰波压力的计算；(2)靶材动态响应仿真模型的建立。通过改变激光冲击参数，调整为不同的冲击波加载方式，采用显示动力学有限元算法对冲击波作用过程仿真，得到不同形式冲击波加载对“残余应力洞”的产生过程和分布规律，同时与实验结果验证，以其得到不同冲击波的影响机制。

2.1激光诱导等离子体爆轰波压力的计算冲击波是材料塑性变形的直接因素，激光凝聚加热靶物质，引起靶中的热应力、熔融、汽化和烧蚀，靶蒸气等离子体吸收入射激光，其膨胀运动的反冲引起冲量、应力波甚至很强的冲击波，法国Fabbro[13]对该过程提出的冲击波模型为。时空分布特性，在得到对应的爆轰波压力后同时对脉冲激光的时间分布特征一般通过脉冲宽度来衡量。脉冲宽度τ(以下简称脉宽，FWHM)是指半功率点之间的时间间隔。根据Fabbro[13]等人的研究结果，激光诱导等离子体爆轰波的作用时间大约为激光脉宽的2～3倍，甚至更长。根据激光脉宽作用时间内以及激光作用结束后的变化规律，对靶面受到的压力-时间历程曲线进行简化，如图2(a)所示。激光诱导爆轰波压力呈高斯分布的因素加以考虑，如图2(b)所示。

2.2TC4钛合金动态响应模型J-C模型是最为常用的反应材料动态性能的本构模型[14]，J-C模型的公式是基于实验得到的，流动应力表示为。式中：ε表示塑性应变；ε*=ε/ε0是无量纲塑性应变率；T*=(T-T0)/(Tm-T0)为无量纲温度；T0为室温；Tm为材料熔点；常数A、B和n反映了材料的应变硬化特征；C反映应变率对材料性能的影响；m反映温度软化效应。综合考虑实现的难易程度和实用性，在激光冲击处理过程中，由于靶材表面的吸收层(通常为铝箔)保护材料不受热作用，即认为激光冲击是单纯的力效应，忽略其热效应，并且根据其是中等冲击强度而忽略冲击引起的温度效应，于是就可以将J-。

2.3求解参数(1)时间步长及单元尺寸在文中，设定时间步长为0.2，此时获得的步长可获得较光滑的压力曲线，与实际情况吻合较好。在单元尺寸的选取中，对于冲击区域内部，采用0.05mm尺寸，而对于冲击区域外的部分，采用0.2mm尺寸。这样设计在保证不影响计算精度的同时，极大缩短了计算时间。(2)动态振荡的阻尼在真实的激光冲击强化过程中，应力波在靶材内部的传播会因为塑性应变中的耗散和体积粘滞性的影响而逐渐衰弱。在数值计算中，为了尽量反映真实情况，会在模型中加入阻尼，以限制模型的非真实振荡。加入的阻尼主要为体粘性和材料阻尼两种方式。体粘性，采用默认的体粘性系数BV1。材料阻尼，最佳的阻尼值应取模型第一阶固有频率的两倍。模型的固有频率可以在ANSYS隐式程序中通过模态分析得到。

3结果和讨论

冲击波与材料相互作用后，最终在材料中形成稳定残余应力场。通过改变激光功率密度，脉宽和光斑形状可调整冲击波压力，作用时间和加载区域，不同冲击波加载下，金属材料响应结果也有所不同。

3.1冲击波加载形状的影响冲击波加载形状可由激光光斑形状调整。激光光斑有圆形、方形两种。两种光斑的区别不仅在于形状的差别，诱导的冲击波也有区别，对应到数值仿真中，则考虑成加载区域和能量压力加载的区别。圆形光斑前文已有介绍，此处只分析方形光斑。对于方形光斑的情况，美国2001年的高周疲劳科学技术计划，已有研究。具体做法是通过在激光束前加入适当的棱镜组，以改变光斑的输出形状，使之成为方形。并且通过调整后输出的方形光斑，其内部的能量近似均匀分布，仅在光斑的边缘处才会呈现陡峭的减小(见图3)。所以，在仿真建模中对于方形光斑的加载情况，可以将光斑内的爆轰波压力分布简化为均匀分布。时间分布特性依旧采用图5中时间特性。选用激光脉宽为10ns，功率密度为4.2GW/cm2的激光冲击参数做圆形、方形两种光斑形状的对比分析。此处参数与文中实验所采用功率密度相近。加载方式如图4所示。两种加载方式仿真结果表明，在被冲击的上表面会产生残余压应力，出现了残余压应力洞现象。在圆形加载中，加载区域中心处残余压应力值为172MPa，峰值出现在离中心区域约0.6mm处，值为626MPa，在光斑的边缘处为316MPa，离光斑中心5mm处残余应力值降到0MPa左右，模拟结果和文中实验结果在趋势上是一致，说明仿真结果具有合理性。方形加载中表面的最大压应力约为650MPa，与圆形光斑情况相当，而光斑中心的残余压应力约为460MPa，从中心到表层残余压应力变化梯度较小，一定程度上改善了中心压应力缺失现象。由文中分析可知，激光诱导冲击波加载为局部加载，材料表面光斑中心处的微元在表面卸载波的作用下发生反向塑性加载，导致了中心压应力的缺失。在表面选取距离光斑中心最近的节点，并读取零到1000ns时间历程中的径向速度进行分析，如图6所示。由图可看出，冲击波圆形加载下的最大反向速度为12.6m/s，而方形加载的最大反向速度为5.2m/s。方形光斑的表面稀疏波速度较慢，强度较弱，从而"残余应力洞"现象不会如圆形加载下严重。分析原因认为，圆形加载中边界的任意一点都关于圆心对称，从而冲击载荷边界产生的稀疏波将会完全向光斑中心汇聚，因而稀疏波的强度较大；而方形加载下冲击载荷边界不具有圆心对称的特性，产生的稀疏波向中心汇聚的过程中一部分会相互抵消掉，从而表面稀疏波强度相对较弱。

3.2激光脉宽的影响激光脉冲持续时间变化后，爆轰波压力的作用时间也就随之改变。一般规律为激光脉冲越大，冲击波持续时间也越长。加载结束后，中心节点的残余应力和最大的反向速度如图7所示，15ns和20ns时的稀疏波速度相当，约为14.9m/s，脉宽为10ns的较弱为12.6m/s，在最后稳定的残余应力场中，加载中心单元的压应力缺失现象以10ns表现最弱，15ns、20ns时较严重。在不改变激光能量下，延长冲击波作用时间会加剧“残余应力洞”现象。

3.3功率密度的影响按照Fabbro模型计算不同激光功率密度下对应的冲击波压力，进行单次圆形光斑加载。不同功率密度下，靶材表面径向残余应力分布如图8所示。分析可得，表面残余压应力峰值随着功率密度增加而变大，功率密度为3.2GW/cm2时，在表面形成的峰值残余压应力为607MPa，中心残余压应力值为170MPa，变化梯度为72%；而当功率密度增加到4.2GW/cm2时，峰值残余压应力增加至780MPa，而中心残余压应力值为165MPa，变化梯度为79%；当功率密度再增加到6.0GW/cm2时，表面峰值残余应力基本没有变化，而此时中心残余应力为136MPa，变化梯度为83%。随着功率密度增加，残余应力变化梯度也随之增加，残余应力洞表现更加明显。分析原因认为，冲击波压力的增加，导致卸载时表面稀疏强度增加，形成的反向塑性变形量大，致使残余压应力变化梯度增加。

4结论

金属材料论文篇(2)

1．1构建有利于提高学生综合素质的实验教学体系

无机非金属材料专业实验教学的改革必须突破传统的实验教学模式，按照素质教育的要求，以提高学生的综合素质为目的，以培养创新能力为主线，采用核心化、多层次实验教学体系结构。核心化是指服从实验目标，以培养应用型、创新型人才为核心;多层次是指实验内容设置划分多个层次:基础无机非金属材料科学实验(基本技能和基本方法)、综合型实验(学科间交叉)、专业设计型实验。精炼基础(无机非金属材料科学基础实验、玻璃工艺实验、陶瓷工艺实验、水泥工艺实验)实验内容，使其与理论知识同步，以验证性实验为主，小综合实验为辅，既加深理论知识的理解，又培养实验基础技能与应用。在大三下学期增加综合型实验，此类实验内容为至少两个二级学科之间的交叉，这样可以巩固学生的实验技能，并且加强不同学科之间的关联，使学生能独立完成实验方案确定、原材料检测、材料制备、材料性能检测、材料结构分析等实验内容，锻炼学生解决实际问题的综合能力。在大四上学期，为了帮助学生就业以及进一步深造和后面的毕业论文打下基础，增加专业方向设计性实验，以设计为主，讲究与工厂实际内容和研究热点相符的研究型实验，以培养学生解决问题的能力，从而培养创新意识。另外，新的实验教学体系要加强对学生的个性发展，实验内容应设立必做实验项目、选做实验项目和研究性实验项目，以满足不同层次学生的需求，贯彻因材施教的原则。

1．2采用利于培养创新应用型人才的实验教学方法

(1)在实验教学中，改进实验教学方法，采用电子视听设备和多媒体网络技术等多种辅助教学手段，将原来分离的理论课及实验课教学合二为一，使原来课堂上枯燥乏味的专业课及实验课变得生动形象，易于理解。通过下载精品课程实验录像，展示实验仪器的内部结构及操作方法。通过自制和下载FLASH动画展示实验原理及实验过程中的细小变化，通过到企业拍摄的生产实况录像给学生一个真实的生产环境。通过多媒体辅助教学，能够将生涩、抽象、难懂的知识形象化，具体化，提高学生的学习兴趣和积极性。尤其对无机非金属材料专业中的大型及昂贵的工厂设备原理、设备、方法的理解与掌握起到了很好的辅助作用，为学生提供反复观摩实验过程，加深理解实验原理的机会。

(2)在实验过程中，改变实验指导方法，强化学生能力培养。采取“以学生为主体，以教师为主导”的教学模式，变“被动”实验为“主动”实验。使实验教学的各个环节、各个层次都能锻炼学生的动手能力，充分发挥学生的积极性和创造性。教师只提供指导，实验由学生自主完成。这样就要求学生实验前必须认真准备，查阅相关文献，自己设计实验方案和数据表格等。通过实验促进学生个性的发展和创新能力的培养，使学生成为主动实验的参与者、探索者。让学生解决实验中遇到的问题，提高实验效果，增长实验经验，锻炼实验技能。实验结束后要引导学生去思考实验中的问题。

1．3建立科学、公正的考核体系

实验教学的考核方式直接影响着学生参与实验的积极性。新的实验教学模式应改变传统以实验报告作为主要评分依据单一考核方式，对不同类型实验采取不同的考核手段，使考核更加客观公正，并且让不同类型的学生发挥各自的特长，亦可有效杜绝实验报告抄袭和雷同的现象。无机非金属材料工程专业实验教学的考核重点应是对学生综合实验技能的掌握程度、动手能力和解决实际问题能力的考核。对于基础性实验的考核以实际操作与实验报告为评价依据，其中实际操作现场考核，实验报告应为学生独立完成的，无固定模板，教师对其做出综合判断，两项综合评定为其最终成绩;对于综合性实验的考核，以答辩的形式评定成绩，采取抽签的形式，确定每个选择答辩评定成绩的学生必须答辩的实验题目和内容，答辩结束，要求学生针对答辩题目与内容提交自己答辩情况分析和最佳答辩结果书面报告。教师依据学生就实验内容设计与结果分析方法等问题的答辩和书面总结情况评定学生成绩。对于设计性实验的考核，可建议学生撰写相关的科技论文，通过引导学生针对所做的实验内容，有目的的查阅文献、分析问题，最终解决问题，以论文的形式呈交实验报告，全面锻炼学生的研究与创新能力。

1．4增加无机非金属材料专业实验室安全课程

笔者在美国访学期间对美国大学实验室安全教育系统(EHS)印象深刻，其教育形式多样，内容齐全，非常值得我们借鉴。为此，无机非金属材料专业实验教学新模式中应引入类似美国EHS管理系统。无机非金属材料实验室要强制实行安全训练课程及考试制度，实行硬性的安全教育和实验室准入制度。在进入实验室之前，每个学生都必须进行安全培训与考核，最好相关部门建立一套安全教育网络学习系统，设立包括一般实验安全、安全用电、防火、逃生以及如何使用有毒有害、易燃易爆的实验品等在内的多个专门培训课程，并通过考核作为进入实验室的前提条件，考试不合格者禁止进入相关实验室，必须重修合格后才准进入实验室。另外，还可以借鉴美国高校的做法，拍摄不同内容的专题安全教育影片，放到相关网络系统中，供有需要的人员下载或在线观看和使用。

2结语

金属材料论文篇(3)

玻璃－金属封接的主要问题为两者的物理化学不相容和热应力问题。玻璃的主要成分为SiO2，Al2O3，为典型的非金属材料，为共价键连接结构，而金属则以电子云的方式结合，导致熔融状态的玻璃材料在金属表面无法润湿铺展，从而无法达到玻璃－金属的封接。此外，玻璃与一般金属的热膨胀系数相差很大，即使两者能够润湿连接，也会在冷却过程中产生较大的应力，甚至出现玻璃炸裂的现象。针对物理化学不相容性问题，主要采用金属材料表面改性的方法，以达到熔融玻璃与金属的润湿铺展。在电真空行业，目前广泛应用的金属表面改性方法是金属表面预氧化，首先在含氧氛围中加热金属表面，使表面产生与基体结合紧密的氧化膜（如Fe2O3，Fe3O4等），该氧化膜可与熔融的玻璃润湿铺展，从而解决玻璃－金属物理化学不相容问题。针对玻璃－金属封接应力问题，目前主要采用开发热膨胀系数相近的玻璃、金属的方法。目前在玻璃－金属封接中应用较为广泛的金属材料为Fe－Co－Ni系膨胀合金（如4J29）和封接玻璃（如DM－308）。陈文莉等人［1］通过添加金属氧化物（MnO2，Co2O3等）等对DM－308型电子玻璃进行改性，使玻璃的抗弯强度提高7％，并改善了玻璃与可伐合金的封接强度，使两者封接面的抗剪强度提高了15．6％。分析指出，添加金属氧化物加速界面处可伐合金中的金属元素向玻璃中的扩散是改善封接性能的主要原因。胡忠武等人［2］采用金相、XRD，SEM等手段，研究了氧化膜的连续性、厚度对玻璃－可伐合金封接件的透气率、抗拉强度的影响。研究指出，只有当金属氧化物的摩尔体积与金属元素的摩尔体积之比略大于1时，金属表面才能形成覆盖连续且致密的氧化膜；具有尖晶石结构的氧化膜对封接有利，且氧化膜的最佳增重为3～7g/m2。DongqiangLei等人［3］针对太阳能接收器玻璃－可伐封接的薄弱环节，利用高频感应加热方式，对预先氧化的可伐合金与玻璃进行封接试验，并测试了接头的密封性能、接头强度、抗温度冲击性能及结合面的显微组织。试验结果表明，0．3～0．8mg/cm2的可伐合金预氧化增重条件可得到良好的玻璃－可伐封接接头。笔者还利用试验测量和ANSYS有限元方法［4］测定和计算了太阳能接收管可伐与玻璃封接接头的残余应力，试验结果与有限元计算结果相吻合，并指出接头的薄弱点不仅出现在玻璃－可伐的封接面，玻璃外表面靠近封接面处也是应力集中较大的区域。此外，金属环伸入玻璃管的长度越大，则接头的最大残余应力就减小。

2陶瓷－金属封接

与玻璃－金属封接相似，陶瓷－金属封接亦有2种材料物理化学不相容和热应力问题。陶瓷－金属封接工艺主要通过陶瓷表面烧结金属化层的方式实现与金属材料的表面润湿。对热应力的释放则依赖于金属化层和钎焊过程中钎料的变形和缓冲。陶瓷-金属封接广泛采用的是烧结金属粉末法（如活性钼－锰法），该连接工艺主要包括陶瓷的处理、膏粉的制备、涂膏、金属化烧结、镀镍、二次金属化、钎焊等过程。陶瓷表面金属化层的质量是决定整个陶瓷－金属封接接头的主要环节。目前对该种方法的研究主要集中在陶瓷表面金属化的机理研究、表面金属化强度提高、陶瓷与金属化层强度表征等。北京真空电子技术研究所对陶瓷－金属封接工艺及机理开展了大量研究工作。张巨先等人［5］研究了不同陶瓷表面金属化时金属粉与陶瓷相的相互作用机理。针对w（Al2O3）95％陶瓷采用Mo含量不同的粉末对陶瓷表面金属化，指出在金属化过程中，Mo颗粒形成骨架网络，金属粉中的玻璃相填充骨架网络的空隙，并与w（Al2O3）95％陶瓷中的玻璃相融和，通过毛细作用渗入陶瓷，得到有一定强度的致密金属化层，当玻璃相含量较高时，会在骨架网络中形成较多的内闭口气孔。针对高纯Al2O3陶瓷［6］，由于陶瓷内部无玻璃相及玻璃相迁移通道，其金属化主要通过Al2O3相表面细小颗粒的溶解、沉淀、析出及玻璃相对Al2O3陶瓷表面的润湿过程，实现致密结构。赵世柯等人［7］采用传统的Mo-Mn法对透明Al2O3陶瓷进行了金属化，获得了气密性可靠的陶瓷-金属封接件，并指出金属化层与陶瓷之间的结合主要来源于金属化层中的玻璃态物质表面良好的润湿性。由于制备工艺的限制，陶瓷内部存在随机的内部和表面缺陷，则其与金属封接接头的强度具有很大的分散性。石明等人［8］采用Weibull统计和正态分布，对氧化铝陶瓷的封接强度进行统计分析，试验表明，Weibull模数和变异系数可以表征材料强度的离散性。

3陶瓷－金属活性钎焊

陶瓷－金属活性钎焊工艺利用传统的钎焊方法，通过在钎料中添加活性成分（Ti，Zr等），可以增大钎料对氧化物、硅酸盐等物质的亲和力，实现钎料对陶瓷表面的润湿和铺展，完成陶瓷－金属的钎焊，而钎料对金属侧的润湿能力一般都较强，因此对其研究较少。相对于陶瓷－金属封接工艺，陶瓷－金属活性钎焊具有工序少、周期短、封接温度低、零件变形小等优点，因此成为近年来陶瓷－金属连接方向的研究热点。YLiu等人［9］研究了SiC陶瓷的活性钎焊（Ag－35．25Cu－1．75Ti）工艺（温度、保温时间）对接头力学行为的影响，研究指出，随着钎焊温度的升高，钎焊接头的弯曲强度升高，但随着保温时间的延长，活性钎料与陶瓷间的反应厚度增大，形成较多的脆性金属间化合物，使接头的力学性能下降。此外，笔者通过XRD手段分析了界面的反应产物，发现陶瓷与活性钎料的连接面由SiC/连续细小的TiC层/不连续粗大的Ti5Si3层/填充合金层组成，从而验证了活性元素Ti与SiC陶瓷间的反应产物。ZWYang等人［10］研究了SiO2－BN陶瓷与因瓦合金的Ag－21Cu－4．5Ti活性钎焊。钎焊温度为1113~1173K，保温时间为5~30min。通过扫描电镜和投射电镜分析发现，非晶态SO2在钎焊过程中活性较低，而h－BN与Ti反应生成细晶反应层的活性较大，钎焊过程中形成了100~150nm厚的TiN－TiB2反应层，从而实现了陶瓷与金属的连接接头。而因瓦合金中的Fe，Ni元素与Ti元素反应生成Fe2Ti，Ni3Ti，并固溶在Ag－Cu基体中，随着脆性相Fe2Ti，Ni3Ti含量的增高，接头的抗剪能力下降。李卓然等人［11］研究了95％氧化铝陶瓷与低碳钢Ag－Cu－Ti活性钎焊反应机理。试验采用的钎焊温度为950℃，保温时间为5min。通过XRD方法对接头不同区域的物相进行分析发现，接头由Al2O3陶瓷/Ti3Cu3O/Ti3Al＋TiMn＋TiFe2＋Ag＋Cu/TiC/低碳钢组成，钎料中的活性元素Ti，一方面和Cu与Al2O3反应形成Ti3Cu3O和Ti3Al，另一侧由于Ti是强碳化物形成元素，导致Ti向低碳钢侧扩散与C充分接触，同时较小的C原子也快速向钎料层扩散，形成连续的TiC层，另外与Fe，Mn结合生成TiFe2和TiMn。

4陶瓷－金属过渡液相扩散焊

陶瓷－金属的活性钎焊工艺可实现两者的可靠连接，但接头的高温高应力下的环境适应性较差，这是由于活性钎焊的连接温度较低，若提高钎焊温度又会引起热应力的增大。而陶瓷－金属的过渡液相扩散焊可较好地解决此问题。陶瓷－金属过渡液相扩散焊的中间层一般为复合中间层，即由一薄层低熔点金属或合金熔敷在相对较厚的高熔点核心层上。低熔点薄层熔化后扩散进入高熔点材料并与之反应，使液相消失，形成的合金或中间层性质取决于高熔点核心材料的物理性质。JiuchunYan等人［12］研究了采用Cu/Ni/Cu中间层连接Al2O3陶瓷与6061铝合金。钎焊温度为580℃，随着保温时间的延长，接头的抗剪强度呈提高趋势；钎缝部位有纯Ni层、Al0．9Ni1．1化合物层、Al基固溶体的存在；钎缝中的Al－Cu的共晶组织增强了Ni层的扩散，并缩短了钎焊时间。MBrochu等人［13］研究了使用Cu－Ti/Ni/Al中间层局部过渡液相扩散连接Si3N4陶瓷和FA－129铁铝合金。预加压应力为300kPa，首先以10℃/min的加热速度加热到950~1100℃，并保温30min，之后以5℃/min的速度加热到1100~1200℃，并保温1．5～6h完成均匀化过程，最后以55℃/min的速度降温到300℃。其中Cu－Ti以粉末状夹在Si3N4/Ni之间，而Al以箔状夹在Ni/FA－129之间，最终接头的弯曲强度约为80MPa。李京龙等人［14］以Ti/Ni/Ti为中间层，利用局部过渡液相扩散方法对多孔C/SiC材料进行了连接。中间层中的活性元素Ti对C/SiC润湿性能良好，因而形成了能够沿连接界面孔隙渗入C/SiC基体内。接头冷却后可形成“扎钉结构”，从而提高接头的连接强度。

5结语

金属材料论文篇(4)

为21世纪化工行业培养合格的金属材料工程专业人才，自2006年以来，沈阳化工大学金属材料工程专业对教学内容、课程设置、课程体系进行了统筹规划和整体安排。经过几年的改革和实践，建立了具有化工行业特点及金属材料工程专业特色、科学合理的教学内容与课程体系。一方面，课程设置与专业特色相契合，再结合沈阳化工大学的化工特色，针对化工单元设备的主要加工方法，如压力加工、焊接、机械加工及化工单元设备的腐蚀问题，对课程设置、课程体系统筹规划、整体安排，构建具有化工行业特色及金属材料工程专业特点、科学合理的新的课程教学体系。强化金属塑性加工原理、焊接冶金学、焊接工艺与设备、金属腐蚀与防护、金属热处理和材料无损检测等主要专业课程。在课程教学中，结合金属材料工程专业的特色，不断进行教学内容与教学方法的改革。采用将教学内容与工程实际、工程法规、工程问题、典型产品相结合，尤其与化工生产和化工设备制造过程相结合的案例教学。典型课程如，金属塑性加工原理、焊接工艺与设备及腐蚀与防护等都是以化工单元设备生产过程为背景的案例教学方法，着力打造精品课程，形成部分专业课程特色教材，加强金属工程材料专业本科学生能力和素质的培养，对其他课程的教学起到了示范作用，推动了教学改革的深入进行，提高了教学质量。另一方面，以强化工程实践能力、工程设计能力与工程创新能力为核心，实践内容贯穿培养过程的始终。首先，增加课程实验，尤其是综合性和设计性实验，然后开展灵活多样的实习实践，在原有的金工实习、认识实习、生产实习、毕业实习的基础上，增加个性化实习。开放办学、校企合作，结合学生的兴趣爱好、就业方向、教师的科研课题以及就业单位的培训等等，分别送学生到企业去学习实践。为方便学生到企业实习，我校先后建立了与沈阳铸锻工业有限公司、沈阳金杯广振汽车部件有限公司、沈阳来金汽车零部件有限公司、富奥辽宁汽车弹簧有限公司、抚顺机械设备制造有限公司等十余家企业合作的实习基地。通过加强实习基地与相关企事业单位的共建和合作，利用其设施、设备等条件开展实践教学，同时也帮助学生了解金属材料及其相关材料的科技发展动态，以及相关前沿技术和行业需求，培养分析和解决生产中的实际问题、从事科学研究和实际工作的初步能力。

二、建立创新教育机制，培养学生创新能力

鼓励学生在教师指导下积极开展多样化的科技创新活动［5］。如参加指导教师的课题研究，申报并参加大学生创新创业训练计划项目，参加全国及辽宁省“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛、全国及辽宁省普通高等学校本科大学生机械创新设计大赛、全国大学生英语竞赛、全国大学生数学建模竞赛等。通过组织各种类型、各种形式和不同层次的课外活动，将各类工程实践活动、创新实践训练、学科竞赛活动、学术前沿讲座、社会实践、公益活动等课外活动作为第二课堂课程模块纳入到课程体系中统一实施和管理。从2006年开始，我们以学校“6S”，即ST(科技训练)、SC(系列竞赛)、SP(社会实践)、SW(社会工作)、SL(系列讲座)、SA(特色活动)为指导，以“挑战杯”“机械设计竞赛”活动为契机，以课外教学环节为突破口，开展了多项大学生课外竞赛活动。近年来，金属材料工程专业参赛学生项目获机械创新设计大赛国家二等奖一项;“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛国家三等奖一项;全国大学生英语竞赛二等奖、三等奖各一项;辽宁省级奖项几十项。通过创新竞赛的开展，活跃了创新教育的氛围，为金属材料工程专业学生的个性发展提供了平台，为学生毕业后从事科学研究活动奠定了一定的基础。此外，金属材料工程专业对学生实行实验室全天开放，先进的科研设备和仪器用于学生科研训练，促进了学生创新能力的提高。

三、结论

金属材料论文篇(5)

1.工程化实践教学能力师资队伍是教学的主导力量，提高无机非金属材料工程化人才培养质量，必须加强工程实践的师资队伍建设。如果专业教师本身缺少工程实践训练，工程实践能力低，无法将理论与实际紧密结合并指导学生工程实践环节，无法调动学生主动实践的积极性。无机非金属材料工程专业“工程化"师资队伍建设薄弱，教师工程化素质与实践能力偏低，不能深入工程化实际开展实践教学活动。依托“工程化"教学，加强构建中青年教师“工程化"培养模式，培养“双能型"专业教师，组织青年教师到企业进行专业实践，实施“工程化"培养，加强教师工程实践的训练，可以了解学科专业的现实需求，加深教师对工程实际和产业的了解，可以促进理论教学与实践教学的结合。蚌埠市无机非金属材料工程相关科研院所，如蚌埠玻璃设计院、玻璃企业、水泥企业较多，专业人才丰富，为校企合作提供了优势，只要教师积极探索校企合作，开展产学研合作，必定能提高“工程化"水平，加强“双能型"建设，提高无机非金属材料工程专业工程化培养水平。

2.无机非金属材料工程专业“工程化"师资队伍实践水平的提高必须寻求校企合作，依托校企合作交流平台，建设双师型师资队伍，要求企业定期为教师开展培训班，教师直接从生产第一线获取企业的新技术、新知识、新工艺、新材料、新方法，并应用于教学过程。支持教师参加岗位职业资格培训，强化师资队伍的工程实践能力。我系逐步建设一支熟悉行业企业需求、工作经验丰富、实践教学能力强的专兼职结合的“双能型"教师队伍。同时，企业可以推荐专业骨干教师与高技能人才承担无机非金属材料工程实践教学任务，保证实践队伍高素质、高水平。组织“双能型"专业教师的培养，鼓励教师到企业进行整个工程实践进行针对性训练，提高师资队伍的工程化教学能力。对于工厂实践教学我们将学生带到工厂，利用工厂的生产设备，聘请生产一线的企业工程师现场授课，比如玻璃窑炉的实验课程，我们就组织学生到企业去，聘请企业技术人员依据企业的窑炉现场讲解整个窑炉的结构、工作原理及工作过程，非常生动形象，也大大提高了学生的学习兴趣，提高了工程化实践能力。同时现场教学也增强了学生“工程化"思想，在工程化实践教学过程中让学生明确自己的学习目标是成为工程师，将来能将科技转化为现实生产力。“工程化"教育中学生体会和掌握工程设计、工程实践的基本分析方法，提升综合实践素质。

二、促进实习实践基地建设

实习实践基地建设一直是工科专业的薄弱环节，如何借助“工程化"提升专业实习实践基地建设是值得考虑的问题。利用无机非金属材料工程专业实习基地和产学研基地工程化方面的优势，对学生进行工程化方面的培养，包括校内实习基地和企业实习基地建设。校内实习基地建设，通过基本仪器设备的添置与更新组建成工程中心，尽可能贴近生产实际，满足专业工程实践教学的基本需要，满足相关专业内涵与外延拓展需要。我院无机非金属材料工程专业利用蚌埠玻璃设计院等具有丰富工程化水平和实践经验的智力资源，利用中航三鑫太阳能光电玻璃有限公司、安徽鑫民玻璃制品有限公司、安徽德力集团、凤阳珍珠水泥集团、海螺水泥集团等企业先进的实践教学基地，共同提高无机非金属材料专业工程化人才培养质量。

三、校企合作办学和产学研合作

金属材料论文篇(6)

【关键词】无机非金属 课程教学 教学模式

【基金项目】本论文受江西省高等学校教学改革研究课题，2013“卓越计划”背景下无机非金属材料工程专业课程创新改革研究（编号：JXJG-13-7-14）项目资助。

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）09-0232-01

随着现代无机非金属材料领域的迅猛发展、知识体系的扩充及翻新、学科之间竞争的加剧、交叉学科的涌现以及工业领域对人才素质要求的提高，无机非金属材料行业的发展面临着更多挑战，同时对高校教育，尤其是无机非金属材料专业的学生在专业课程的学习和掌握方面提出了更高的要求。此外，在我国高等教育进入大众化教育阶段，“就业难”现象的凸显再一次印证了我国高等教育不应单纯关注于人才的数量，在人才培养质量，尤其是高级应用技术性人才质量的保证方面，任重而道远。因此，无机非金属材料专业想要达到或满足相关的标准，解决目前所面临的问题，必须对本专业的课程进行相应改革。

无机非金属材料概论是无机非金属专业的基础课程，该课程具有涵盖内容广、综合性强、学科交叉特性突出、知识系统丰富等特点，它主要研究无机非金属材料的成分和制备工艺、组织结构及材料性能之间的相关关系，包括玻璃、陶瓷、水泥、耐火材料、复合材料及新型陶瓷材料等。传统的教学模式主要采用接受性学习的方式授课，抽象化的授课方式增加了学生对相关知识的掌握难度。同时，学生长期处于被动接受知识状态，对其思维能动性和创造性均不利。此外，在课程设置方面，教学内容继续沿用过去传统的精英教学模式，单一、僵化的教学方法和手段不利于调动学生的积极性；课程实验及工程实践经验的缺乏进一步导致学生对相关知识是理解和掌握仅停留于理论阶段，不利于学生发散性思维的培养。总之，对目前教学方式进行改革，引入新的学习方式，着重培养学生的自主意识和发散思维能力；以问题为导向，通过探索式学习、合作式学习、自主式学习、探讨式学习等方式，将传统的以教师为主导的课堂，变成学生主导，教师统筹的“气氛”课堂，最终实现知识点的梳理和问题的解决。“气氛”课堂不仅仅限于对知识的理解和掌握，它更注重教师与学生的情感、态度以及价值观的实现，重视个体的主体性和创造性价值的培养。在“气氛”课堂中，小组合作学习教学法是一种非常实用的教学方式，所谓小组合作学习教学法，是指根据一定的合作性程序和方法促使学生在异质小组中共同学习，从而利用合作性人际交往促进学生认知、情感的教学策略体系[1]。在这种教学方式中，教师创造情景、学生在相互合作与对话中主动构建知识。教师作为问题的设计和开发者，在学生学习过程中发挥着促进者和合作者的角色，而学生通过相互帮助、协作和理解，最终促成问题的解决[2]。因此，以“气氛”课堂取代传统精英教学方式，将为目前所面临诸多问题提供新的解决方案。

在传统的无机非金属材料概论课堂教学过程中，教师往往只注重理论授课。但是，作为工科专业教学中的重要内容，学生的应用能力和工程能力的培养往往被忽视。因此，在掌握扎实理论知识的前提下，提高学生的工程素质和实践能力对学生就业率的提高有非常重要的影响。由于“无机非金属材料概论”属于认知性基础课程，鉴于本课程的特殊性，在教学过程中，引入动画、视频和模拟仿真技术等现代教学手段，将抽象的理论知识、处理工艺进行直观的展示，学生对相关知识点和工艺有更直观的认识[3]。此外，通过增加生产技能实训、无机非金属材料工艺实训、无机非金属材料课程设计与实践等环节，能够进一步对所学基础知识进行加深和巩固。

总之，在无机非金属材料概论的教学实践过程中，针对目前无机非金属材料专业面临的一些问题，我们对本课程的教学方式作了一定的探索与改革，良好的教学效果也印证了改革的可行性。因此，今后我们对相关教学方法进行推广，以期改进学生的学习方式、提升学习能力，为满足“卓越工程师培养计划”而努力。

参考文献：

[1]刘明龙. 大学课堂合作学习绩效及其影响因素研究[D]. 陕西：陕西师范大学，2009

[2]刘宏波.近十年无机非金属材料工程专业的教学改革[J]. 广州化工，2016，44（8）：201-202

[3]王春香，李之锋，蒋鸿辉等.卓越计划背景下无机非金属材料专业课程改革初探[J].大学教育，2016（1）：129-130

金属材料论文篇(7)

[论文摘 要] 本文从三个方面论述了热处理工艺在提高金属零件的制造水平中的作用。 

 

引言 

在现代工业生产中，金属零件的制造是一个重要的环节，具有举足轻重的作用，因此提高金属零件的制造水平成为一项不可缺少的工作。而在金属零件的制造过程中，热处理工作又是提高其制造水平的重要措施。在设计工作中，正确制定热处理工艺可以改变某些金属材料的机械性能。而不合理的热处理条件，不仅不会提高材料的机械性能，反而会破坏材料原有的性能。因此，设计人员应根据金属材料成分，准确分析金属材料与热处理工艺的关系，制订合理的热处理的工艺，合理安排工艺流程，才能得到理想的效果，提高金属零件的制造水平。 

在现代工业生产中，广泛使用的金属有铁、铝、铜、铅、锌、镍、铬、锰等。但用得更多的是它们的合金。金属和合金的内部结构包含两个方面：其一是金属原子之间的结合方式；其二是原子在空间的排列方式。金属的性能和原子在空间的排列配置情况有密切的关系，原子排列方式不同，金属的性能就出现差异。 

为了得到更好的金属性能，满足制造和使用要求，我们将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度在不同的介质中冷却，通过改变金属材料表面或内部的显微组织结构来改变其性能，这就是金属材料热处理过程。 

不同的热处理条件会产生不同的材料性能改变效果，下面从3个方面来说明热处理工艺在提高金属零件的制造水平中的作用。 

一、提高金属材料的切削性能和加工精度 

在各类铸、锻、焊工件的毛坯或半成品金属材料的切削过程中，由于被加工材料、切削刀具和切削条件的不同，金属的变形程度也不同，从而产生不同程度的光洁度。各种材料的最佳切削性能都对应有一定的硬度范围和金相组织。为了得到最佳切削性能，就要求被加工材料具有合适的组织状态，这就要用到预先热处理。 

通过预先热处理，可以消除或减少冶金及热加工过程产生的材料缺陷，并为以后切削加工及热处理准备良好的组织状态，从而保证材料的切削性能、加工精度和减少变形。 

举例1：齿坯材料在切削加工中，当齿坯硬度偏低时会产生粘刀现象，在前倾面上形成积屑瘤，使被加工零件的表面光洁度降低。而对齿坯材料进行正火＋不完全淬火处理，切屑容易碎裂，形成粘刀的倾向性减少。并随着齿坯硬度的提高，切屑从带状向挤裂状过渡，从而减少了粘刀现象，提高了切削性能。 

举例2：铝合金在加工过程中，通常都是先经强化处理（固溶处理＋时效；时效），这样可以得到晶粒细小、均匀的组织，比铸态或压力加工状态的切削性能好，不仅改善了切削性能，而且同时提高了机械加工精度。 

二、提高金属材料的断裂韧性 

金属材料的断裂韧性指含有裂纹的材料在外力作用下抵抗裂纹扩展的性能。提高金属断裂韧性的关键是要减少金属晶体中位错，使金属材料中的位错密度下降，从而提高金属强度，而减少金属晶体中位错的一种重要方法，就是细晶强化，其原理是通过细化晶粒使晶界所占比例增高而阻碍位错滑移从而提高材料强韧性。而金属组织的细晶强化的过程实际上就是金属热处理。 

在金属热处理过程中，当冷变形金属加热到足够高的温度以后，在一定的应力和变形温度的条件下，材料在变形过程中积累到足够高的局部位错密度级别，会在变形最剧烈的区域产生新的等轴晶粒来代替原来的变形晶粒，这个过程称为再结晶。再结晶晶核的形成与长大都需要原子的扩散，因此必须将变形金属加热到一定温度之上，足以激活原子，使其能进行迁移时，再结晶过程才能进行。 

那么，对于不同的金属材料，我们就可以通过控制不同的热处理的温度，来提高金属材料的断裂韧性。 

举例：在sy钢坯料上线切割适当的小圆柱，机加工后，选择在700℃，800℃，900℃、1000℃和1100℃在cleeble-1500型热模拟试验机上以5×10-1的变形速率保温30s压缩变形50％，然后在空气中冷至室温，再进行680℃×6hac(空冷)的退火处理，再将压缩后的试样沿轴向线切割剖开，研磨抛光后用化学物质显示晶粒形貌。实验现象为：在700℃时，扁平的晶粒开始逐渐向等轴晶粒的形状变化。800℃变形的晶粒中等轴晶粒已经有少量出现，但仍然以变形拉长的晶粒为主。在900℃变形开始，晶粒突然变得细小，几乎全部为等轴晶粒，晶粒度达到ybl2级。在900℃以上．晶粒开始长大。因此，对此种钢来说，900℃左右温度进行热处理，可以提高其断裂韧性。 

三、减少金属材料的应力腐蚀开裂 

金属材料在拉伸应力和特定腐蚀环境共同作用下发生的脆性断裂破坏称为应力腐蚀开裂。大部分引起应力腐蚀开裂的应力是由残余拉应力引起的。残余应力是金属在焊接过程中产生的。金属在加热时，以及加热后冷却处理时，改变了材料内部的组织和性能，同时伴随产生了金属热应力和相变应力。金属材料在加热和冷却过程中，表层和心部的加热及冷却速度(或时间)不一致，由于温差导致材料体积膨胀和收缩不均而产生应力，即热应力。在热应力的作用下，由于冷却时金属表层温度低于心部，收缩表面大于心部而使心部受拉应力：另一方面材料在热处理过程中由于组织的变化即奥氏体向马氏体转变时，因比容的增大会伴随材料体积的膨胀，材料各部位先后相变，造成体积长大不一致而产生组织应力。组织应力变化的最终结果是表层受拉应力，心部受压应力，恰好与拉应力相反。金属热处理的热应力和相变应力叠加的结果就是材料中的残余应力，正是其存在造成了应力腐蚀开裂。 

举例：金属热处理中，通过控制淬火冷却速度，可以显著地控制淬火裂纹，为了达到淬火的目的，通常必须加速材料在高温段内的冷却速度，并使之超过材料的临界淬火冷却速度才能得到马氏体组织。就残余应力而论，这样做由于能增加抵消组织应力作用的热应力值，故能减少工件表面上的拉应力而达到抑制纵裂的目的。 

3、结论 

金属材料的热处理在机械零件制造中占有十分重要的地位，在金属材料加工的整个工艺流程中，如果将切削加工工艺与热处理工艺进行密切配合，将有效地提高金属零件的制造水平。 

参 考 文 献 

[1] 雷声，齿轮热处理变形的控制.机械工程师.2008年5期.