其他工程材料

第五章

其他工程資料粉末冶金資料以各種金屬粉末為原料，經(jīng)過粉末成形、燒結(jié)和必要的后續(xù)處置制取的。燒結(jié)是將粉末壓坯在低于其主成分熔點溫度下加熱、保溫，壓坯件由顆粒聚集體變?yōu)榫w結(jié)合體，并使壓坯晶粒發(fā)生回復和再結(jié)晶，最后壓坯收縮，密度添加，強度、硬度顯著提高。詳細工藝第一步：制取金屬粉末、合金粉末以及包覆粉末；第二步：將原料粉末成形、燒結(jié)及燒結(jié)后處置制得廢品。成形前要進展物料預備，包括：粉末的預處置(如粉末加工，粉末退火)、分級、混合、枯燥等。成形的目的：制得一定外形、尺寸、密度和強度的壓坯。成形方法：分加壓成形和無壓成形兩類。加壓成形中用得最普遍的是模壓成形，簡稱壓制。其他加壓成形方法有等靜壓成形、粉末軋制、粉末擠壓等。粉漿澆注是一種無壓成形。1000噸

液壓成形機燒結(jié)為粉末冶金的關(guān)鍵工序壓坯經(jīng)過燒結(jié)可得到所要求的物理機械性能。燒結(jié)分單元系燒結(jié)和多元系燒結(jié)。不論單元系或多元系的固相燒結(jié)，其燒結(jié)溫度都比所含金屬與合金的熔點低；而多元系液相燒結(jié)，其燒結(jié)溫度低于其中難熔成分的熔點，高于易熔成分的熔點。普通來說，燒結(jié)是在維護氣氛下進展的。燒結(jié)后的處置，根據(jù)產(chǎn)品不同要求，有精整、浸油、機加工、熱處置(淬火、回火和化學熱處置)和電鍍等。維護氣氛燒結(jié)爐感應(yīng)燒結(jié)爐粉末冶金窯爐特點一、經(jīng)濟：適宜大量消費，且可減少制造程序二、精細：產(chǎn)品精細度極高亦可做外表特殊處置。三、強度：利用合金調(diào)配可制成所需之高強度合金。四、光滑：利用毛細孔儲油原理，可消費光滑性極高之產(chǎn)品。五、效率：消費速度快，多樣化且復雜化之產(chǎn)品可一次完成。分類粉末冶金產(chǎn)品粉末冶金產(chǎn)品——含油軸承粉末冶金產(chǎn)品粉末冶金產(chǎn)品粉末冶金產(chǎn)品粉末冶金產(chǎn)品粉末冶金產(chǎn)品——多孔過濾片粉末冶金模高分子資料常用高分子資料有：塑料、合成橡膠和有機膠粘劑。高分子資料缺陷：強度、硬度較低，熱性能差，任務(wù)溫度低，室溫時也會發(fā)生蠕變，容易老化。目前經(jīng)過改性和加強的方法提高或改善高分子資料的許多性能，擴展運用范圍。如：耐高溫塑料和具有導電、導磁和感光作用的特種塑料均已獲得實踐運用。

塑料的分類——按用途分類塑料的分類——按受熱的性質(zhì)分類塑料的組成塑料由合成樹脂和添加劑組成。合成樹脂是塑料的根本組成，樹脂性能根本上決議了塑料性能。添加劑是為了改善塑料的成型工藝性及運用性能，可根據(jù)需求參與某些資料，如填料、固化劑、增塑劑、穩(wěn)定劑、光滑劑、色料、阻燃劑、脫模劑等。塑料的根本性能——力學性能1〕強度：絕對強度比金屬低得多，但密度與強度之比〔比強度〕接近于或甚至超越金屬資料。2〕硬度：比金屬低得多，是常用工程資料中硬度最低資料之一。3〕摩擦系數(shù)：塑料的摩擦系數(shù)普通較小，耐磨和自光滑性好。4〕蠕變：大多數(shù)塑料在室溫下即會產(chǎn)生蠕變。塑料的根本性能——成型工藝性能與金屬相比，塑料的成型工藝性優(yōu)良，可以注入、壓制、擠出、吹塑、真空吸塑等方法成型。尤其是熱塑性塑料可以一次成型獲得外形復雜并具有一定尺寸精度的塑料制品，可直接運用。常用熱塑性塑料聚丙烯〔PP〕：塑料中密度最小的一種，為0.9g/cm3；電絕緣性好；除濃硫酸、濃硝酸外，能耐各種腐蝕介質(zhì)和溶劑；耐熱性好，可在略高于100℃的情況下運用；力學性能較高，彎曲疲勞強度特別高，俗稱“百折塑料〞。收縮率較大，耐磨性較差，易低溫脆化。常用熱塑性塑料聚酰胺〔PA〕：俗稱“尼龍〞。

耐磨、強韌、質(zhì)輕、耐溶劑、耐油、耐冷熱；易成型、自潤性好，特別是常溫下抗拉強度、疲勞強度高，摩擦系數(shù)??；是最廣泛運用的工程塑料之一。常用熱塑性塑料丙烯睛-丁二烯-苯乙烯三元共聚物〔ABS〕：ABS在樹脂延續(xù)相中分布著橡膠相。丙烯腈使ABS具有足夠的硬度、耐蝕性和耐熱性；丁二烯使ABS具有高抗拉強度、韌性和低溫回彈性〔橡膠相〕苯乙烯使ABS具有良好的成型加工性、剛性和著色性，制品外表光澤度好。ABS參與不同填加劑，可制成通用級、沖擊級、高沖擊級、阻燃級、電鍍級的ABS塑料，供不同場所運用。ABS不透明，可進展著色、電鍍、真空鍍膜處置。

常用熱固性塑料1〕酚醛塑料〔PF〕：俗稱電木，是以酚醛樹脂為基，按不同用途參與各種有機或無機填料及添加劑而得，經(jīng)過對粉狀樹脂熱壓模制或?qū)⒗w維狀或粒狀樹脂注射成型得到制品。2〕環(huán)氧塑料：有固態(tài)、液態(tài)兩種。以固態(tài)運用時力學性能較好，收減少，尺寸穩(wěn)定性好，耐熱、耐水，普通以層壓方式運用。以液態(tài)運用時，多用作膠粘劑和涂料等。合成橡膠橡膠的特性與分類橡膠是在高彈態(tài)運用的高分子資料。橡膠的高彈性源于其高分子構(gòu)造。根據(jù)用途，橡膠可分為通用橡膠和特種橡膠兩類。特種橡膠在特殊環(huán)境下運用，如硅橡膠具有突出的耐熱性，常用作耐高溫制品，氟橡膠既具有優(yōu)良耐熱性，又具有優(yōu)良的耐蝕性，能耐濃有機酸，可同時作耐高溫暖耐蝕制品。根據(jù)消費來源，可分為天然和合成橡膠。常用橡膠〔1〕天然橡膠：是橡膠樹中流出的膠乳凝固枯燥后，加壓制成生膠，再經(jīng)硫化處置得到的。彈性模量：3～6MPa，延伸率為100～1000％；耐磨性、電性能和耐堿性好，但耐油和耐氧化性差，運用溫度約-76～110℃。綜合性能好。〔2〕丁苯橡膠：由丁二烯與苯乙烯共聚而成。耐磨性、耐熱性好，價錢低廉，缺陷是強度低，粘接難，成型性不好?！?〕氯丁橡膠：氯丁橡膠是由氯丁二烯聚合而成的高彈體

。耐油、耐溶劑、耐候、耐蝕、耐熱和耐燃性均好于天然橡膠，缺陷是耐低溫性差，密度較大。〔4〕順丁橡膠：彈性、耐磨性、耐候性均較天然橡膠好，耐磨性比丁苯橡膠高20％以上；缺陷是抗裂性和加工性能差。多用于制造膠帶、絕緣制品等。合成膠粘劑可用于粘接一樣或不同資料和零件。可膠接金屬、陶瓷、塑料、橡膠、木材、纖維織物等。特點：順應(yīng)性廣，資料厚薄不限，密封性好，絕緣性好，耐蝕性強，構(gòu)造分量輕，操作工藝簡便等。按消費方法分，膠粘劑有天然和人工合成的兩種；按化學構(gòu)造特點分，有無機膠粘劑和有機膠粘劑兩種。陶瓷資料無機非金屬資料。熔點、硬度和化學穩(wěn)定性很高，耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、絕緣性好。廣泛用于制造日常生活制品和普通電工、化工及機械元件。成為繼金屬資料、高分子資料后第三種獨立的固體資料種類，運用日益廣泛。按原料來源不同，陶瓷分為普通陶瓷和特種陶瓷。普通陶瓷的分類按運用范圍分為建筑陶瓷、日用陶瓷、化工陶瓷、電工陶瓷和多孔陶瓷。普通陶瓷是采用天然硅酸鹽資料經(jīng)過成型加工和高溫燒結(jié)而成的，雜質(zhì)較多，制品的物理和力學性能較低。特種陶瓷的分類〔1〕按陶瓷的性能分為高強度、高溫、耐磨、耐酸和功能陶瓷。〔2〕按陶瓷的化學成分分為氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、復合陶瓷、纖維加強陶瓷和金屬陶瓷。陶瓷的性能特點

1．陶瓷的物理性能和化學性能熔點高，高溫強度大，高溫蠕變小，熱膨脹系數(shù)小，熱容量小，熱導率低。陶瓷的電阻率大，介電常數(shù)和介電損耗小。陶瓷構(gòu)造穩(wěn)定，耐高溫氧化，耐各種酸、鹽的腐蝕。2．陶瓷的力學性能高硬度、高彈性模量、高脆性、低抗拉強度和高抗壓強度。陶瓷改性經(jīng)過調(diào)整或改動陶瓷配料及消費工藝，可以使陶瓷獲得所要求的性能。如:參與某些導電物質(zhì)，可改動陶瓷的導電性，使陶瓷既可作為絕緣資料，也可作為半導體、壓電或多空過濾資料；有些陶瓷在生物體內(nèi)無排斥性，可用于人體器官的交換移植；有些陶瓷還可以復合強化，制成陶瓷基纖維強化復合資料，用于國防及尖端工業(yè)。常用特種陶瓷資料〔1〕氧化鋁陶瓷：這種陶瓷中的主要成分Al2O3在45%以上，當Al2O3含量為90％以上時，稱為剛玉瓷。Al2O3含量越高，耐高溫、耐蝕性和電性能就越好，強度也添加。剛玉瓷中玻璃相很少，綜合性能最好。常用于坩堝、熱電偶套管、發(fā)動機火花塞、軸承、化工用泵、閥門和管道?！?〕其它氧化物陶瓷主要有氧化鋯陶瓷、氧化鈹陶瓷、氧化鎂陶瓷。三種陶瓷的熔點均明顯高于氧化鋁陶瓷。〔3〕碳化物陶瓷：常用碳化硅陶瓷，制造熔融金屬保送管道、高溫軸承、砂輪磨粒、火箭尾噴管噴嘴。常用特種陶瓷資料〔4〕氮化物陶瓷常用氮化硼陶瓷和氮化硅陶瓷。氮化硼陶瓷：又稱“白石墨〞，硬度低，自光滑性好，耐熱性和熱穩(wěn)定性好，可抵抗金屬熔融。用于高溫軸承、坩堝、半導體散熱件、絕緣資料、高溫容器及管道。當?shù)鹛沾蓛?nèi)部晶格在高溫、高壓下轉(zhuǎn)化為立方晶格時，稱為立方氮化硼，硬度很高，可用作切削刀具。氮化硅陶瓷：優(yōu)良的電絕緣性；耐酸、堿和耐熔融金屬；硬度高、耐熱性好，可在1200℃運用，用于制造高溫軸承、熱電偶套管、葉輪、熔融金屬保送管道和閥門、在腐蝕介質(zhì)中任務(wù)的泵和閥；可制成切削刀具，切削鋼材甚至硬質(zhì)合金。復合資料概念：是由兩種或兩種以上不同物質(zhì)經(jīng)人工組成的兼有各組成物優(yōu)良性能的新型工程資料。普通由基體和加強資料兩部分組成。開展復合資料的主要目的：1〕加強或補強：提高力學性能和耐熱性等物理力學性能。2〕增量：填充物參與合成資料，起到增量和降低本錢的效果。3〕賦予特殊性能：參與某些組分，賦予資料某種性能，如導電性、導磁性、難燃性等。4〕提高尺寸穩(wěn)定性：經(jīng)過參與的組分，使尺寸穩(wěn)定性提高。復合資料的分類1.按基體類型分金屬基、高分子基、陶瓷基復合資料。2.按加強資料種類分纖維加強、顆粒加強復合資料。3.有混合加強資料和層狀復合資料。復合資料的性能1.較高的比強度和比模量如碳纖維加強熱固性塑料的抗拉強度與普通碳素鋼差不多，但由于比重較小，故比強度是鋼的5～8倍，比模量是鋼的1～5倍。2.較高的疲勞強度和斷裂平安性3.良好的減振性4.良好的高溫力學性能

5.可以構(gòu)造性能功能資料是能對光、電、熱、磁、氣體、射線、輻射、力學介質(zhì)具有接納、存儲、轉(zhuǎn)換、傳送和顯示等功能的新型資料。按任務(wù)介質(zhì)不同可分為：機械功能資料、電子功能資料、熱學功能資料、磁性功能資料、光學功能資料、生化功能資料、其它功能資料等。機械功能資料1．彈性合金較高的彈性極限、疲勞強度和較低的彈性模量。常用高彈性合金有：鎳基或鈷基合金，不銹鋼3Cr13、4Cr13、1Cr18Ni9Ti,銅合金H62、H68、QBe1.7等。2.超塑性合金是指某些合金當施加應(yīng)力超越其彈性極限時，資料會有極大的延展性(總的延伸率達400%以上)，而不會斷裂。超塑性通常是采用晶粒超細化(晶粒直徑達10μm)得到的。常用超塑性合金有Zn-Al合金、Pb-Sn合金。某一成分的Zn-Al合金經(jīng)375℃水韌處置后,總延伸率達630%。假設(shè)控制適當?shù)淖冃螠囟群妥冃嗡俾剩辖鸬难由炻噬踔量蛇_2500%以上。這類資料主要用于宇航器上。電子功能資料1.電阻資料電阻資料要求具有穩(wěn)定、盡量高的電阻值，良好的耐蝕性，較小的電阻溫度系數(shù)以及良好的加工性和焊接性。2.高溫超導資料高溫超導資料的適用化應(yīng)使其在盡能夠高的溫度下無功耗地傳輸高密度大電流。目前較領(lǐng)先的超導資料是釔鋇銅氧化物覆在有氧化鋯涂層地鎳帶上，其電流密度可到達10000A/mm2,為普通銅資料的1000倍以上。超導資料運用范圍極廣，經(jīng)濟效益很高。假設(shè)用超導資料保送大電流，可完全消除目前10％的功耗，用于磁流體發(fā)電機、磁懸浮列車，也有顯著效益。熱學功能資料1．高溫、低溫構(gòu)造功能資料鎳基、鈷基合金，鉬、鎢、鈮合金常用作高溫構(gòu)造資料。陶瓷基資料也是常用的高溫構(gòu)造資料。超低溫資料是保管液氦、液氫、液氧的功能資料。由于在-100℃超低溫下，普通鋼和高強度鋼會產(chǎn)生低溫脆性，因此需求用超低溫資料。2.外形記憶合金合金在某種條件下產(chǎn)生變形后再加熱，會自動回復至原始外形。記憶功能是經(jīng)過熱彈性馬氏體與母相的相互轉(zhuǎn)化實現(xiàn)的。熱彈性馬氏體的相變溫度可以經(jīng)過調(diào)整合金成分而變動，使合金能在某一溫度范圍內(nèi)呈顯最正確的記憶效應(yīng)。目前研討最多，并具有適用價值的是Ti-Ni合金和銅基記憶合金。磁性功能資料分類：軟磁性資料和永磁性資料等。軟磁性資料易于磁化和去磁，磁滯損失小。永磁性資料難以磁化和去磁，矯頑力大，