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铸钢铸钢及特种材质(二)

  

  铸钢铸钢及特种材质(二)

  

  特种材料

  

  首先是半固态加工。半固态加工是指金属在凝固过程中,进行剧烈搅拌控制固-液态温度区间得到一种液态金属母液中均匀地悬浮着一定固相组分的固液混合浆料(固相组分甚至可高达60%) ,这种半固态金属浆料具有流变特性,即具有很好的流动性,易于通过普通加工方法制成产品。按加工方法分为流变成形和触变成形。液态加工如铸造成形,优点是加工容易,不需要大的设备,缺点是会产生疏松、缩孔和气泡,凝固时会产生偏析,产生树枝晶。而固态加工如塑性成形,其优缺点与液态加工相反,需要大的设备对工件进行冲压锻造等等。半固态加工综合了二者的优点,是一种新型的优良的加工方法。比如铝合金半固态成形可以用来加工汽车零件。现在的金属用材中,铝具有其其独特的优势,在很多方面替代原先铜的作用,至于镁则暂时无法大规模使用,因为其有其自身的劣势。

  

  超导材料,是指具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料。现已发现有28种元素和几千种合金和化合物可以成为超导体。超导现象具有五个特性,分别是1、零电阻效应,即超导材料处于超导态时电阻为零,能够无损耗地传输电能。如果用磁场在超导环中引发感应电流,这一电流可以毫不衰减地维持下去。这种“持续电流”已多次在实验中观察到。2、完全抗磁性,又称迈斯纳效应,即超导材料处于超导态时,只要外加磁场不超过一定值,磁力线不能透入,超导材料内的磁场恒为零。3、具有临界温度,即外磁场为零时超导材料由正常态转变为超导态(或相反)的温度,以Tc表示。Tc值因材料不同而异。已测得超导材料的最低Tc是钨,为0.012K。到1987年,临界温度最高值已提高到100K左右。4、具有临界磁场,即使超导材料的超导态破坏而转变到正常态所需的磁场强度,以Hc表示。Hc与温度T 的关系为Hc=H0[1-(T/Tc)2],式中H0为0K时的临界磁场。5、具有临界电流和临界电流密度,超导体的临界温度Tc与其同位素质量M有关。M越大,Tc越低,这称为同位素效应。例如,原子量为199.55的汞同位素,它的Tc是4.18开,而原子量为203.4的汞同位素,Tc为4.146开。通过超导材料的电流达到一定数值时也会使超导态破坏而转变为正常态,以Ic表示。Ic一般随温度和外磁场的增加而减少。单位截面积所承载的Ic称为临界电流密度,以Jc表示。

  

  超导材料的这些参量限定了应用材料的条件,因而寻找高参量的新型超导材料成了人们研究的重要课题。以Tc为例,从1911年荷兰物理学家H.开默林-昂内斯发现超导电性(Hg,Tc=4.2K)起,直到1986年以前,人们发现的最高的 Tc才达到23.2K(Nb3Ge,1973)。1986年瑞士物理学家K.A.米勒和联邦德国物理学家J.G.贝德诺尔茨发现了氧化物陶瓷材料的超导电性,从而将Tc提高到35K。之后仅一年时间,新材料的Tc已提高到100K左右。这种突破为超导材料的应用开辟了广阔的前景,米勒和贝德诺尔茨也因此荣获1987年诺贝尔物理学奖金。

  

  同时超导材料也存在一些难点,主要在六个方面,分别是1、临界转变温度Tc提高困难。2、临界电流密度Ic的确定。3、超导陶瓷的加工问题。。4、超导材料的稳定性问题。5、超导理论的发展。6、超导材料的使用安全性问题,比如磁场屏蔽。

  

  爆炸焊接(explosive welding)是一种固相焊接方法,通常用于异种金属之间的焊接。如钛、铜、铝、钢等金属之间的焊接,可以获得强度很高的焊接接头。而这些化学成分和物理性能各异的金属材料的焊接,用其他的焊接方法很难实现。现代工业需要多种多样的金属复合材料,爆炸焊接工艺应运而生。利用炸药爆炸产生的冲击力造成工件迅速碰撞而实现焊接的方法。20世纪50年代末期,在用爆炸成形方法加工零件时,发现零件与模具之间产生局部焊合现象,由此产生了爆炸焊接的方法。爆炸焊接时,通常把炸药直接敷在覆板表面,或在炸药与覆板之间垫以塑料、橡皮作为缓冲层。覆板与基板之间一般留有平行间隙或带角度的间隙,在基板下垫以厚砧座。炸药引爆后的冲击波压力高达几百万兆帕,使覆板撞向基板,两板接触面产生塑性流动和高速射流,结合面的氧化膜在高速射流作用下喷射出来,同时使工件连接在一起。爆炸焊分点焊、线焊和面焊。接头有板和板、管和管、管和管板等形式。所使用炸药的爆轰速度、用药量、被焊板的间隙和角度、缓冲材料的种类、厚度、被焊材料的声速、起爆位置等,均对焊接质量有重要影响。爆炸焊所需装置简单,操作方便,成本低廉,适用于野外作业。爆炸焊对工件表面清理要求不太严,而结合强度却比较高,适合于焊接异种金属,如铝、铜、钛、镍、钽、不锈钢与碳钢的焊接,铝与铜的焊接等。爆炸焊已广泛用于导电母线过渡接头、换热器管与管板的焊接和制造大面积复合板。


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