《工程材料科學(xué)與設(shè)計》(james-p.-schaffer)chapter-13

1、工程材料科學(xué)與設(shè)計(james-p工程材料科學(xué)與設(shè)計(james-p2Only when you seize today can you not lose tomorrow. 只有抓住今天，才能不丟失明天。 4Only when you seize today can31.引言玉不琢 不成器 人不學(xué) 不知禮51.引言玉不琢 不成器 人不學(xué) 不知禮42.工藝的選擇原則和組織、工藝與性能之間的關(guān)系選擇最佳的制備工藝 1 滿足性能的要求與生產(chǎn)成本； 2 考慮批量生產(chǎn)中產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。材料的成型工藝： 鑄造、鍛造、粉末工藝、機(jī)加工、連接工藝、表面涂層與處理、單晶與半導(dǎo)體工藝、纖維制備、復(fù)合制備技術(shù)62

2、.工藝的選擇原則和組織、工藝與性能之間的關(guān)系選擇最佳的53 鑄造1. 金屬鑄造: 金屬材料鑄造成型獲得優(yōu)良鑄件的能力稱為鑄造性能，用流動性、收縮性和偏析來衡量四鳥扁足方鼎 西周晚期73 鑄造1. 金屬鑄造: 金屬材料鑄造成型獲得優(yōu)良鑄件的687形核劑的作用：形核劑在整個熔融金屬中起著非均勻形核地點的作用。（整個鑄件中晶粒能夠均勻地形成于生長，得到等軸晶結(jié)構(gòu)）金屬鑄件中的缺陷:液態(tài)金屬在凝固過程中，體積一般變小，導(dǎo)致發(fā)生疏松形式的收縮缺陷。9形核劑的作用：8109金屬鑄造技術(shù) 砂型鑄造 失蠟鑄造 消失模鑄造 金屬模鑄造 11金屬鑄造技術(shù)102 陶瓷的鑄造：陶瓷不同于金屬和聚合物，由于熔點較高，所

3、以用其熔體進(jìn)行鑄造的方法一般是不適用的。 粉漿澆注/空心鑄漿122 陶瓷的鑄造：陶瓷不同于金屬和聚合物，由于熔點較高，所11應(yīng)用： 陶瓷鑄造人造骨骼它是通過計算機(jī)系統(tǒng)為患者專門定做的，因此它完全適合患者。此外，這種人造骨骼所用的材料與人體骨骼非常相似，它有助于患者更加活動自如。這項新技術(shù)是依靠X光來確定骨骼尺寸和形狀的，它的精確度可達(dá)到0.1毫米。 牙科鑄造陶瓷 13應(yīng)用：123. 聚合物的造形壓模成形 熱固性和熱塑性注射成形吹塑法（中空注模）143. 聚合物的造形13壓模成形15壓模成形1416154 成形成形包括由機(jī)械加工及塑性變形改變固體的形狀。1.金屬成形軋制是常見的聚合物與金屬的成形

4、工藝。 冷軋：再結(jié)晶溫度以下 位錯密度增加，強(qiáng)度增加， 延展性下降 熱軋：再結(jié)晶溫度以上 控制金屬顯微組織的有效手段174 成形成形包括由機(jī)械加工及塑性變形改變固體的形狀。16熱軋過程中鑄造晶粒組織或大晶粒金屬壓件的結(jié)構(gòu)變化。在軋制過程中，許多聚合物和一些像鈦這樣的金屬的顯微組織會發(fā)生變化，其晶粒轉(zhuǎn)動以使某晶體學(xué)方向沿軋制方向排列?？棙?gòu)18熱軋過程中鑄造晶粒組織或大晶粒金屬壓件的結(jié)構(gòu)變化。17鍛造：用于制造珠寶、馬蹄鐵、打獵武器、硬幣，以及其他許多物品，已有數(shù)百年的歷史?，F(xiàn)在的應(yīng)用：包括氣體和蒸汽渦輪機(jī)的盤與葉片、機(jī)軸以及用于汽車發(fā)動機(jī)的閥門等 冷鍛：再結(jié)晶溫度以下 熱鍛（溫鍛）：再結(jié)晶溫度以

5、上 19鍛造：用于制造珠寶、馬蹄鐵、打獵武器、硬幣，以及其他許多182019深沖與薄板金屬成形21深沖與薄板金屬成形20擠壓與拔絲 擠壓：把棒狀的材料推入并經(jīng)過一個具有一定形狀的模而被擠出，得到所希望的截面的工藝。 拔絲：一種制備細(xì)絲的工藝，用于包括鋼絲繩、鋼帶輪胎、電纜等在內(nèi)的一些領(lǐng)域。22擠壓與拔絲212322金屬成形工藝的動力學(xué) 再結(jié)晶完成的時間可以寫為例題：考慮一碳鋼拔絲工藝，要求細(xì)絲纏繞于卷帶軸之前必須完成再結(jié)晶。如果對于該鋼Co=-15.3， C1=17300K，如果卷帶軸與模之間的距離為100m，拔絲速率為0.1m/s,計算拔絲溫度。將卷帶軸與模之間的距離改為0.5m,重復(fù)上述計

6、算24金屬成形工藝的動力學(xué)例題：考慮一碳鋼拔絲工藝，要求細(xì)絲纏232 聚合物的成形 熱塑性聚合物在加熱時軟化，使其能夠通過像擠壓、真空成形、吹塑成形等工藝成形。 對于熱固性聚合物，必須采用壓鑄成形或反應(yīng)注射成形等工藝，使成形與固化同時進(jìn)行。 聚合物擠壓 真空與吹氣成形252 聚合物的成形243 陶瓷與玻璃的成形263 陶瓷與玻璃的成形255. 粉末工藝主要針對金屬或陶瓷零件實例： 白熾燈泡的鎢絲 生產(chǎn)齒輪、汽車的氣門導(dǎo)管 粉末冶金工藝275. 粉末工藝主要針對金屬或陶瓷零件26實例： 用粉末冶金的方法制備高精度的鋼鏈輪。由于鋼鏈輪在工作中需要傳遞轉(zhuǎn)動扭矩，所以除了要求具有良好的尺寸精度之外，必

7、須盡量減少孔隙率，因為孔隙能由金屬的疲勞而引起機(jī)械破壞。請指出可以不依靠延長燒結(jié)時間來降低孔隙率的工藝以及粉末尺寸分布。28實例：276. 機(jī)加工機(jī)加工：利用塑性剪切來去除多余材料的工藝材料能夠被機(jī)加工的難易程度稱為切削加工性。陶瓷聚合物金屬296. 機(jī)加工機(jī)加工：利用塑性剪切來去除多余材料的工藝287. 連接工藝焊接、釬焊與錫焊焊接 熱影響區(qū)；焊接后熱處理；減少單位焊接面積熱輸入釬焊 熔點高于4500C的金屬焊料，工作溫度低于工件的熔點錫焊 與釬焊類似，也使用助熔劑，焊料的熔點4500C典型工藝 將應(yīng)用Si片連接到由陶瓷或金屬制成的芯片載體上307. 連接工藝焊接、釬焊與錫焊29粘結(jié)劑結(jié)合用

8、于連接由聚合物與聚合物基復(fù)合材料形成的構(gòu)件。擴(kuò)散結(jié)合擴(kuò)散焊接；活潑性金屬Ti，Be，難熔金屬合金，以及復(fù)合材料與陶瓷材料。機(jī)械連接31粘結(jié)劑結(jié)合308.表面涂層與處理涂層與涂料靜電上漆；PVD；CVD，熱浸鍍；電鍍；陽極氧化表面處理表面硬化；離子注入；噴丸處理；爆炸硬化328.表面涂層與處理涂層與涂料319.單晶與半導(dǎo)體工藝（了解）在一些材料應(yīng)用的領(lǐng)域，需要使用單晶。 使用單晶的鎳基合金可以改善其抗氧化性與耐蠕變的能力，從而提高渦輪葉片的耐高溫性能。 半導(dǎo)體工業(yè)中需要單晶的原因是因為缺陷會大大降低這些材料的電學(xué)性質(zhì)。單晶的成長與工藝氧化光刻與浸蝕擴(kuò)散與離子注入互連、裝配與封裝339.單晶與半導(dǎo)體工藝（了解）在一些材料應(yīng)用的領(lǐng)域，需要使3210.纖維的制備（了解）熔融紡絲溶液紡絲控制熱解氣相工藝燒結(jié)化學(xué)反應(yīng)3410.纖維的制備（了解）熔融紡絲3311. 復(fù)合材料制備工藝（了解）