先進(jìn)材料加工技術(shù)陳孝文課后參考答案

第一章１.什么叫材料？什么叫材料技術(shù)？答：材料是指人類用以制造用于生活和生產(chǎn)的物品、器件、構(gòu)件、機(jī)器以及其他產(chǎn)品的物質(zhì)。材料技術(shù)可以理解為關(guān)于材料的制備、成形與加工、表征與評(píng)價(jià)、材料的使用和保護(hù)的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和訣竅。２.列舉三種油氣田材料，并說明其特性。答：（1）鉆桿。鉆桿是鉆柱的基本組成部分，其上端連著方鉆桿，下端連著鉆鋌。鉆桿包括鉆桿體和鉆桿接頭兩部分，利用鉆桿接頭的螺紋連接鉆桿，桿體和接頭則通過摩擦焊連接。鉆進(jìn)時(shí)，鉆桿受力非常復(fù)雜，主要有以下三種：①鉆桿上部受到由于鉆柱本身重量而產(chǎn)生的拉應(yīng)力，這種應(yīng)力越往上越大，在方鉆桿和鉆桿連接處最大；②鉆進(jìn)時(shí)由于方位變化或定向鉆斜井時(shí)，還要承受較大的交變彎曲應(yīng)力；③在有負(fù)荷的情況下旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生扭應(yīng)力。針對(duì)鉆桿復(fù)雜的受力情況，工程上對(duì)鉆桿性能要求主要有：①強(qiáng)度高；②自直性好；③內(nèi)壁光滑；④具有一定的耐蝕性和耐磨性。鉆桿管體的強(qiáng)度主要包括抗拉強(qiáng)度、抗扭強(qiáng)度和抗擠強(qiáng)度，而鉆桿接頭的強(qiáng)度主要包括抗拉強(qiáng)度和抗扭強(qiáng)度，接頭的抗拉強(qiáng)度要大于管體的抗拉強(qiáng)度。鉆桿制備過程復(fù)雜，涉及軋制、拉拔、焊接和熱處理等加工工序，每一道工序都會(huì)對(duì)鉆桿性能產(chǎn)生重要影響。（2）油井水泥。油井水泥是油氣井鉆井工程固井作業(yè)中必不可少的膠凝材料，是指應(yīng)用于各種鉆井條件下進(jìn)行固井、修井、擠注等作業(yè)的硅酸鹽水泥和非硅酸鹽水泥，包括摻有各種外摻料或外加劑的改性水泥或特種水泥的油井水泥體系。油氣井地層結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜，有深井、超深井、高溫井和強(qiáng)腐蝕井等，為適應(yīng)這些特殊類型的油井，油井水泥要求具備以下性能：①水泥能配成流動(dòng)性良好的水泥漿，從配制開始到注入套管的環(huán)形空間內(nèi)的一段時(shí)間內(nèi)都應(yīng)保持這種性能；②水泥漿在井下溫度和壓力條件下應(yīng)保持穩(wěn)定；③水泥漿應(yīng)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)凝固并達(dá)到一定的強(qiáng)度；④水泥漿應(yīng)能和外加劑相配合，可調(diào)節(jié)各種性能；⑤形成的水泥環(huán)具有較低滲透性能。油井水泥的質(zhì)量主要是由其化學(xué)成分決定的。固井水泥漿要求具有以下基本性能：①密度大小適宜。②流變性能良好。③稠化時(shí)間合適。④失水量和自由水較低。⑤凝固時(shí)間適當(dāng)。⑥穩(wěn)定性良好。（3）聚合物鉆井液處理劑。鉆井液是指鉆井時(shí)用來清洗井底并把巖屑攜帶到地面，維持鉆井操作正常進(jìn)行的流體。聚合物鉆井液是指將聚合物作為處理劑或主要用聚合物調(diào)控性能的鉆井液體系，具有如下特點(diǎn)：①固相含量和亞微米粒子含量較低。這是聚合物鉆井液的基本特征，是聚合物處理劑選擇性絮凝和抑制巖屑分散的結(jié)果，有利于提高鉆井速度。②流變性能好。在高剪切力作用下，架橋作用被破壞，黏度和剪切力降低，故聚合物鉆井液有較高的剪切稀釋作用。由于聚合物溶液為典型的非牛頓流體，所以聚合物鉆井液黏度值較低。③鉆井速度高。聚合物鉆井液固相含量低、亞微米粒子比較小，剪切稀釋性好，懸浮攜帶鉆屑能力強(qiáng)，洗井效果好，故鉆井速度高。④穩(wěn)定井壁能力較強(qiáng)，井徑比較規(guī)則。鉆井液中的聚合物能有效抑制巖石的吸水分散作用，從而穩(wěn)定井壁。⑤對(duì)油氣層損害小，有利于發(fā)現(xiàn)和保護(hù)產(chǎn)層。聚合物鉆井液密度低，可實(shí)現(xiàn)平衡壓裂鉆井，固相含量少可減輕固相侵入，從而減少對(duì)油層的損害程度。⑥鉆井成本低。由于聚合物鉆井液中的聚合物處理劑用量少，鉆井速度快，縮短完井周期，可大幅度降低鉆井成本。聚合物鉆井液根據(jù)所使用的聚合物不同，分為陰離子聚合物鉆井液、陽離子聚合物鉆井液和兩性離子聚合物鉆井液。３.常用的材料加工技術(shù)有哪些？答：材料加工技術(shù)是制造業(yè)的關(guān)鍵共性技術(shù)之一，也是生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品的基礎(chǔ)。液態(tài)金屬成形、金屬塑性成形、焊接以及熱處理等材料加工技術(shù)仍然是當(dāng)今制造業(yè)，特別是裝備制造業(yè)的主要加工技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能的發(fā)展，材料加工技術(shù)也在不斷進(jìn)步，新型材料加工技術(shù)不斷涌現(xiàn)出來。除了這些傳統(tǒng)的材料加工技術(shù)外，還有定向凝固、快速凝固、半固態(tài)加工、先進(jìn)連接、增材制造、表面改性等新型加工技術(shù)。4.材料加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是什么？答：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，材料加工技術(shù)的發(fā)展越來越迅速，金屬材料加工技術(shù)的主要發(fā)展方向如下：（1）材料加工的智能化。隨著人工智能的快速發(fā)展，材料加工技術(shù)也將由傳統(tǒng)方法向智能化方向發(fā)展。將機(jī)器學(xué)習(xí)的思想引入材料成分設(shè)計(jì)及加工過程，加上機(jī)器人的出現(xiàn)，將大大減輕人們的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也會(huì)使得材料的制備和加工更加穩(wěn)定，提高材料的性能，滿足各行各業(yè)對(duì)新材料性能的需求。（2）常規(guī)材料加工工藝的短流程化和高效化。半固態(tài)流變成形、連續(xù)鑄軋等是將凝固與成形兩個(gè)過程合二為一，實(shí)現(xiàn)了精確控制，縮短了生產(chǎn)工藝流程，簡化了工藝環(huán)節(jié)，提高了生產(chǎn)效率。目前，國外鎂合金和鋁合金的半固態(tài)加工技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入較大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用階段。鋁合金和鎂合金熔點(diǎn)相對(duì)于鋼鐵材料較低，采用半固態(tài)加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)起來相對(duì)容易，但高熔點(diǎn)的鋼鐵材料如何利用半固態(tài)加工這種新技術(shù)將是未來發(fā)展和研究的重點(diǎn)。（3）發(fā)展先進(jìn)的成形加工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)組織和性能的精確控制。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展有望實(shí)現(xiàn)對(duì)材料成形加工后的組織和性能進(jìn)行精確控制，降低材料制備的成本。采用電磁連鑄、先進(jìn)超塑性成形等技術(shù)可以改善材料的組織，大幅度提高材料的性能，有利于發(fā)展新材料，促進(jìn)新材料的應(yīng)用。（4）材料設(shè)計(jì)、制備與成形加工一體化。發(fā)展材料設(shè)計(jì)、制備與成形加工一體化技術(shù)，有利于實(shí)現(xiàn)材料與零部件的高效、近終形和短流程成形，如粉末注射成形和激光快速成形是不銹鋼、高溫合金、金屬間化合物、陶瓷等零部件制備技術(shù)的關(guān)鍵。（5）開發(fā)新型制備與成形加工技術(shù)，發(fā)展新材料與新制品。新材料的制備在很大程度上依賴于新設(shè)備，因?yàn)樾鹿に嚺c新設(shè)備息息相關(guān)。例如，采用常規(guī)的甩帶法可以制備非晶薄帶，但很難制備較厚的大塊非晶，而新設(shè)備銅模吸鑄系統(tǒng)則可以制備大塊非晶；先進(jìn)包覆材料的用途越來越廣，但現(xiàn)有各種制備方法具有工藝復(fù)雜，界面質(zhì)量控制困難，生產(chǎn)成本較高等缺點(diǎn)，科研工作者開發(fā)的充芯連鑄法適合于包覆層金屬熔點(diǎn)高于芯材金屬熔點(diǎn)的特種高性能復(fù)合材料的直接成形。（6）發(fā)展計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬與材料基因技術(shù)，構(gòu)筑完善的材料數(shù)據(jù)庫。材料的研發(fā)主要依賴于實(shí)驗(yàn)，但計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬與過程仿真技術(shù)可以起到很好的補(bǔ)充作用，節(jié)約研發(fā)時(shí)間，降低研發(fā)成本，對(duì)材料加工技術(shù)的研發(fā)起到了重要的促進(jìn)作用。構(gòu)筑材料數(shù)據(jù)庫可以進(jìn)一步提高數(shù)值模擬的結(jié)果可靠性和廣泛適用性，國外有些國家從20世紀(jì)80年代起就開始有計(jì)劃有步驟地開啟了這方面的工作，我國在這方面起步較晚，目前也在快速發(fā)展這項(xiàng)技術(shù)。第二章1.什么是快速凝固？快速凝固有何特點(diǎn)？答：快速凝固技術(shù)是指在比常規(guī)凝固工藝過程快得多的冷卻速度（104~109℃/s）或大得多的過冷度（可達(dá)幾十至幾百攝氏度）下，合金以極快的凝固速率從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的材料成形過程?？焖倌桃部梢岳斫鉃橛梢合嗟焦滔嗟南嘧冞^程進(jìn)行得非?？欤瑥亩@得普通鑄件和鑄錠無法獲得的成分、相結(jié)構(gòu)和顯微結(jié)構(gòu)的過程?？焖倌毯辖鸬慕M織特點(diǎn)主要有：（1）偏析傾向減小，成分均勻化。溶質(zhì)原子不均勻分布或偏析的范圍減小，通常，可用枝晶偏析的二次枝晶臂間距來表征成分偏析的范圍或距離?？焖倌毯蟮暮辖鹁Я＜?xì)化，枝晶間距減小，偏析范圍呈數(shù)量級(jí)減小。（2）形成超飽和固溶體。大多數(shù)液態(tài)合金是無限互溶的（CLmax→1），而在快速凝固過程中，發(fā)生了非平衡或無溶質(zhì)分配凝固。快速凝固合金中置換式固溶體和間隙式固溶體的溶質(zhì)固溶度都會(huì)有較大的亞穩(wěn)擴(kuò)展，而且一般冷速高、擴(kuò)展大。（3）組織超細(xì)化、尺寸均勻化?？焖倌毯辖鹁Я＃S冷速增大，依次可能為樹枝狀晶、胞狀或柱狀晶與等軸晶?？焖倌毯辖鹁Я３叽鐦O小，而且大小分布均勻。由于凝固形核前熔體過冷度可達(dá)幾十甚至幾百度，而結(jié)晶形核速率比長大速度更強(qiáng)烈地依賴于過冷度，大大提高了凝固形核速率，同時(shí)，在極短的凝固時(shí)間內(nèi)晶粒難以充分長大。通常，快速凝固晶態(tài)合金被稱為微晶合金，甚至有人根據(jù)凝固速度很高的合金中晶?？尚∵_(dá)納米量級(jí)，而把快速凝固晶態(tài)合金分為微（米）晶合金和納米晶合金。（4）晶體缺陷增加。與鑄態(tài)合金相比，快速凝固合金中的空位、位錯(cuò)等缺陷密度有較大增加，其原因主要是因?yàn)橐簯B(tài)合金中空位形成能（0.11eV）比固態(tài)合金中的（0.76eV）小得多，故液態(tài)合金中空位濃度高，快速凝固時(shí)大部分空位來不及消失而留在固態(tài)合金中。凝固速度快，晶體生長過程中也容易形成空位，導(dǎo)致固態(tài)合金中空位濃度高。由于快速凝固過程中熱應(yīng)力大，空位聚集、崩塌，形成位錯(cuò)環(huán)，導(dǎo)致位錯(cuò)密度（尤其是位錯(cuò)環(huán)）高。2.快速凝固的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的特點(diǎn)分別是什么？答：快速凝固的熱力學(xué)特點(diǎn)是在較大的過冷度下發(fā)生的高生長速率的凝固過程中，液/固界面可偏離平衡或亞穩(wěn)平衡狀態(tài)，直至發(fā)生無擴(kuò)散、無溶質(zhì)分離的凝固，乃至結(jié)晶過程完全被遏制，形成非晶結(jié)構(gòu)（金屬玻璃）。固態(tài)凝固的熱力學(xué)條件是自由能變化(△GL-S)必須符合△GL-S<0。動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)是穩(wěn)態(tài)形核理論關(guān)于形核孕育期的計(jì)算方法只有在下列條件下才是適合的，即所有晶胚原子團(tuán)簇在溫度變化時(shí)會(huì)足夠快地形成。對(duì)于在大的過冷度下開始的快速凝固過程，這種方法不再適用，而應(yīng)根據(jù)時(shí)間依從（瞬態(tài)）的形核理論來計(jì)算。運(yùn)用以上理論方法，針對(duì)不同的合金成分及不同的固態(tài)相（穩(wěn)定或亞穩(wěn)），即可得到：某一成分合金中不同結(jié)構(gòu)的各固態(tài)相的T（形核溫度）-τ（孕育時(shí)間）圖；確定在不同的熔體冷卻速度下，領(lǐng)先形核的是哪個(gè)相；確定為避免某個(gè)初生相（常為金屬間化合物）先于基體相形成所必須的臨界冷卻速度；預(yù)測(cè)不同粒度或厚度的粉、片中的相組成。3.非晶態(tài)合金的形成條件是什么？非晶態(tài)合金在結(jié)構(gòu)上有什么特點(diǎn)？答：非晶態(tài)合金的形成是有條件的，既與合金成分有關(guān)，也與凝固過程的冷卻速率有關(guān)。從相變角度看，非晶態(tài)形成的過程就是避免結(jié)晶的過程，即避免原子重排的過程。粘滯系數(shù)是標(biāo)志原子遷移難易程度的物理量，大則不易結(jié)晶。形成非晶態(tài)合金的過程是：過熱液態(tài)金屬過冷液態(tài)金屬非晶態(tài)合金。熔液黏度越大，冷卻速度越快，越容易形成非晶態(tài)合金。構(gòu)成非晶態(tài)固體的原子或原子團(tuán)，沒有任何的長程序，只在幾個(gè)原子間距的區(qū)間內(nèi)具有短程序。一般從否定含義可對(duì)非晶態(tài)固體作如下定義：非晶態(tài)固體沒有晶態(tài)結(jié)構(gòu)，原子在三維空間呈無序排列。所謂“無序”不是單純的混亂，而是殘缺不全的秩序。非晶態(tài)合金在宏觀上處于非熱平衡的亞穩(wěn)態(tài)。這里亞穩(wěn)的含義是指在同樣外界條件下，非晶態(tài)合金的能量要比相應(yīng)晶態(tài)的能量高。4.簡述非晶態(tài)合金的應(yīng)用前景。答：非晶態(tài)合金具有長程無序、短程有序的結(jié)構(gòu)特性，導(dǎo)致了其具有與晶態(tài)合金不同的特性。非晶態(tài)合金不僅具有優(yōu)異的力學(xué)性能，也具有優(yōu)異的軟磁性能。非晶態(tài)合金具有廣闊的應(yīng)用前景。（1）非晶帶材的應(yīng)用。非晶合金帶材在低頻領(lǐng)域的應(yīng)用主要是用于電力輸配電領(lǐng)域，如配電變壓器、互感器和漏電開關(guān)等。與用常規(guī)材料（如硅鋼片）制備的變壓器相比，非晶配電變壓器具有鐵損低的突出優(yōu)點(diǎn)，但也存在價(jià)格高、工作磁感低和疊片系數(shù)低等不足。非晶合金帶材在高頻領(lǐng)域的應(yīng)用主要是用于電力電子領(lǐng)域、中大功率高頻開關(guān)電源、電子信息領(lǐng)域、計(jì)算機(jī)開關(guān)電源、網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備、電源濾波器、防盜標(biāo)簽以及非晶釬焊料等。（2）非晶絲材的應(yīng)用。非晶絲材的應(yīng)用較廣，目前主要集中于信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和微電子技術(shù)等領(lǐng)域。比如在磁性ID標(biāo)簽、智能輪胎傳感器、汽車導(dǎo)航傳感器等都有廣泛的應(yīng)用。（3）塊體非晶的應(yīng)用。塊體非晶在結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域、化工領(lǐng)域、磁性材料領(lǐng)域、空間探測(cè)領(lǐng)域生物醫(yī)學(xué)材料領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。第3章思考題的參考答案（1）定向凝固，又稱為定向結(jié)晶，是指金屬或合金在凝固過程中，通過控制或調(diào)節(jié)特定方向上的溫度梯度，使得合金熔體沿著溫度梯度的方向生長，最終獲得具有特定晶粒取向的柱狀晶或單晶的一種工藝方法。（2）對(duì)定向凝固理論和技術(shù)的研究，在共晶凝固、定向柱狀晶生長、單晶制備等方面具有重要的意義；對(duì)推動(dòng)新型高溫合金、人工晶體、磁性材料、自生復(fù)合材料、高熵合金、TiAl基合金的研究和開發(fā)具有重要的意義；（1）成分過冷，是指合金凝固過程中，由于液相中溶質(zhì)分布發(fā)生變化，使得固液界面前沿液相的液相線溫度發(fā)生了變化，即改變了固液界面前沿液相的熔點(diǎn)，此時(shí)，過冷是由成分變化與實(shí)際溫度分布這兩個(gè)因素共同決定的，稱為成分過冷。（2）定向凝固界面狀態(tài)受G/V值控制，當(dāng)溫度梯度G足夠高，凝固速度V足夠小時(shí)，就可以實(shí)現(xiàn)平面凝固，但當(dāng)G/V逐漸減少時(shí)，平面界面就有可能失穩(wěn)，逐漸發(fā)展為胞狀晶，直至樹枝晶和等軸晶等。功率降低法（PD）、高速凝固法（HRS）、液態(tài)金屬冷卻法（LMC）三種定向凝固法在工藝上的差異主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面，（1）溫度梯度G和凝固速度V的差異，LMC法的溫度梯度G和凝固速度V最大，HRS次之，PD法最小，LMC法的冷卻介質(zhì)是高導(dǎo)熱系數(shù)、低熔點(diǎn)、高沸點(diǎn)、熱容量大的液態(tài)金屬，而HRS的冷卻介質(zhì)主要是氣體強(qiáng)制循環(huán)冷卻介質(zhì)，PD法的冷卻介質(zhì)是對(duì)流的空氣；（2）冷卻速度的差異，LMC的冷卻速度最大，可達(dá)4700℃?h-1，HRS次之，PD冷卻速度最??；（3）局部凝固時(shí)間，由于LMC冷卻速度高，凝固時(shí)間快，導(dǎo)致局部凝固時(shí)間短，而HRS次之，PD的局部凝固時(shí)間最長。這些工藝上的主要差異，將導(dǎo)致鑄件性能會(huì)有明顯的差異。區(qū)域熔化液態(tài)金屬冷卻法的優(yōu)勢(shì)：（1）液態(tài)金屬冷卻介質(zhì)與鑄型的接觸時(shí)間大大縮短，減少了液態(tài)金屬冷卻介質(zhì)對(duì)鑄件的影響；（2）有效提高了溫度梯度和冷卻速度；（3）擴(kuò)大了所允許的凝固速度范圍，細(xì)化組織，改善偏析。區(qū)域熔化液態(tài)金屬冷卻法顯著提高定向合金凝固使用性能。過冷是指金屬或合金熔體在平衡液相線以下仍然保持液態(tài)的現(xiàn)象，過冷度是指金屬或合金熔體實(shí)際溫度與平衡液相線溫度的差值。一般情況下，當(dāng)熔體凝固時(shí)，由于合金熔體內(nèi)部或器壁具有較多的非均勻異質(zhì)形核點(diǎn)的存在，因此，凝固所需的過冷度往往只有攝氏幾度。然而，清潔的熔體即內(nèi)部不具有或非常少的異質(zhì)形核核心條件下凝固時(shí)，往往需要非常大的過冷度，而深過冷就是指在盡可能消除異質(zhì)形核的前提下，使得液態(tài)金屬保持到液相線以下數(shù)百攝氏度，而后突然形核并獲得快速凝固組織形態(tài)。深過冷熔體的形核和生長很大程度上不受外部散射條件的限制，但卻可以達(dá)到急冷過程的結(jié)晶速度。略。請(qǐng)查閱界面穩(wěn)定性理論文獻(xiàn)，根據(jù)MS穩(wěn)定性理論做出說明。第四章1、什么是半固態(tài)成形技術(shù)？它與鑄造，塑性變形有何區(qū)別？參考答案：利用金屬材料在固液共存狀態(tài)下所特有的流變特性進(jìn)行成形的技術(shù)。首先要制造含有一定體積比例的非枝晶固相的固液混合漿料，成形方法有流變成形和觸變成形兩種。鑄造是將通過熔煉的金屬液體澆注入鑄型內(nèi)，經(jīng)冷卻凝固獲得所需形狀和性能的零件的工藝過程。材料在外力作用下產(chǎn)生形變，而在外力去除后，彈性變形部分消失，不能恢復(fù)而保留下來的的那部分變形即為塑性變形。2、半固態(tài)成形工藝分為哪兩種典型工藝？各有什么特點(diǎn)？參考答案：流變成形和觸變成形。流變成形是在冷卻過程中，對(duì)金屬熔體進(jìn)行強(qiáng)烈的攪拌或其他處理，獲得具有部分凝固的半固態(tài)漿料，并使?jié){料中的初生固相呈近球形;然后直接將所得的半固態(tài)金屬漿液進(jìn)行成形，如壓鑄、擠壓或軋制。利用材料觸變性成形的工藝叫觸變成形，它是一種利用金屬在固相線和液相線溫度范圍內(nèi)的流變行為的成形工藝。3、哪些合金適合半固態(tài)成形制造零件？哪些不合適？為什么？參考答案：半固態(tài)成形技術(shù)適合那些具有寬結(jié)晶范圍的合金，而窄結(jié)晶范圍或共晶合金不適合用半固態(tài)成形技術(shù)。這是因?yàn)樵诔尚芜^程中需要在固液共存溫度區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，如果結(jié)晶范圍太窄可操作的溫區(qū)太窄。4、半固態(tài)漿料的制備方法有哪些？其機(jī)理是什么？參考答案：機(jī)械攪拌法、磁力攪拌、噴射鑄造、化學(xué)晶粒細(xì)化、液相鑄造、斜坡冷卻、新MIT法、旋轉(zhuǎn)熱焓平衡裝置法、直接熱法、氣體誘導(dǎo)半固態(tài)加工法、超聲波振動(dòng)、剪切-冷卻-軋制法、應(yīng)力誘發(fā)熔體激活法、重熔再結(jié)晶、直接部分重熔法、固溶處理和部分重熔法。主要是通過不同方式獲得具有近球形晶粒的固液共存漿料，用于后續(xù)加工成形。5、半固態(tài)粉末成形與半固態(tài)成形技術(shù)有什么根本區(qū)別？簡述應(yīng)用范圍？參考答案：半固態(tài)粉末成形就是將SSF中的塊體材料換成粉末材料。在半固態(tài)成形中，有涉及到半固態(tài)漿料的制備過程；在半固態(tài)粉末成形中，不需要制備漿料?？捎糜阡X合金、鈦合金、鎂合金等及其復(fù)合材料的制備。第五章1、什么是連續(xù)鑄軋？它與連鑄連軋有何區(qū)別？參考答案：連續(xù)鑄軋是指金屬熔體在連續(xù)鑄造凝固的同時(shí)進(jìn)行軋制變形的過程。將液態(tài)金屬直接澆入輥縫中，軋輥既起著結(jié)晶器的作用又同時(shí)對(duì)金屬進(jìn)行軋壓變形，此過程又稱為液態(tài)軋制或無錠軋制。連續(xù)鑄軋工藝與通常的連鑄連軋工藝不同，后者是待金屬在連鑄機(jī)中凝固成連鑄坯后，趁熱裝爐或稍經(jīng)補(bǔ)熱后直接進(jìn)行軋制，其節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益也遜于前者，但技術(shù)上比前者較為容易實(shí)現(xiàn)。2、什么是連續(xù)擠壓？常用的連續(xù)擠壓方法有哪些？參考答案：連續(xù)擠壓技術(shù)是擠壓成型技術(shù)的一項(xiàng)較新的技術(shù)，以連續(xù)擠壓技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的連續(xù)擠壓復(fù)合、連續(xù)鑄擠技術(shù)為有色金屬管、棒、型、線及其復(fù)合材料的生產(chǎn)提供了新的技術(shù)手段和發(fā)展空間。CONFORM連續(xù)擠壓、連續(xù)包覆（CONKLAD）、3、連續(xù)鑄軋和連續(xù)擠壓主要應(yīng)用？參考答案：連續(xù)鑄軋主要應(yīng)用于鋼鐵材料、鋁合金及其復(fù)合材料、鎂合金、鈦合金、高溫合金等。連續(xù)擠壓主要應(yīng)用于銅及銅合金、鋁及鋁合金、雙金屬復(fù)合線。4、連續(xù)鑄軋的凝固理論與半固態(tài)成形凝固理論有何異同？參考答案：連續(xù)鑄軋過程中軋輥既起著結(jié)晶器的作用又同時(shí)對(duì)金屬進(jìn)行軋壓變形，因此有著激冷和機(jī)械折斷枝晶效應(yīng)，可以細(xì)化晶粒。半固態(tài)成形過程中是通過使用一定方法將凝固的枝晶變成近球形晶粒，他們有一定的相似性，但存在根本區(qū)別。第6章思考題的參考答案：提示：復(fù)合材料是由兩種或兩種以上的不同性質(zhì)的材料，通過不同的工藝方法人工制備出的，各組成部分之間有明顯界面的多相組織材料。復(fù)合材料按性能可分為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和功能復(fù)合材料；按基體材料可分為金屬基復(fù)合材料、無機(jī)非金屬基復(fù)合材料、聚合物基復(fù)合材料；按增強(qiáng)材料可分為疊層復(fù)合材料、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、晶須增強(qiáng)復(fù)合材料、顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料、混雜復(fù)合材料；按組成復(fù)合材料各組成在復(fù)合材料的分布情況可分為分散強(qiáng)化復(fù)合材料、層狀復(fù)合材料、梯度復(fù)合材料等等。提示：對(duì)于金屬基復(fù)合材料的設(shè)計(jì)，金屬組合的選擇、界面的設(shè)計(jì)和控制等問題是關(guān)鍵，其根本是界面的結(jié)構(gòu)。提示：由于復(fù)合材料的種類不同，其制備方法有較大的差別，例如樹脂基復(fù)合材料有噴射成型、模壓成型、熱壓成型、注射成型等；陶瓷基復(fù)合材料有固相燒結(jié)成型、化學(xué)氣相沉積成型等；而金屬基復(fù)合材料制備方法有鑄造法、粉末冶金法、預(yù)制件滲浸法、塑性變形加工法等。層狀金屬基復(fù)合材料可分為機(jī)械結(jié)合法和冶金結(jié)合法。機(jī)械結(jié)合復(fù)合法包括鑲套（包括熱裝和冷壓入）、液壓擴(kuò)管復(fù)合、冷拉拔復(fù)合等等。冶金結(jié)合法是指界面結(jié)合以冶金結(jié)合為主，包括固-固相復(fù)合法、液-固相復(fù)合法、液-液相復(fù)合法等等。提示：復(fù)合鑄造是指兩種或兩種以上具有不同性能的金屬材料鑄造成為一個(gè)完整的鑄件，使得鑄件在不同的部位具有不同的性能，以滿足應(yīng)用場(chǎng)景的使用要求。復(fù)合鑄造鑄件質(zhì)量主要取決于鑄造合金本身的化學(xué)成分和性能、以及更為關(guān)鍵的是兩種合金復(fù)合界面的質(zhì)量。略。提示：采用包覆層連續(xù)鑄造法（CPC）制備復(fù)合軋輥有以下優(yōu)點(diǎn)：①輥芯材質(zhì)可選擇強(qiáng)韌性好的合金系材料；②外層材質(zhì)可選擇耐磨性好的特殊高合金材料；③外層金屬凝固速度快，顯微組織致密均勻；④由于是自下而上的順序凝固，可明顯改善縮孔、偏析及非金屬夾雜等缺陷；⑤CPC法制備的復(fù)合軋輥，工藝適當(dāng)?shù)那闆r下，外層和芯部材料界面結(jié)合強(qiáng)度高；⑥CPC法在改善外層金屬復(fù)合的完整性及控制復(fù)合效果方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，從實(shí)際生產(chǎn)和工藝控制方面，復(fù)合材料質(zhì)量容易得到保障。提示：反向凝固連鑄復(fù)合工藝的關(guān)鍵在于以下三個(gè)方面，首先是側(cè)封技術(shù)；其次是連鑄復(fù)合控制技術(shù)；再則，是母帶的預(yù)處理技術(shù)。這種方法是包覆層金屬液由里到外的凝固，非常有利于凝固補(bǔ)縮，是一種很有應(yīng)用潛力的工藝。提示：首先是凝固順序不同，雙結(jié)晶連鑄法首先凝固的是芯部金屬，包覆層后凝固，而充芯連鑄法首先凝固的是包覆層金屬，芯部金屬后凝固；其次，在工藝上關(guān)鍵控制點(diǎn)不同，雙結(jié)晶連鑄法在連鑄過程中，連鑄溫度、拉坯速度是該工藝的關(guān)鍵參數(shù)和首要條件，而充芯連鑄法在連鑄過程中，外層和芯部控溫坩堝的控溫調(diào)節(jié)、導(dǎo)流管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、導(dǎo)流管下端伸入位置等是工藝的關(guān)鍵控制點(diǎn)。提示：與熱軋復(fù)合相比，溫軋、冷軋復(fù)合溫度低，復(fù)合界面結(jié)合困難，但由于溫度低，界面無氧化，界面不易生成脆性金屬間化合物，無需真空焊接等坯料前處理工藝。因此，金屬組合自由度大，產(chǎn)品性能穩(wěn)定、適用面廣。提示：利于組元結(jié)合；可阻止碳鋼中的碳向包覆層擴(kuò)散；在加熱和軋制時(shí)，可防止氧化。提示：在熱軋復(fù)合過程中，兩種金屬的待復(fù)合表面發(fā)生塑性變形，從而導(dǎo)致金屬表層破裂，從破裂處露出的新鮮金屬相互接觸，在壓力作用下使金屬間形成冶金結(jié)合，但這種結(jié)合并非接觸面的全部結(jié)合，因此需要對(duì)熱軋溫度和熱軋道次進(jìn)行有效控制，同時(shí)，又需要避免界面脆性相的生成，因此，需要對(duì)熱軋溫度和熱軋道次有精確要求。提示：金屬減振材料一般可分為合金型減振材料和復(fù)合型減振材料。合金型減振材料其本身具有振動(dòng)衰減性能，而復(fù)合型減振材料是通過與黏彈性高分子材料復(fù)合而獲得具有較高振動(dòng)衰減性能的材料。提示：采用靜液擠壓法制備包覆線材時(shí)，坯料與擠壓筒壁、坯料與擠壓墊片之間填充的是粘性介質(zhì)，擠壓力通過這些粘性介質(zhì)傳遞，可極大改善傳統(tǒng)復(fù)合坯料擠壓法易造成金屬流動(dòng)的不均勻性，從而改善復(fù)合界面的性能。提示：查閱文獻(xiàn)，結(jié)合實(shí)例說明超導(dǎo)線材的一些制備方法。略。提示：拉拔復(fù)合成型雙金屬管是在拉拔過程中實(shí)現(xiàn)材料的復(fù)合，其工藝原理是內(nèi)外金屬經(jīng)過拉拔塑性變形后，內(nèi)外層材料因材質(zhì)的差異，導(dǎo)致內(nèi)外層彈性回復(fù)量存在著差異，從而外層金屬管對(duì)內(nèi)層金屬管產(chǎn)生附加抱緊力，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外層界面的機(jī)械結(jié)合。思考題及參考答案焊接領(lǐng)域目前主要采用哪兩種激光器？各有什么特點(diǎn)？在焊接領(lǐng)域，目前主要采用的激光器有兩種，分別是YAG激光器和光纖激光器。YAG激光器，即釔鋁石榴石激光器，其工作原理是利用脈沖氙燈激發(fā)Nd:YAG激光晶體產(chǎn)生激光。YAG激光器的主要特點(diǎn)是能夠提供高峰值功率的脈沖激光，適用于薄壁金屬材料的點(diǎn)焊和縫焊。由于其脈沖特性，焊接過程中工件的整體溫升很小，熱影響區(qū)小，因此特別適合于對(duì)熱影響要求嚴(yán)格的焊接應(yīng)用，如3C產(chǎn)品外殼、鋰電池、電子元器件等。此外，YAG激光器對(duì)焊接速度的要求不是很嚴(yán)格，適合于一些低速焊接的應(yīng)用。光纖激光器，則是通過光纖傳輸激光，具有光束質(zhì)量好、光斑小、能量強(qiáng)等特點(diǎn)。其工作原理是利用光纖激光器產(chǎn)生的連續(xù)激光，經(jīng)過聚焦后實(shí)現(xiàn)焊接。光纖激光器的主要優(yōu)點(diǎn)是焊接速度快，適用于高速焊接的應(yīng)用，如汽車、船舶等行業(yè)。同時(shí)，由于其高功率和良好的光束質(zhì)量，也能實(shí)現(xiàn)深熔焊接，適用于厚板材料的焊接。此外，光纖激光器結(jié)構(gòu)緊湊，穩(wěn)定性好，維護(hù)簡單，適用于自動(dòng)化生產(chǎn)線?？偟膩碚f，YAG激光器和光纖激光器在焊接領(lǐng)域各有特點(diǎn)，YAG激光器適合于薄壁材料和低速焊接，熱影響區(qū)?。欢饫w激光器則適合于高速焊接，焊接速度快，適用于自動(dòng)化生產(chǎn)線。簡述激光-電弧復(fù)合焊接的主要特點(diǎn)及應(yīng)用。激光-電弧復(fù)合焊接是將激光和電弧兩種熱源相結(jié)合的焊接技術(shù)，通過利用兩種熱源的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了高效、高質(zhì)量的焊接過程。其主要特點(diǎn)和應(yīng)用如下：主要特點(diǎn)：（1）大焊接熔深：激光和電弧的協(xié)同作用使得焊接熔深大，可以實(shí)現(xiàn)更深的焊接接頭。（2）高工藝穩(wěn)定性：復(fù)合焊接技術(shù)具有較高的工藝穩(wěn)定性，焊接質(zhì)量可靠。（3）高焊接效率：利用激光和電弧的快速加熱和冷卻特性，實(shí)現(xiàn)了高速焊接，提高生產(chǎn)效率。（4）較強(qiáng)的焊接間隙橋接能力：電弧具有良好的間隙橋接能力，可以適應(yīng)一定的焊接間隙變化。（5）小焊接變形：由于激光和電弧的復(fù)合作用，焊接過程中熱輸入較低，減小了焊接變形。應(yīng)用領(lǐng)域：（1）汽車制造領(lǐng)域：激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)在汽車制造領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，如車身框架、發(fā)動(dòng)機(jī)部件等的關(guān)鍵部位焊接。（2）航海船舶領(lǐng)域：在船舶制造中，激光-電弧復(fù)合焊接用于船體結(jié)構(gòu)、甲板等部件的焊接，提高了生產(chǎn)效率和焊接質(zhì)量。（3）航空航天領(lǐng)域：航空航天領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)件焊接，對(duì)焊接質(zhì)量要求極高，激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)可以滿足這些要求。（4）工程機(jī)械領(lǐng)域：在工程機(jī)械制造中，激光-電弧復(fù)合焊接用于焊接結(jié)構(gòu)件，提高了產(chǎn)品的承載能力和使用壽命。（5）軌道交通領(lǐng)域：軌道交通設(shè)備的關(guān)鍵部件焊接，如車體結(jié)構(gòu)、軌道橋梁等，激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)為其提供了高效的焊接解決方案?？傊?，激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)具有眾多優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，為焊接行業(yè)的發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。簡述電子束焊的原理。低真空和非真空電子束焊各有什么優(yōu)點(diǎn)？分別用于什么場(chǎng)合？電子束焊的原理是利用高速運(yùn)動(dòng)的電子束轟擊工件，將電子束的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，使焊接處的金屬熔化，從而實(shí)現(xiàn)焊接。電子束焊設(shè)備主要由電子槍、真空室、高壓電源、控制系統(tǒng)等部分組成。在焊接過程中，電子槍發(fā)射的電子束在高電壓的作用下加速，并通過電磁透鏡聚焦成高能量密度的電子束。當(dāng)聚焦后的電子束轟擊工件時(shí)，電子束的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，使焊接處的金屬熔化，形成熔池。隨著工件的移動(dòng)，熔池冷卻并凝固，形成焊縫。低真空電子束焊的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：設(shè)備成本相對(duì)較低，因?yàn)榈驼婵窄h(huán)境較易實(shí)現(xiàn)，不需要非常高級(jí)的真空設(shè)備。焊接速度快，因?yàn)殡娮邮谡婵罩械膫鞑ニ俣冉咏馑伲也恍枰窀哒婵漳菢泳徛檎婵盏倪^程。可以在大氣環(huán)境中進(jìn)行焊接，省去了復(fù)雜的高壓電源和真空系統(tǒng)的維護(hù)。低真空電子束焊適用于一些不需要非常嚴(yán)格真空環(huán)境的焊接場(chǎng)合，如一些金屬的焊接，特別是當(dāng)焊接材料對(duì)氧敏感時(shí)，可以在低真空條件下減少氧化。非真空電子束焊的優(yōu)點(diǎn)在于：

可以在大氣環(huán)境中進(jìn)行焊接，不需要抽真空，操作簡單。適用于焊接較大的工件，因?yàn)榉钦婵窄h(huán)境下的電子束可以照射到更大的面積。焊接過程中可以觀察到焊接區(qū)域，便于操作和監(jiān)控。非真空電子束焊通常用于一些對(duì)焊接質(zhì)量要求不是非常高的場(chǎng)合，如一些建筑材料、重型機(jī)械部件的焊接。簡述傳統(tǒng)摩擦焊的基本特點(diǎn)及應(yīng)用。傳統(tǒng)摩擦焊是利用工件端面之間的相對(duì)滑動(dòng)摩擦產(chǎn)生的熱量，使接觸面材料達(dá)到塑性狀態(tài)，施加頂鍛力使之形成連接的一種壓焊方法。摩擦焊的特點(diǎn)有：焊接接頭質(zhì)量好，強(qiáng)度高，接頭性能接近于原材料性能。生產(chǎn)效率高，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、連續(xù)化生產(chǎn)。設(shè)備簡單、成本低。適用范圍廣，可焊接同種金屬或異種金屬，也可以焊接金屬與非金屬。摩擦焊的主要應(yīng)用領(lǐng)域有：航空、航天工業(yè)中的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室、燃?xì)廨啓C(jī)葉片、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪盤和葉片等。電氣工程中的電刷、換向器、電機(jī)轉(zhuǎn)子等。汽車、拖拉機(jī)等動(dòng)力機(jī)械中的傳動(dòng)齒輪、鏈輪、彈簧等。機(jī)械制造工業(yè)中的軸、齒輪、螺栓、緊固件等。簡述攪拌摩擦焊的原理、特點(diǎn)及應(yīng)用。攪拌摩擦焊的主要焊接參數(shù)有哪些？簡述攪拌摩擦焊接頭的組織特征。攪拌摩擦焊（FrictionStirWelding，簡稱FSW）是一種固相連接技術(shù)，由英國焊接研究所（TWI）于1991年發(fā)明。攪拌摩擦焊的原理是在焊接過程中，攪拌頭一邊高速旋轉(zhuǎn)，一邊沿著焊接方向前進(jìn)，焊接過程中，攪拌頭軸肩與被焊工件表面摩擦產(chǎn)生熱量使工件達(dá)到塑性狀態(tài)，塑性狀態(tài)的金屬在攪拌頭旋轉(zhuǎn)壓力的擠壓作用下，轉(zhuǎn)移到攪拌頭后面，填滿后面的空腔，從而形成連接。攪拌摩擦焊的主要特點(diǎn)有：（1）焊接溫度低，即使在長焊縫情況下也是如此，從而可以避免熔化焊所產(chǎn)生的氣孔、裂紋、變形和氧化等問題。（2）固相連接，不產(chǎn)生類似熔焊的鑄造組織缺陷，接頭各種力學(xué)性能，比如疲勞、彎曲、拉伸等指標(biāo)好。（3）焊前、焊后輔助修補(bǔ)工時(shí)較少，生產(chǎn)成本大幅度降低。焊接過程中的攪拌和摩擦可有效去除工件表面氧化膜及附著雜質(zhì)，減少了清理步驟。（4）焊接過程不需要添加保護(hù)氣體和焊料。（5）能夠進(jìn)行全位置焊接，適應(yīng)性好，效率高，操作簡單。攪拌摩擦焊的主要焊接參數(shù)包括：攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度、攪拌頭軸向進(jìn)給速度、焊接壓力、焊接時(shí)間等。攪拌摩擦焊接頭的組織特征主要有：（1）微觀結(jié)構(gòu)均勻，無明顯熔化焊縫和鑄造組織。（2）晶粒細(xì)化，由于攪拌摩擦過程中金屬的塑性變形和再結(jié)晶作用，使焊縫區(qū)域的晶粒顯著細(xì)化。（3）硬度提高，焊縫區(qū)域的硬度明顯高于母材，這是由于焊接過程中產(chǎn)生的細(xì)晶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化作用。（4）接頭性能優(yōu)良，攪拌摩擦焊接頭的強(qiáng)度、韌性、耐腐蝕性等性能均優(yōu)于傳統(tǒng)的熔化焊接接頭。什么是增材制造，它與其他傳統(tǒng)制造方法相比有什么特點(diǎn)？增材制造是指通過逐層增加材料來實(shí)現(xiàn)3D實(shí)體的生成，克服了傳統(tǒng)制造工藝和結(jié)構(gòu)的限制，快速精準(zhǔn)地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的構(gòu)建。通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。增材制造方法相比較于傳統(tǒng)的制造方法存在著以下特點(diǎn)：（1）增材制造無需機(jī)械加工或任何模具就能實(shí)現(xiàn)制造，極大地縮短制造周期，即使結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件也無需增加加工時(shí)間，便于實(shí)現(xiàn)低成本的工業(yè)化生產(chǎn)；（2）增材制造可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的一體化，避免分開制造的產(chǎn)品進(jìn)一步組裝；（3）增材制造不再受限于產(chǎn)品的形狀結(jié)構(gòu)，能夠制造出傳統(tǒng)工藝無法實(shí)現(xiàn)的或是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件，精準(zhǔn)快速地進(jìn)行滿足需求的產(chǎn)品制造，增強(qiáng)了定制化的實(shí)現(xiàn)能力；（4）增材制造可減少制造時(shí)產(chǎn)生的副產(chǎn)物，極大程度上避免了材料的浪費(fèi)；（5）3D打印機(jī)具有較高的單位空間生產(chǎn)能力，其制造能力非常強(qiáng)，可以打印出比自身更大的產(chǎn)品，并且打印出來的產(chǎn)品精度高；（6）增材制造技術(shù)的生產(chǎn)門檻較低，對(duì)員工的技術(shù)要求較低，可減少生產(chǎn)失誤，降低人員培訓(xùn)成本，提高生產(chǎn)效率。也就是說，增材制造能夠簡化操作步驟，變革生產(chǎn)方式，實(shí)現(xiàn)零技能制造。增材制造的主要技術(shù)分類有哪些？（1）選區(qū)激光熔化（SLM）技術(shù)；（2）選區(qū)激光燒結(jié)（SLS）技術(shù)；（3）熔融沉積成型（FDM）技術(shù)；（4）光固化（SLA）技術(shù)；（5）激光近凈成型（LENS）技術(shù)；（6）電子束選區(qū)熔化（EBSM）技術(shù)；（7）電弧熔絲增材制造（WAAM）技術(shù)增材制造給生活帶來的積極影響是什么？（1）個(gè)性化定制：增材制造允許根據(jù)個(gè)體需求和設(shè)計(jì)要求制作定制化的產(chǎn)品，從個(gè)性化定制的鞋子、眼鏡到醫(yī)療器械，都能夠更好地滿足個(gè)人需求。（2）醫(yī)療應(yīng)用：在醫(yī)療領(lǐng)域，增材制造被廣泛用于生產(chǎn)個(gè)體化的假體、植入物和義肢。通過掃描患者的身體部位，可以精確制造適應(yīng)患者獨(dú)特解剖結(jié)構(gòu)的醫(yī)療器械，提高治療效果。（3）原型制作和產(chǎn)品研發(fā)：增材制造技術(shù)使得快速原型制作變得更加容易，有助于設(shè)計(jì)師和工程師在產(chǎn)品開發(fā)過程中迅速驗(yàn)證概念，加快產(chǎn)品上市速度。（4）藝術(shù)和創(chuàng)意領(lǐng)域：藝術(shù)家和設(shè)計(jì)師利用增材制造技術(shù)創(chuàng)造出獨(dú)特的藝術(shù)品和裝置，通過打破傳統(tǒng)制造的限制，展示了更多創(chuàng)意和想象力。（5）減少資源浪費(fèi)：增材制造是一種精確的生產(chǎn)方法，可以減少原材料的浪費(fèi)，對(duì)于環(huán)境可持續(xù)性和資源節(jié)約具有積極的影響。談?wù)勀銓?duì)新增材制造技術(shù)的了解以及增材制造技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)。新增材制造技術(shù)的了解：新增材制造技術(shù)的核心原理是逐層堆積材料，其中包括直接墨水書寫增材制造技術(shù)（DIW），連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRTPCs）的增材制造技術(shù)等不同的實(shí)現(xiàn)方式。這些方法使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）創(chuàng)建的數(shù)字模型，并通過逐層添加或固化材料來制造物體。增材制造技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)：（1）未來的增材制造技術(shù)有望更加注重多材料和多工藝的整合，以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的產(chǎn)品。這將推動(dòng)材料科學(xué)和工藝技術(shù)的發(fā)展。（2）隨著材料科學(xué)的不斷進(jìn)步，新增材制造將更多地采用高性能材料，以滿足各種特殊需求，如高強(qiáng)度、高溫、耐腐蝕等。（3）隨著數(shù)字化技術(shù)的不斷發(fā)展，新增材制造將更加數(shù)字化，包括數(shù)字化設(shè)計(jì)、數(shù)字化工藝控制和智能制造。這將提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。（4）增材制造技術(shù)有望在可持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮作用，通過減少廢料和能源消耗，促進(jìn)資源的可持續(xù)利用。5.智能制造對(duì)我國的制造業(yè)的意義是什么？智能制造是實(shí)現(xiàn)我國制造業(yè)高端化的重要路徑。智能制造技術(shù)在我國的應(yīng)用和普及，必將催生一批具有世界先進(jìn)水平、引領(lǐng)世界制造業(yè)發(fā)展的龍頭企業(yè)，引領(lǐng)我國制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新跨越發(fā)展。發(fā)展智能制造既符合我國制造業(yè)發(fā)展的內(nèi)在要求，也是重塑我國制造業(yè)新優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)的必然選擇，應(yīng)該提升到國家發(fā)展目標(biāo)的高度。6.請(qǐng)嘗試列舉智能制造的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。（1）電火花加工工藝方法電火花線切割加工工作原理是利用移動(dòng)的細(xì)金屬導(dǎo)線（鉬絲或銅絲）作電極，靠脈沖火花放電對(duì)工件進(jìn)行切割。（2）仿生制造模仿生物的組織結(jié)構(gòu)和運(yùn)行模式的制造系統(tǒng)與制造過程稱為“仿生制造”。它通過模擬生物器官的自組織、自愈、自增長氣自進(jìn)化等功能，以迅速響應(yīng)市場(chǎng)需求并保護(hù)自然環(huán)境。生物體能夠通過諸如自我識(shí)別、自我發(fā)展、自我恢復(fù)和進(jìn)化等功能使自己適應(yīng)環(huán)境的變化來維持自己的生命并得以發(fā)展和完善。（3）智能設(shè)計(jì)技術(shù)智能設(shè)計(jì)是指應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)，采用計(jì)算機(jī)模擬人類的思維活動(dòng)，提高計(jì)算機(jī)的智能水平，從而使計(jì)算機(jī)能夠更多、更好地承擔(dān)設(shè)計(jì)過程中的各種復(fù)雜任務(wù)，成為設(shè)計(jì)人員的重要輔助工具。（4）綠色設(shè)計(jì)綠色設(shè)計(jì)（GreenDesign）也稱生態(tài)設(shè)計(jì)、環(huán)境設(shè)計(jì)、環(huán)境意識(shí)設(shè)計(jì)，是一種概念設(shè)計(jì)。綠色設(shè)計(jì)是指在產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)，要充分考慮對(duì)資源和環(huán)境的影響，在充分考慮產(chǎn)品的功能質(zhì)量、開發(fā)周期和成本的同時(shí)，更要優(yōu)化各種相關(guān)因素，使產(chǎn)品及其制造過程中對(duì)環(huán)境的總體負(fù)影響降到最小，使產(chǎn)品的各項(xiàng)指標(biāo)符合綠色環(huán)保的要求。7.智能制造新技術(shù)有哪些，請(qǐng)舉例說明？人工智能技術(shù)；工業(yè)機(jī)器人技術(shù)；大數(shù)據(jù)技術(shù)；云計(jì)算技術(shù)；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；整體的信息化系統(tǒng)。8.云計(jì)算技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)是什么？工業(yè)云平臺(tái)打破了各部門之間的數(shù)據(jù)壁壘，讓數(shù)據(jù)真正地流動(dòng)起來，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，使得設(shè)備與設(shè)備之間，設(shè)備與生產(chǎn)線，工廠與工廠之間無縫對(duì)接，監(jiān)控整個(gè)生產(chǎn)過程，提高產(chǎn)品質(zhì)量，幫助企業(yè)做出正確的決策，生產(chǎn)出最貼近消費(fèi)市場(chǎng)的產(chǎn)品。9.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和人工智能技術(shù)的特點(diǎn)是什么？物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)：智能制造的最大特征就是實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是工業(yè)系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)，以及高級(jí)計(jì)算、分析、傳感技術(shù)的高度融合，也是工業(yè)生產(chǎn)加工過程與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高度融合。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)具有全面感知、互聯(lián)傳輸、智能處理等特點(diǎn)。人工智能技術(shù)：人工智能技術(shù)的三大特點(diǎn)就是大數(shù)據(jù)技術(shù)、按照計(jì)劃規(guī)則的有序采集技術(shù)、自我思考的分析和決策技術(shù)。新一代的人工智能在新的信息環(huán)境的基礎(chǔ)上，把計(jì)算機(jī)和人連成更強(qiáng)大的智能系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)新的目標(biāo)。人工智能正在從多個(gè)方面支撐著傳統(tǒng)制造向智能制造邁進(jìn)。10.增材制造技術(shù)對(duì)油氣田領(lǐng)域的發(fā)展有什么作用？（1）隨著增材制造技術(shù)的快速發(fā)展，油氣田領(lǐng)域?qū)⑵渑c傳統(tǒng)制造、油氣田服務(wù)相結(jié)合，加速促進(jìn)增材制造業(yè)在油氣田領(lǐng)域的應(yīng)用。（2）增材制造技術(shù)的快速成型可顯著減少制造時(shí)間和成本，大大改善傳統(tǒng)的油田裝備制造、油氣勘察開發(fā)等板塊，為提高油氣田領(lǐng)域的工作質(zhì)量做出卓越貢獻(xiàn)。（3）增材制造技術(shù)在油氣田領(lǐng)域展現(xiàn)出材料成本相對(duì)較低，浪費(fèi)少；在高精度、高強(qiáng)度、高復(fù)雜度的測(cè)井儀器加工制造中，利用增材制造技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)一臺(tái)設(shè)備完成多道工序，解決批量小、換產(chǎn)頻的生產(chǎn)效率問題，還可提升產(chǎn)品性能。（4）增材制造技術(shù)可增加產(chǎn)品設(shè)計(jì)自由度，提高設(shè)備性能。（5）增材制造技術(shù)在油氣田領(lǐng)域的應(yīng)用不僅可以發(fā)揮出本身的優(yōu)勢(shì)，還可以結(jié)合油氣田領(lǐng)域的特殊性，滿足油氣開采生產(chǎn)過程對(duì)設(shè)備零件的靈活性需求。11.智能制造技術(shù)對(duì)油氣田領(lǐng)域的發(fā)展有什么作用？在油氣田領(lǐng)域應(yīng)用數(shù)字化管理平臺(tái)，整合工程設(shè)計(jì)、設(shè)備材料采購、施工建設(shè)、生產(chǎn)運(yùn)行等環(huán)節(jié)的全部數(shù)據(jù)，通過數(shù)字建模，可大幅提高設(shè)計(jì)和建設(shè)效率，節(jié)約采購和施工成本，為項(xiàng)目實(shí)施全生命周期管理打下基礎(chǔ)；通過將大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能等技術(shù)與客戶的具體應(yīng)用場(chǎng)景結(jié)合的方式，為客戶提供滿足其需要的各類定制化服務(wù)。智能制造在油氣田領(lǐng)域的應(yīng)用體現(xiàn)在數(shù)字化油氣田的建設(shè)以及從數(shù)字化向智能化的邁進(jìn)。12.根據(jù)你對(duì)油氣田領(lǐng)域中增材制造技術(shù)和智能制造技術(shù)的了解，發(fā)表你對(duì)其在油氣田領(lǐng)域中應(yīng)用的看法。（1）油氣田設(shè)備通常需要特殊設(shè)計(jì)的零部件，以適應(yīng)特殊的工作環(huán)境和要求。增材制造技術(shù)可以提供定制化的解決方案，快速制造出復(fù)雜形狀和高性能的零部件，提高設(shè)備的可靠性和適應(yīng)性。（2）在油氣田領(lǐng)域，需要不斷進(jìn)行新設(shè)備和工具的研發(fā)。增材制造技術(shù)可以用于快速原型制作，使工程師能夠快速驗(yàn)證設(shè)計(jì)概念，可為生產(chǎn)過程提供快速、批量的零部件支持，以避免延長施工期的風(fēng)險(xiǎn)。（3）在油氣田設(shè)備中引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互和監(jiān)控。這將有助于提高設(shè)備運(yùn)行效率，減少故障發(fā)生，并優(yōu)化維護(hù)計(jì)劃。（4）智能制造技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)油氣田設(shè)備的自動(dòng)化生產(chǎn)，減少人為操作的依賴，提高生產(chǎn)一致性和效率。（5）油氣田產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，包括地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)等。通過應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析，可以更好地理解油氣藏的特性，優(yōu)化生產(chǎn)過程，并預(yù)測(cè)設(shè)備可能的故障。綜合來看，增材制造技術(shù)和智能制造技術(shù)在油氣田領(lǐng)域中的應(yīng)用有望帶來生產(chǎn)效率的提升、設(shè)備可靠性的增強(qiáng)以及成本的降低。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，它們將在油氣產(chǎn)業(yè)中扮演越來越重要的角色。第九章1.什么是表面改性技術(shù)？常用的表面改性技術(shù)有哪些？答：表面改性技術(shù)是指在保障基體材料化學(xué)組分基本保持不變或僅有較小改變的前提下，通過采用單一或復(fù)合技術(shù)手段以直接或間接的方式來提高零部件表面理化性能的一種技術(shù)。常用的金屬材料表面改性技術(shù)主要有：化學(xué)熱處理、噴涂技術(shù)、氣相沉積、溶膠-凝膠法、激光表面處理、電泳沉積法、氧化法等。2.微弧氧化的機(jī)理是什么？答：微弧氧化是指將鋁、鎂、鈦等有色金屬及其合金置于特定的電解液中，利用電化學(xué)和等離子體化學(xué)原理，使金屬材料表面出現(xiàn)火花放電，在熱力學(xué)、電化學(xué)、等離子體的共同作用下，在原金屬表面原位生長陶瓷層的技術(shù)。微弧氧化是發(fā)生在陽極工件表面的極其復(fù)雜的熱力學(xué)、電化學(xué)、等離子體的相互作用，過程非常復(fù)雜，瞬間溫度可達(dá)1800℃以上，熔融的金屬液體隨后會(huì)快速凝固，起弧點(diǎn)還在不斷移動(dòng)，整個(gè)過程既有高溫高壓，而且持續(xù)的時(shí)間很短，因此對(duì)過程的跟蹤比較困難，有些理論還只是假設(shè)和推測(cè)，很難用儀器測(cè)試進(jìn)行驗(yàn)證。鐵木辛柯(Timoshenko)等人認(rèn)為微弧氧化由以下幾個(gè)過程組成：①在氧化物基體中形成空間電荷；②在膜層孔洞中進(jìn)行氣體放電；③局部膜層被熔化；④孔洞微區(qū)內(nèi)進(jìn)行熱擴(kuò)散、等離子體化學(xué)和熱化學(xué)反應(yīng)等極其復(fù)雜的過程。Apelfeld等人研究發(fā)現(xiàn)，膜層孔洞在等離子體放電過程中溫度急劇升高，電解液與基體金屬之間發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，膜層向基體內(nèi)側(cè)生長。Yerokhin等人認(rèn)為，在微弧氧化過程中將發(fā)生大量的電解過程，如圖9-4