材料加工工藝學(xué)期末總結(jié)

1、141.材料的定義材料是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)。也可簡(jiǎn)單定義為：材料是可以制造有用器件的物質(zhì)。作為材料，具備以下特點(diǎn)：(1) 一定的組成；(2) 可加工性；(3) 形狀保持性；(4) 使用性能；(5) 經(jīng)濟(jì)性；(6) 再生性。2.材料的種類按化學(xué)結(jié)構(gòu)或組成分類：金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、高分子材料、復(fù)合材料（每種材料舉幾個(gè)例子?。┌从猛痉诸悾航Y(jié)構(gòu)材料、功能材料。（又可細(xì)分為：航天航空材料、化工材料、機(jī)械工程材料、建筑材料、電子信息材料、能源材料、生態(tài)環(huán)境材料、生物醫(yī)用材料。）3.材料科學(xué)與工程的定義及四要素：材料科學(xué)與工程定義為：關(guān)于材料組成、結(jié)構(gòu)

2、、合成與加工、性能及使用性能相互關(guān)系的科學(xué)。四要素：4.高分子材料的分類及其定義，并舉例。定義：是以高分子化合物為主要組分的材料。常見(jiàn)的高分子材料：塑料、橡膠、合成纖維、膠黏劑、涂料5.塑料的分類概述：塑料是具有可塑性的高分子材料。它以樹(shù)脂為主要組分，加入各種添加劑，能在一定溫度和壓力下加工成形的各種材料的總稱。塑料的組成：1）樹(shù)脂；2）填充劑（填料）；3）增塑劑；4）穩(wěn)定劑；5）增色劑；6）潤(rùn)滑劑；7）固化劑8）其他，比如還有發(fā)泡劑、催化劑、阻燃劑等。塑料的分類（舉例?。喊此芰蠠嵝再|(zhì)分類：熱塑性塑料：比如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚苯醚、聚四氟乙烯等。熱固性塑料：比如酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧

3、樹(shù)脂、氨基樹(shù)脂、有機(jī)硅樹(shù)脂等。按塑料的功能和用途分類：通用塑料：比如聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料、氨基塑料等。工程塑料：比如聚酰胺、ABS、聚甲醛、聚碳酸酯、聚砜、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、環(huán)氧樹(shù)脂等。特種工程塑料：比如聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚酰亞胺等。功能塑料：比如導(dǎo)電塑料、導(dǎo)磁塑料、感光塑料等。6.橡膠的定義橡膠是具有高彈性的輕度交聯(lián)的線型高聚物，它們?cè)诤軐挼臏囟确秶鷥?nèi)處于高彈態(tài)。一般橡膠在-4080范圍內(nèi)具有高彈性，某些特種橡膠在-100的低溫和200高溫下都保持高彈性。橡膠的彈性模數(shù)很低，在外力作用下變形量可達(dá)100%1000%，外力去除又很快恢復(fù)原狀。橡膠有優(yōu)良的伸

4、縮性，良好的儲(chǔ)能能力和耐磨、隔音、絕緣等性能，廣泛用于制作密封件、減振件、傳動(dòng)件、輪胎和電線等制品。第二章1.成型加工的定義使固體狀態(tài)(粉狀或粒狀)、糊狀或溶液狀態(tài)的高分子材料熔融或變形，經(jīng)過(guò)?？h形成所需的形狀，并保持其已經(jīng)取得的形狀，最終得到制品的工藝過(guò)程。2.高分子材料的狀態(tài)變化與成型加工的關(guān)系三種物理狀態(tài)：玻璃態(tài)：T < Tg；高彈態(tài)：TgTf (Tm)；粘流態(tài)：T >Tf (Tm)在Tg以下，高分子材料處于普彈性狀態(tài)(亦稱玻璃態(tài))，為堅(jiān)硬的固體。受外力作用形變(普彈形變)很小，一旦外力消失，形變可以立即恢復(fù)。在Tg以上，高分子材料處于高彈態(tài)(亦稱橡膠態(tài))，與普彈態(tài)相比，只要

5、較小的外力就可使其發(fā)生較大的形變(高彈形變)。但這種形變是可逆的。當(dāng)達(dá)到Tf(Tm)時(shí)，高分子材料處于粘流態(tài)(亦稱流動(dòng)態(tài))，此時(shí)，只要不太大的外力就可使其發(fā)生形變，而且這種形變是不可逆的，外力除去后，仍將繼續(xù)保持，無(wú)法自發(fā)恢復(fù)。達(dá)到Td，則高分子材料開(kāi)始分解。綜上所述：在Tg以下，對(duì)高分子材料不能進(jìn)行形變較大的成型加工，只能進(jìn)行機(jī)械加工。Tg(對(duì)無(wú)定形聚合物)或Tm(對(duì)結(jié)晶聚合物)是選擇和合理使用塑料的重要溫度參數(shù)，亦是大多數(shù)塑料成型的最低溫度。3.熔體黏度的影響因素 多數(shù)高分子化合物是在熔融狀態(tài)下成型的，熔融時(shí)的流動(dòng)性是其重要的性質(zhì)，而熔體粘度是表示流動(dòng)性的基本物性。聚合物內(nèi)在因素對(duì)熔體粘度

6、的影響：1、粘度的分子量依賴性2、粘度的分子量分布依賴性3、支鏈對(duì)熔體粘度的影響（圖片內(nèi)容自行補(bǔ)充?。┯绊懭垠w粘度的外界因素有以下幾個(gè)：（自行簡(jiǎn)述）(1)溫度。溫度升高，可使高分子鏈熱運(yùn)動(dòng)和分子間的間距增加，從而使熔體粘度下降。通常溫度升高10，熔體粘度降低1/2到1/3。然而，不同高分子化合物熔體粘度敏感性并不相同，對(duì)溫度敏感的高分子化合物，可采用溫度來(lái)改變成型工藝參數(shù)，以便在最佳的工藝條件下獲得高質(zhì)量的制品。(2) 壓力。高分子化合物成型時(shí)的壓力一般在10-300 MPa，熔體粘度對(duì)壓力也有敏感性。采用提高成型壓力提高熔體流量的辦法，效果是有限的。在正常成型溫度范圍內(nèi)、增加壓力和降低溫度對(duì)

7、熔體粘度的影響有相似性，即所謂壓力-溫度等效性，如對(duì)多數(shù)高分子化合物，壓力增加到100MPa時(shí)，熔體粘度的變化相當(dāng)于溫度降低30-50的效應(yīng)。(3)剪切速率。高分子化合物熔體屬假塑性流體，因此，隨剪切應(yīng)力或剪切速率增加熔體粘度下降，即所謂剪切變稀。熔體粘度對(duì)剪切作用是很敏感的，操作中應(yīng)嚴(yán)格控制螺桿的轉(zhuǎn)速或壓力不變。不然，剪切速率的微小變化會(huì)引起粘度的顯著改變，影響成型過(guò)程，造成制品表觀質(zhì)量和內(nèi)在質(zhì)量的變壞。4.流動(dòng)曲線的定義施加一定壓力于聚合物熔體或濃溶液，并在一定范圍內(nèi)改變壓力，觀察聚合物熔體或濃溶液的流動(dòng)行為，以剪切力或黏度對(duì)剪切速率作圖所得的曲線稱為聚合物的流動(dòng)曲線。5.擠出成型的定義

8、擠出成型：是使高聚物的熔體(或粘性流體)在擠出機(jī)的螺桿或柱塞的擠壓作用下通過(guò)一定形狀的口模而連續(xù)成型，所得的制品為具有恒定斷向形狀的連續(xù)型材。6.擠出成型的工藝流程各種擠出制品的生產(chǎn)工藝流程大體相同，一般包括原料的準(zhǔn)備、預(yù)熱、干燥、擠出成型、擠出物的定型與冷卻、制品的牽引與卷取(或切割)，有些制品成型后還需經(jīng)過(guò)后處理。1）原料的準(zhǔn)備和預(yù)處理；2）擠出成型；3）定型與冷卻;4）制品的牽引和卷取(切割)；5）后處理7.螺桿分為哪幾段，各段的作用是什么？根據(jù)物料在螺桿中的溫度、壓力、粘度等的變化特征，可將螺桿分為加料段、壓縮段和均化段三段。(1) 加料段：加料段的作用是對(duì)料斗送來(lái)的塑料進(jìn)行加熱，同時(shí)

9、輸送到壓縮段。塑料在該段螺槽始終保持固體狀態(tài)。(2) 壓縮段：又叫相遷移段，其作用是對(duì)加料段送來(lái)的料起擠壓和剪切作用，同時(shí)使物料繼續(xù)受熱，由固體逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槿廴隗w，趕走塑料中的空氣及其他揮發(fā)成分，增大塑料的密度，塑料通過(guò)壓縮段后，應(yīng)該成為完全塑化的粘流狀態(tài)。(3) 均化段：又叫計(jì)量段，其作用是將塑化均勻的物料在均化段螺槽和機(jī)頭回壓作用下進(jìn)一步攪拌塑化均勻，并定量定壓地通過(guò)機(jī)頭口模擠出成型。8.壓制成型的定義及其成型工藝壓制成型是指主要依靠外壓的作用，實(shí)現(xiàn)成型物料造型的一次成型技術(shù)。根據(jù)成型物料的性狀和加工設(shè)備及工藝的特點(diǎn)，壓制成型可分為模壓成型和層壓成型（備注：不用模具）兩大類。模壓成型包括：熱

10、固性塑料的模壓成型(即壓縮模塑)、橡膠的模壓成型(即模型硫化)和增強(qiáng)復(fù)合材料的模壓成型。層壓成型包括：復(fù)合材料的高壓和低壓壓制成型。熱固性塑料模壓成型工藝過(guò)程通常由成型物料的準(zhǔn)備、成型和制品后處理三個(gè)階段組成。9.壓延成型的定義及其成型工藝壓延成型是生產(chǎn)高分子材料薄膜和片材的主要方法，它是將接近粘流溫度的物料通過(guò)一系列相向旋轉(zhuǎn)著的平行輥筒的間隙，使其受到擠壓和延展作用，成為具有一定厚度和寬度的薄片狀制品。（了解）壓延成型與前面的模壓成型、擠出成型、注射成型并列為四大高分子材料加工方法。完整的壓延成型工藝過(guò)程可以分為供料和壓延兩個(gè)階段。供料階段是壓延的備料階段，主要包括塑料的配制、混合、塑化和向

11、壓延機(jī)傳輸喂料等幾個(gè)工序。壓延階段是壓延成型的主要階段，包括壓延、牽引、刻花、冷卻定型、輸送及卷繞或切割等工序。所以壓延成型工藝過(guò)程實(shí)際上是從原料開(kāi)始經(jīng)過(guò)各種聚合物加工步驟的整套連續(xù)生產(chǎn)線。10.什么是壓延效應(yīng)？如何消除或減小壓延效應(yīng)。（自己糾正?。┯捎谖锪显趬貉舆^(guò)程中，在通過(guò)壓延輥簡(jiǎn)間隙時(shí)受到很大的剪切力和一些拉伸應(yīng)力，因此高聚物大分子會(huì)沿著壓延方向作定向排列，以致制品在物理力學(xué)性能上出現(xiàn)各向異性，這種現(xiàn)象在壓延成型中稱為壓延效應(yīng)。壓延效應(yīng)的大小受到壓延溫度、輥筒轉(zhuǎn)速與速比、輥隙存料量、制品厚度以及物料的性質(zhì)等因素的影響。物料溫度適當(dāng)提高，可以提高其塑性，加強(qiáng)大分子的熱運(yùn)動(dòng)，破壞其定向排列，

12、壓延效應(yīng)可以降低；輥簡(jiǎn)的轉(zhuǎn)速與速比增加，壓延效應(yīng)提高，若轉(zhuǎn)速下降，則壓延的時(shí)間增加，壓延效應(yīng)可降低；輥隙存科較多，壓延效應(yīng)也上升；制品的厚度小，物料所受剪切作用增加，則壓延效應(yīng)也增加，所以壓延制品越薄，質(zhì)量難以保證，這也是為何薄膜厚度小于0.05mm很少用壓延法生產(chǎn)，而多采用擠出吹塑法的原因；物料中采用針狀或片狀配合劑，易帶來(lái)較大的壓延效應(yīng)，物料的表觀粘度大，壓延效應(yīng)也大，要消除這些因素產(chǎn)生的壓延效應(yīng)，應(yīng)盡量不使用各向異性的配合劑并提高物料的塑性，壓延后緩慢冷卻，有利于取向分子松弛，也可降低壓延效應(yīng)；引離輥、冷卻輥和卷取輥等之間的速比，也對(duì)壓延效應(yīng)有影響。11.注射成型的定義及其成型工藝。什么

13、是反應(yīng)注射成型？塑料的注射成型是將粒狀或粉狀塑料加入到注射機(jī)的料筒，經(jīng)加熱熔化呈流動(dòng)狀態(tài)，然后在注射機(jī)的柱塞或移動(dòng)螺桿快速而又連續(xù)的壓力下，從料簡(jiǎn)前端的噴嘴中以很高的壓力和很快的速度注入到閉合的模具內(nèi)，充滿模腔的熔體在受壓的情況下，經(jīng)冷卻（熱塑性塑料）或加熱(熱固性塑料)固化后，開(kāi)模得到與摸具型腔相應(yīng)制品的成型方法。1、合模與鎖緊2、注射裝置前移3、注射4、保壓5、制品的冷卻和預(yù)塑化6、注射裝置后退和開(kāi)模頂出制品1、成型前的準(zhǔn)備(1) 原料的預(yù)處理(2) 料簡(jiǎn)的清洗(3) 嵌件的預(yù)熱(4) 脫模劑的選用。2、注射成型過(guò)程(1) 加料塑化(2) 注射充模(3) 保壓(4) 冷卻(5) 脫模3、制

14、品后處理(1)熱處理(退火處理)。(2)調(diào)濕處理。(3)整修。12.二次成型的定義及與一次成型的區(qū)別。二次成型是指在一定條件下將高分子材料一次成型所得的型材通過(guò)再次成型加工，以獲得制品的最終型樣的技術(shù)。二次成型是相對(duì)于一次成型而言的。二次成型技術(shù)與一次成型技術(shù)相比，除成型對(duì)象不同外，二者的主要區(qū)別在于：一次成型是通過(guò)材料的流動(dòng)或塑性形變而成型，成型過(guò)程中伴隨著聚合物的狀態(tài)或相態(tài)轉(zhuǎn)變；二次成型是在低于聚合物流動(dòng)溫度或熔融溫度的“半熔融”類橡膠態(tài)下進(jìn)行的，一般是通過(guò)粘彈形變來(lái)實(shí)現(xiàn)材料型材或坯件的再成型。第三章 金屬?gòu)?fù)習(xí)歸納1、鑄造成型液態(tài)金屬在鑄型中冷卻：獲得零件或毛坯的成型方法?？梢苑譃橐韵聨追N

15、：砂型鑄造，金屬型鑄造，熔模鑄造，壓力鑄造。其中后三種為特種鑄造。2、壓力鑄造與低壓鑄造的區(qū)別？A、壓力鑄造（簡(jiǎn)稱壓鑄）在高壓下(5500MPa)快速(澆口速度達(dá)3060m/s )將液態(tài)或半液態(tài)合金壓入金屬鑄型中,并在壓力下結(jié)晶，以獲得鑄件的方法。壓力鑄造是在壓鑄機(jī)上進(jìn)行的。特點(diǎn):1要求在壓力作用下凝固，否則無(wú)意義；2表面冷卻很快，所有鑄件表層晶粒很細(xì)小，性能很高。3壓鑄模具成本較高、生產(chǎn)效率高，壓鑄不宜小批量生產(chǎn)。應(yīng)用:1壓鑄可以生產(chǎn)鋅合金、鋁合金、鎂合金、黃銅鑄件；2在壓鑄件中，鋁合金壓鑄件約占3050%，其次為鋅合金壓鑄件，黃銅壓鑄件約占12%，鎂合金壓鑄件正在快速增長(zhǎng)。3壓鑄件應(yīng)用行業(yè)

16、為汽車、拖拉機(jī)、儀表、電子工業(yè)、計(jì)算機(jī)、醫(yī)療器械等。B、低壓鑄造使液態(tài)合金在壓力下，自下而上地充填型腔，并在壓力下結(jié)晶、以形成鑄件的工藝過(guò)程。特點(diǎn)（1）充型壓力和速度便于控制，適應(yīng)各種鑄型。（2）鑄件的組織致密，機(jī)械性能較高。（3）不用冒口補(bǔ)縮，金屬利用率高。（4）鑄件尺寸、形狀范圍廣。適用:一般用來(lái)生產(chǎn)鋁、鎂合金精密鑄件。也能鑄造各種合金。3、凝固方式的分類及其定義凝固方式根據(jù)液固兩相區(qū)的寬窄可將鑄件的凝固方式分為三種方式，即：逐層凝固；體積凝固(也稱糊狀凝固)；中間凝固。逐層凝固：純金屬或共晶成分的合金在恒溫下結(jié)晶，故在凝固過(guò)程不存在液、固并存的凝固區(qū)，斷面上的固體和液體由一條界限(凝固前

17、沿)清楚地分開(kāi)。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，溫度不斷下降，固體層將不斷加厚，液體層不斷減薄，直到中心全部凝固，這種凝固方式稱為逐層凝固。如果合金的結(jié)晶溫度范圍（dt）很小，且斷面溫度梯度很大時(shí)，鑄件的凝固區(qū)域?qū)⒑苷?，也屬于逐層凝固方式。體積凝固(也稱糊狀凝固)：如果1.合金的結(jié)晶溫度范圍很寬，或2.結(jié)晶溫度范圍不大，但溫度場(chǎng)較平坦，以至表面還沒(méi)有凝固結(jié)束，鑄件中心溫度已降至了結(jié)晶溫度，使凝固區(qū)域?qū)挿旱截灤┱麄€(gè)鑄件斷面。這種凝固方式稱為體積凝固，這種情況下的凝固先呈糊狀，而后固化，故又稱為糊狀凝固。中間凝固：介于逐層凝固和糊狀凝固之間的凝固方式稱為中間凝固。且大多數(shù)合金以中間方式凝固。4、鑄件晶粒組織的分類

18、及定義最典型的鑄件晶粒組織由三個(gè)晶區(qū)組成，即表面細(xì)晶區(qū)、內(nèi)部柱狀晶區(qū)和中心等軸晶區(qū)。表面細(xì)晶區(qū)：當(dāng)液體金屬受到冷鑄型的強(qiáng)烈激冷，產(chǎn)生很大過(guò)冷，因而在型壁上及液體中大量生核，成長(zhǎng)為細(xì)晶粒區(qū)。這些細(xì)晶粒是在過(guò)冷液體中生核、生長(zhǎng)的，其生長(zhǎng)方式也采取枝晶狀。它的結(jié)晶潛熱既能從型壁導(dǎo)出，也能向過(guò)冷的液體中散失，因此受散熱方向影響較小，晶體的生長(zhǎng)是無(wú)方向性的。內(nèi)部柱狀晶區(qū)：柱狀晶區(qū)是表面層區(qū)晶體向內(nèi)單向延伸生長(zhǎng)的結(jié)果。隨著液體中對(duì)流的減弱、型壁上或凝固層上晶體的脫落減少以及結(jié)晶潛熱的析出使型壁溫度升高，導(dǎo)致細(xì)晶區(qū)不能擴(kuò)展，液體金屬冷卻減慢，溫度梯度變得平緩，即形成柱狀晶區(qū)。中心等軸晶區(qū)：由于液態(tài)金屬內(nèi)部的

19、獨(dú)立形核和生長(zhǎng)。獨(dú)立形核的來(lái)源一是對(duì)流漂移到鑄件中心部位的自由小晶粒，二是符合晶面共格的非金屬夾雜物。5、凝固缺陷及其控制凝固缺陷的種類：合金中的成分偏析，氣孔與夾雜的形成機(jī)理，縮孔縮松的形成與防止，凝固收縮、變形與裂紋，焊接中的缺陷。凝固缺陷防治措施：氣孔的防治：1消除氣體來(lái)源：爐料潔凈、型砂水分、有機(jī)粘結(jié)劑用量和含氮量、焊條烘干等2合理工藝：精煉、除氣和氣體保護(hù)3增加氣體析出：金屬型鑄造、密封加壓凝固等。初生夾雜物的防治：（1）加溶劑吸收夾雜（2）除氣處理時(shí)也可將夾雜物攜帶上浮排出（3）過(guò)濾法二氧化碳夾雜物防治：（1）合理的澆注工藝及澆冒口系統(tǒng)，平穩(wěn)充型（2）控制金屬液的易氧化元素（3）鑄

20、型內(nèi)造還原型氣氛縮孔防止：合理設(shè)計(jì)澆冒口系統(tǒng) 縮孔于澆冒口中。縮松防止：無(wú)法通過(guò)澆冒口消除。T 枝晶發(fā)達(dá) 縮松防止鑄件熱裂的途徑：1）提高合金抗熱裂能力2）改善鑄型和型芯的退讓性，減少鑄件收縮時(shí)的各種阻力3）減小鑄件各部位溫差，建立同時(shí)凝固的冷卻條件4）改進(jìn)鑄件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)6、偏析的種類及其控制偏析：合金在凝固中發(fā)生的化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象叫偏析。種類：1、微觀偏析：合金微小范圍內(nèi)（約一個(gè)晶粒范圍）的化學(xué)成分不均勻性，如晶內(nèi)偏析和晶界偏析。2、宏觀偏析：合金凝固斷面上各部位的化學(xué)成分不均勻性，常有正常偏析、逆偏析和重力偏析等。防控：晶內(nèi)偏析防控：不穩(wěn)定，通過(guò)擴(kuò)散退火和均勻化退火可以消除。晶界偏析防控

21、：正常偏析防控：擴(kuò)散退火無(wú)效，提高冷速有效，如降低澆注溫度、加速鑄件凝固。逆偏析防控：重力偏析防控：（1）強(qiáng)化冷卻（2）加入組織初晶沉浮的合金元素，如Cu-Sb合金中加入Ni，Sb-Sn合金中加入Cu。第四章 粉末冶金1.粉末冶金的定義及其主要加工程序粉末冶金是以金屬粉末(或金屬粉末與非金屬粉末的混合物)為原料，通過(guò)成形、燒結(jié)或熱成形制成金屬制品或材料的一種冶金工藝技術(shù)。粉末冶金生產(chǎn)工藝與陶瓷制品的生產(chǎn)工藝類似，因此人們又常常稱粉末冶金方法為“金屬陶瓷法”粉末準(zhǔn)備：配制（基本材料+添加劑）混合 壓制成型 燒結(jié) 零件成品2.粉末性能和制備方法固態(tài)物質(zhì)按分散程度不同分成致密體、粉末體和膠體三類。粉

22、末的化學(xué)成分一般是指主要金屬或組元的含量、雜質(zhì)或夾雜物的含量以及氣體的含量 粉末的物理性能：粉末顆粒大小和粒度組成、粉末顆粒形狀與結(jié)構(gòu)、顯微硬度、粉末比表面、粉末真密度以及粉末顆粒的晶格狀態(tài)。在技術(shù)條件中，通常只規(guī)定各級(jí)粉末顆粒的百分含量粒度組成或篩分組成粉末的工藝性能用粉末的松裝密度、流動(dòng)性、壓縮性與成形性來(lái)表征。制備方法一、機(jī)械制粉，1機(jī)械研磨，2氣流研磨法二、物理制粉法1.霧化制粉法 2.物理蒸發(fā)冷凝法 三、化學(xué)制粉法1.化學(xué)氣相沉積法2.氧化還原法3.電化學(xué)制粉法3.粉末冶金的加工方法預(yù)處理主要包括:表面改性、熱處理、篩分?；旌?、懸浮。塑化、造粒等。成型。膠態(tài)成型法、1注漿成型(空心注漿、實(shí)心注漿) 2熱壓注成型