《材料工程基礎(chǔ)》教學(xué)總結(jié)

《材料工程基礎(chǔ)》教學(xué)總結(jié)第一章材料的熔煉一、鋼鐵冶金（重點(diǎn)—看書/課件）1、煉鐵主要是還原過程，煉鋼主要是氧化過程2、高爐煉鐵的原料（爐料）由礦石、溶劑和燃料組成。3、直接還原：以氣體、液體、煤為能源與還原劑，在鐵礦石低于熔點(diǎn)溫度時(shí)進(jìn)行還原得到金屬鐵的煉鐵工藝。4、熔融還原：用鐵礦石和普通煤作原料，在汽化爐流化床中將直接還原得到的海綿鐵進(jìn)一步加熱融化，在熔融汽化爐底形成鐵水與爐渣的熔池5、爐外精煉：將在轉(zhuǎn)爐或電爐內(nèi)初煉的鋼液倒入鋼包或?qū)Ｓ萌萜鲀?nèi)進(jìn)行脫氧、脫硫、脫碳、去氣、去除非金屬夾雜物和調(diào)整鋼液成分及溫度的一種煉鋼工藝6、常用的爐外精煉工藝：RH法-循環(huán)脫氣法、LF法-鋼包精煉法、VD法-真空脫氣法7、爐外精煉的實(shí)施手段：一般爐外精煉方法都是渣洗、真空、攪拌、噴吹和加熱等精煉手段的不同組合，采用一種或幾種手段組成一種爐外精煉方法。8、LF法的精煉過程將鋼液、渣料及脫氧劑加入到LF爐，在還原性氣氛下，通過電極埋弧造渣，爐底吹氬攪拌，完成鋼液的脫硫、脫氧、合金化、溫度及夾雜物的控制。9、煉鋼的方法：轉(zhuǎn)爐煉鋼法、平爐煉鋼法、電爐煉鋼法10、連鑄連軋：把液態(tài)鋼倒入連鑄機(jī)中軋制出鋼坯，然后不經(jīng)冷卻，在均熱爐中保溫一定時(shí)間后直接進(jìn)入熱連軋機(jī)組中軋制成型的鋼鐵軋制工藝。優(yōu)點(diǎn)：巧妙地把鑄造和軋制兩種工藝結(jié)合起來，相比于傳統(tǒng)的先鑄造出鋼坯后經(jīng)加熱爐加熱再進(jìn)行軋制的工藝具有簡化工藝、改善勞動(dòng)條件、增加金屬收得率、節(jié)約能源、提高連鑄坯質(zhì)量、便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化的優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用：連鑄連軋工藝現(xiàn)今只在軋制板材、帶材中得到應(yīng)用。11、典型的薄板連鑄連軋工藝流程：由煉鐵（高爐或電爐）—煉鋼（電爐或轉(zhuǎn)爐）—爐外精煉—薄板坯連鑄—連鑄坯加熱—熱連軋六個(gè)單元工序組成。二、Al冶金（重點(diǎn)—看書/課件）1、從鋁土礦中制取鋁常用堿法。堿法分為拜耳法、燒結(jié)法、聯(lián)合法等。拜耳法又稱濕堿法，典型濕法冶金的一種2、鋁冶金特點(diǎn)：從鋁礦石中提出純凈的化合物，再通過熔鹽電解的方法得到純鋁。3、電解法制備金屬鋁的環(huán)節(jié)：a.從含鋁的礦石中制取純凈的氧化鋁b.采用熔鹽電解氧化鋁得到純鋁。三、Cu冶金（重點(diǎn)—看書/課件）1、煉銅方法：濕法冶金、火法冶金（主要）。2、火法煉銅流程：精銅礦→造锍熔煉→冰銅→粗銅→火法精煉→電解精煉→純銅3、造锍熔煉目的：首先使?fàn)t料中的銅盡可能全部進(jìn)入冰銅，部分鐵以FeS形式進(jìn)入冰銅，是大部分鐵氧化成FeO與脈石礦物造渣;其次使冰銅與爐渣分離。兩個(gè)原則：①必須使?fàn)t料中有足夠的硫來形成冰銅②使熔渣中含SiO2接近飽和，以便使冰銅爐渣不致混熔四、1、真空冶金用C、H脫氧的原理：通過降低反應(yīng)所得的含氧氣體產(chǎn)物在系統(tǒng)中的分壓，促使反應(yīng)能夠更加充分得進(jìn)行，進(jìn)而降低金屬中的氧含量。2、真空吹氧脫碳法（VOD法）基本功能：①吹氧脫C②去C保Cr③吹氧升溫④真空脫氣⑤造渣、脫氧、脫硫、去夾雜優(yōu)點(diǎn)：真空下易將鋼中C、N降到很低的水平，因此VOD法更適合生產(chǎn)C、N、O含量極低的超純不銹鋼和合金。缺點(diǎn)：設(shè)備復(fù)雜，冶金費(fèi)用高，脫碳速度慢，生產(chǎn)效率低。第二章粉末材料制備一、從粉碎過程看，制粉方法分為：機(jī)械制粉、物理制粉、化學(xué)制粉二、機(jī)械制粉：通過機(jī)械破碎、研磨或氣流研磨方法將大塊材料或粗大顆粒細(xì)化的方法。機(jī)械制粉實(shí)質(zhì)：利用動(dòng)能來破壞材料的內(nèi)結(jié)合力，是材料分裂產(chǎn)生新的界面。提高球磨效率準(zhǔn)則：①動(dòng)能準(zhǔn)則：提高球磨動(dòng)能②碰撞幾率準(zhǔn)則：提高球磨的有效碰撞幾率。三、物理制粉：采用蒸發(fā)凝聚成粉或液體霧化的方法使材料的聚集狀態(tài)發(fā)生改變，獲得粉末。霧化法原理：通過高壓霧化介質(zhì)，如氣體或水強(qiáng)烈沖擊液流，或通過離心作用使之破碎、冷卻凝固來實(shí)現(xiàn)的。霧化法準(zhǔn)則：①能量交換準(zhǔn)則：提高單位時(shí)間內(nèi)單位質(zhì)量液體從系統(tǒng)中吸收能量的效率，以克服表面自由能的增加;②快速凝固準(zhǔn)則：提高霧化液滴的冷卻速度，防止液體微粒的再次聚集。霧化制粉分為：雙流霧化、單流霧化雙流霧化法原理：先由電阻爐或感應(yīng)電爐將金屬或合金熔化，再注入金屬液中間包內(nèi)。金屬液由底部露孔流出時(shí)液流與沿一定角度高速射擊的氣體或水相遇，然后被擊碎成小液滴。隨著液滴與氣體或水流的混合流動(dòng)，液滴的熱量被霧化介質(zhì)迅速帶走，使液滴在很短時(shí)間內(nèi)凝固成粉末顆粒。離心霧化法原理：借助離心作用，將液態(tài)金屬破碎為小液滴，然后凝固為固態(tài)粉末顆粒的方法四、化學(xué)制粉：依靠化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)過程，生成新的粉態(tài)物質(zhì)第四章金屬的液態(tài)成形與半固態(tài)成形一、液態(tài)成形1、液態(tài)成形：將材料熔化成一定成分和一定溫度的液體，然后在重力或外力作用下澆入到具有一定形狀、尺寸大小的型腔中，經(jīng)凝固冷卻后便形成所需要的零件的技術(shù)。液態(tài)成形特點(diǎn)：①適應(yīng)性強(qiáng)，工藝靈活性大；②成形件尺寸精度高；③成本低；④零件的力學(xué)性能較差，尺寸均一性差；⑤液態(tài)成形過成勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)條件較差，生產(chǎn)率較低。合金收縮——各階段及其對鑄件質(zhì)量的影響三個(gè)收縮階段：液態(tài)、凝固、固態(tài)影響：液態(tài)收縮和凝固收縮一般表現(xiàn)為液體體積減小，是縮孔、縮松形成的主要原因。固態(tài)收縮表現(xiàn)為鑄件外形尺寸減小，對鑄件尺寸精度有較大影響，是產(chǎn)生鑄造應(yīng)力、變形和裂紋的主要原因。4、縮孔：在鑄件上部或最后凝固部位出現(xiàn)的容積較大的孔洞，其形狀不規(guī)則，孔壁粗糙并帶有樹枝晶?？s松：當(dāng)合金的結(jié)晶溫度范圍很寬或鑄件斷面上的溫度梯度小時(shí)，凝固過程中有較寬的糊狀凝固兩相并存的區(qū)域。隨著樹枝晶長大，該區(qū)域被分割成許多孤立的小熔池，各部分熔池內(nèi)剩余液態(tài)合金的收縮得不到補(bǔ)充，最后形成了分散性孔洞即縮松。預(yù)防措施：結(jié)晶溫度范圍窄的合金采取順序凝固方式，冒口最后凝固；結(jié)晶溫度范圍寬的合金采取同時(shí)凝固方式；鑄件在壓力下凝固或用熱等靜壓法消除縮孔與縮松。5、鑄造應(yīng)力：鑄件凝固后，溫度繼續(xù)下降，產(chǎn)生固態(tài)收縮。當(dāng)收縮受阻時(shí)，鑄件內(nèi)部將產(chǎn)生應(yīng)力，成為鑄造應(yīng)力。（是導(dǎo)致鑄件變形、裂紋的主要原因）分類：收縮應(yīng)力、熱應(yīng)力、相變應(yīng)力。產(chǎn)生原因：收縮應(yīng)力：鑄件在固態(tài)收縮時(shí)，因受到鑄型、砂芯、澆冒口等外力阻礙而產(chǎn)生的應(yīng)力。（臨時(shí)應(yīng)力，原因一旦消除，應(yīng)力也消除）熱應(yīng)力：鑄件在冷卻過程中因不同部位冷卻速度不同，收縮量不均勻形成的應(yīng)力。（殘余應(yīng)力）相變應(yīng)力：合金由于發(fā)生固態(tài)相變，鑄件各部分體積產(chǎn)生不均衡變化引起的應(yīng)力。（可能是瞬時(shí)應(yīng)力或殘余應(yīng)力）6、液態(tài)成形方法：砂型鑄造、特種鑄造7、粘土砂型原理粘土砂型制備過程：先將原砂、粘土、附加物加入其中干混，再加水和液體粘結(jié)劑濕混，使各種材料混合均勻，并使粘土以薄膜形式包覆在砂粒表面上。8、特種鑄造方法：熔模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、實(shí)型鑄造、離心鑄造、低壓鑄造等。二、半固態(tài)成形1、半固態(tài)合金定義：液態(tài)金屬冷至雙相區(qū)，經(jīng)攪拌使樹枝狀晶破碎，形成卵狀晶粒，從而獲得摻有固態(tài)相的懸液。半固態(tài)合金性質(zhì)：具有一定流動(dòng)性，在剪切力較小或?yàn)榱銜r(shí)，又具有固體性質(zhì)。2、半固態(tài)成形定義：是介于液態(tài)成形和固態(tài)成形之間的一種成形方法。特點(diǎn)：①應(yīng)用范圍廣；②鑄件質(zhì)量高，力學(xué)性能好，尺寸精度高；③減小了對成形裝置的熱沖擊，節(jié)約能源；④便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率；⑤成本低第五章金屬塑形加工一、金屬塑性加工1、金屬塑性加工：利用金屬的塑性，通過外力使金屬鑄錠、金屬粉末或各種金屬坯料發(fā)生塑性變形，成為具有所需形狀、尺寸、性能的制品的加工方法。特點(diǎn)：①材料利用率高；②生產(chǎn)效率高；③產(chǎn)品質(zhì)量高，性能好，缺陷少；④加工精度和成形極限有限；⑤模具、設(shè)備費(fèi)用昂貴，2、加工硬化：金屬材料發(fā)生塑性變形時(shí)，隨著變形的增大，強(qiáng)度增大，塑性和韌性降低的現(xiàn)象。3、變形抗力：材料在產(chǎn)生塑性變形時(shí)抵抗塑性變形的能力。4、應(yīng)力：指變形體內(nèi)某一點(diǎn)的內(nèi)力強(qiáng)度。5、簡化的應(yīng)力應(yīng)變曲線類型：剛塑性應(yīng)力應(yīng)變曲線、彈塑性應(yīng)力應(yīng)變曲線、冪指數(shù)應(yīng)力應(yīng)變曲線。二、軋制1、軋制：金屬坯料通過轉(zhuǎn)動(dòng)軋輥間的縫隙，承受壓縮變形，而在長度方向產(chǎn)生延伸的過程。（也稱壓延）2、角鋼軋制孔型系統(tǒng)：蝶式、扁平孔型槽鋼軋制孔型系統(tǒng)：蝶式、直線式孔型工字鋼軋制孔型系統(tǒng)：直線式、傾斜式孔型三、擠壓1、定義：對放在容器（擠壓筒）內(nèi)的金屬坯料施加外力，使之從特定的?？字辛鞒?，獲得所需斷面形狀和尺寸的一種塑性加工方法。特點(diǎn)：①可提高金屬的變形能力；②制品綜合質(zhì)量高；③產(chǎn)品范圍廣；④生產(chǎn)靈活性大，工藝流程簡單，設(shè)備投資少；⑤制品組織性能不均勻；⑥工模具工作條件惡劣，損耗大；⑦生產(chǎn)效率、成品率較低分類：正擠壓、反擠壓、側(cè)向擠壓、玻璃潤滑擠壓、靜液擠壓、連續(xù)擠壓2、正擠壓：金屬擠壓時(shí)，制品流出方向與擠壓軸運(yùn)動(dòng)方向相同的擠壓。特征：擠壓時(shí)坯料與擠壓筒之間產(chǎn)生相對滑動(dòng)，存在很大的外摩擦，且此摩擦有害，它使金屬流動(dòng)不均勻，給擠壓制品帶來不利影響，導(dǎo)致擠壓制品頭尾組織性能不均勻、表層和中心組織性能不均勻；使擠壓能耗增加。3、反擠壓：金屬擠壓時(shí)，制品流出方向與擠壓軸運(yùn)動(dòng)方向相反的擠壓。特征：金屬坯料與擠壓筒壁無相對滑動(dòng)，擠壓能耗低，在同樣能力的設(shè)備上，可實(shí)現(xiàn)更大程度的擠壓變形，或擠壓變形抗力更高的合金。4、玻璃潤滑擠壓：主要用于鋼鐵材料及鈦合金、鉬金屬等高熔點(diǎn)材料的管棒材和簡單型材的成形。特征：變形材料與工具之間隔有一層高粘性的熔融玻璃，減輕坯料與工具間的摩擦，并起到隔熱保溫作用。5、擠壓變形過程劃分階段：填充擠壓階段、基本擠壓階段、終了擠壓階段。四、拉拔1、定義：在外加拉力作用下，迫使金屬通過?？桩a(chǎn)生塑性變形，以獲得與?？仔螤?、尺寸相同的制品的加工方法。2、管材拉拔方法：空拉；長芯桿拉拔；固定芯頭拉拔；游動(dòng)芯頭拉拔；頂管，擴(kuò)徑拉拔五、鍛造1、定義：借助錘鍛、壓力機(jī)等設(shè)備對坯料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形，獲得所需形狀、尺寸和一定組織性能的鍛件。特點(diǎn):在塑性變形中，能使坯料的粗晶粒破碎、疏松、孔隙被壓實(shí)、焊合，鍛件內(nèi)部組織性能得到較大改善。2、工藝分類：自由鍛造、模型鍛造、特種鍛造3、自由鍛造工藝制定程序：繪制鍛件圖，確定坯料質(zhì)量和尺寸，確定變形工藝和變形比，選擇設(shè)備，確定加熱、冷卻規(guī)范，確定熱處理規(guī)范等。4、模型鍛造：在專用鍛造設(shè)備上采用專用模具，使金屬坯料產(chǎn)生塑性變形，獲得所需形狀、尺寸和性能鍛件的加工方法。分類：胎模鍛、錘上模鍛、壓力機(jī)模鍛、平鍛機(jī)模鍛六、沖壓成形1、定義：通過模具和沖壓設(shè)備，使板材產(chǎn)生塑性變形，獲得具有一定形狀、尺寸和性能的沖壓件的加工方法。2、基本工序：分離工序：剪切、沖裁、修邊等成形工序：彎曲、拉深、脹形、翻邊等第八章材料的連接1、現(xiàn)代連接方法：鉚接、栓接、焊接、粘接2、焊接方法分類：熔焊、壓焊、釬焊第九章材料改性與表面加工一、四把火：：退火、正火、淬火、回火1、退火：加熱金屬到一定溫度，保溫一定時(shí)間后緩慢冷卻，獲得接近于平衡組織的熱處理工藝。目的：①消除殘余應(yīng)力；②降低硬度以改善切削加工性能；③細(xì)化晶粒、調(diào)整組織。分類：完全退火，Ac3+30-50℃；等溫退火；球化退火；不完全退火，AC1-AC3；擴(kuò)散退火，低于固相線溫度，消除鋼的成分不均勻性2、正火：加熱到AC3或ACcm以上0-50℃保溫適當(dāng)時(shí)間，在空氣中冷卻，獲得含有P的均勻組織。目的：使晶粒細(xì)化和碳化物分布均勻化3、淬火：常用淬火方法1.單液淬火法將加熱的工件放入一種淬火介質(zhì)中一直冷到室溫。這種方法操作簡單，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，自動(dòng)化，如碳鋼在水中淬火，合金鋼在油中淬火。2.雙液淬火法加熱的工件先在快速冷卻的介質(zhì)中冷卻到300℃左右，立即轉(zhuǎn)入另一種緩慢冷卻的介質(zhì)中冷卻至室溫，以降低馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)的應(yīng)力，防止變形開裂。如形狀復(fù)雜的碳鋼工件常采用水淬油冷的方法；而合金鋼則采用油淬空冷。3.馬氏體分級淬火法將加熱的工件先放入溫度稍高于Ms的硝鹽浴或堿浴中，保溫2～5min，使零件內(nèi)外的溫度均勻后，立即取出在空氣中冷卻。這種方法可以有效地減少內(nèi)應(yīng)力，防止產(chǎn)生變形和開裂4.貝氏體等溫淬火法將加熱的工件放入溫度稍高于Ms的硝鹽浴或堿浴中，保溫足夠長的時(shí)間使其完成B轉(zhuǎn)變。等溫淬火后獲得B下組織。用末端淬火法測定鋼的淬透性回火：二、表面改性1、定義：在表面實(shí)現(xiàn)材料的成分、組織與結(jié)構(gòu)的變化，達(dá)到改變材料表面性能的目的。2、三束表面改性3、表面的摩擦磨損防護(hù)。摩擦：相互接觸的物體相對運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的阻力。分類：、干摩擦、邊界潤滑摩擦、混合摩擦、流體潤滑摩擦磨損：相互接觸的物體相對運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的物體損失或殘余變形。分類:磨粒磨損、粘著磨損、沖蝕磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損、微動(dòng)磨損防護(hù)：增加抗磨損性，增加潤滑性、三、復(fù)合材料1、定義:采用物理或化學(xué)方法。使兩種或兩種以上的材料再相態(tài)與性能相互獨(dú)立的形式下共存于一體中，以達(dá)到提高材料的某些性能，或互補(bǔ)其缺點(diǎn)，獲得新的性能的目的。種類：（按基體材料分）1金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料、高分子基復(fù)合材料（強(qiáng)化材料的形態(tài)分）顆粒彌散強(qiáng)化復(fù)合材料、晶須強(qiáng)化復(fù)合材料、纖維強(qiáng)化復(fù)合材料。2、復(fù)合材料界面結(jié)合形式：粘結(jié)結(jié)合、溶解結(jié)合、反應(yīng)結(jié)合。3、復(fù)合理論復(fù)合材料的設(shè)計(jì)理論：彈性模量設(shè)計(jì)強(qiáng)度設(shè)計(jì)：位錯(cuò)強(qiáng)化、顆粒強(qiáng)化、晶粒與亞晶強(qiáng)化韌性設(shè)計(jì)：橋梁機(jī)制、相變機(jī)制、裂紋偏轉(zhuǎn)機(jī)制等物理性能設(shè)計(jì)可加工性與加工工藝設(shè)計(jì)4、復(fù)合準(zhǔn)則：在進(jìn)行復(fù)合材料的性能能設(shè)計(jì)時(shí)需要知道組元材料的性能與復(fù)合材料性能之間的關(guān)系，簡稱ROM（有一個(gè)假設(shè)：假設(shè)復(fù)合材料的性能與組元的體積分?jǐn)?shù)成正比）復(fù)合模型：并列模型、串列模型、Shearlag模型5、粉末冶金復(fù)合法：燒結(jié)成型法、燒結(jié)成型+塑性加工成型法。粉末冶金復(fù)合法優(yōu)點(diǎn)：集體金屬的成分可以自由選擇、可以采用一些只有采用快速硬固法才能制得粉末合金做基體材料、可以較自由的選擇強(qiáng)化顆粒的種類及尺寸、強(qiáng)化顆粒添加量范圍廣、較容易實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化顆粒的均勻分散。缺點(diǎn)：工藝復(fù)雜成本高、固話方法采用燒結(jié)熱壓擠壓制品的尺寸形狀受限制、除采用原生復(fù)合法的情形外微細(xì)強(qiáng)化顆粒的均勻分散通常很困難、由于強(qiáng)化顆粒表面的污染不易被除去致使顆粒與機(jī)體之間的界面不如鑄造復(fù)合好。粉末冶金符合