《材料工程基础》教案

《材料工程基础》教案第一章材料的制备与合成1.制备材料的3种途径：⑴第一个途径：通过原材料熔化精炼提纯，冷凝成固体（多晶、单晶或非晶的结构）的途径。⑵第二个途径：用多种方法制成备用的高纯粉末（单相或合金、化合物）原料，使其进一步加工固结成材的粉末冶金技术。⑶第三个途径：从石油、天然气裂解产物中或煤炭等物质中获得化合物单体，将低分子的单体经过聚合反应合成为高分子聚合物，以块状或粉体等形式存在。2.高炉炼铁高炉原料：⑴铁矿石；⑵熔剂；⑶燃料：常用的燃料主要是焦炭。高炉炉渣：主要由SiO2、Al2O3和CaO组成，并含有少量的MnO、FeO和CaS等。3.铝的生产流程电解法制备金属铝必须包括两个环节：一是从含铝的矿石中制取纯净的氧化铝；二是采用熔盐电解氧化铝得到纯铝。4.炼铝过程中为什么要加入冰晶石？①氧化铝的熔点（2050℃②当用冰晶石（熔点1010℃）作熔剂时，氧化铝溶解于其中（溶解度约10%），将与氧化铝形成低熔点共晶（T共=938℃），这时可在1000通常的电解温度是950-970℃5.单晶制备方法⑴熔体法：①提拉法；②坩埚下降法；③泡生法；④水平区熔法；⑤浮区法。⑵常温溶液法：①降温法；②流动法；③蒸发法；④电解溶剂法；⑤凝胶法。⑶高温溶液法：①缓冷法；②助熔剂挥发法；③籽晶降温法；④溶液提拉法；⑤移动溶剂熔区法。第二章粉末材料制备1.机械制粉方法⑴机械研磨法；⑵气流研磨法；2.物理制粉方法⑴雾化法；⑵物理蒸发冷凝法；3.化学制粉方法⑴化学气相沉积法；⑵还原－化合法；⑶电化学法；4.粒度测定⑴筛分析法；目数的定义：筛网上1英寸（25.4mm）长度内的网孔数。200目：74μm325目：47μm⑵激光衍射法；⑶沉降法。第三章高分子材料的聚合四种自由基聚合方法的比较第四章材料的成形与加工1.五个方面的加工成形技术①将熔化或重熔的高纯金属或合金的溶液，直接铸造成精密零件和制品的液态加工；②用多种典型的塑料加工方法，将坯锭制成不同形状和尺寸的成品；③将制取的各种粉末材料通过压制、烧结或胶凝固结为制品；④从聚合反应和高分子化学反应生产的高分子聚合物，必须经过加工成形和后处理才能成为高分子材料；⑤当各类材料制成之后，根据应用和功能要求，将两种同类或异类材料进行连接。2.液态金属的充型能力充型能力不足时，会产生浇不足、冷隔、夹渣、气孔等缺陷。3..合金的收缩⑴体收缩是铸件产生缩孔或缩松的根本原因。缩孔：大而集中缩松：细小而分散防止缩孔与缩松的措施：①结晶温度范围窄的合金采取顺序凝固方式，冒口最后凝固；②结晶温度范围宽的合金采取同时凝固方式；③铸件在压力下凝固或用热等静压法也能消除缩松或缩孔。⑵线收缩是铸件产生应力、变形、裂纹的根本原因。8.热裂的防止：必须严格控制硫的含量，防止热脆性。9.冷裂的防止：必须严格控制磷的含量，防止冷裂性。10.液态成形方法：⑴砂型铸造；⑵特种铸造：①熔模铸造；②金属型铸造；③压力铸造；④实型铸造；⑤离心铸造；⑥低压铸造；⑦连续铸造。11.半固态成形：半固态合金成形，它是介于液态成形和固态成形之间的一种成形方法。半固态合金的制备方法：⑴机械搅拌法；⑵电磁搅拌法；⑶应变激活工艺。半固态成形方法：⑴流变成形；⑵触变成形；⑶铸锻成形；⑷复合铸造。第五章金属塑性加工1.金属塑性加工的分类轧制、挤压、拉拔、锻造、冲压成形。2.解释以下基本概念：⑴加工硬化：金属在室温下进行塑性变形时，随着变形程度的增加，强度和硬度不断提高，塑性和冲击韧性不断降低，这种现象称为加工硬化。⑵回复：金属材料产生塑性变形后，加热时材料的力学性能和物理性能等得到恢复，此现象称为回复。⑶再结晶：金属材料产生塑性变形后加热时，在原来的组织中重新产生无畸变的新晶粒的现象，称为再结晶。⑷热变形：热变形是指在金属再结晶温度以上的塑性变形。⑸冷变形：冷变形是指在再结晶温度以下的塑性变形。⑹温变形：温变形一般是指在室温以上，再结晶温度以下的塑性变形。3.简要说明五种主要的金属压力加工成形过程。⑴轧制：是指金属坯料通过转动轧辊间的缝隙，承受压缩变形，而在长度方向产生延伸的过程。⑵挤压：是对放在容器内的金属坯料施加外力，使之从特定的模孔中流出，获得所需断面形状和尺寸的一种塑性加工方法。⑶拉拔：在外加拉力的作用下，迫使金属通过模孔产生塑性变形，以获得与模孔形状、尺寸相同的制品的加工方法，称之为拉拔。⑷锻造：借助锻锤、压力机等设备对坯料施加压力，使其产生塑性变形，获得所需形状、尺寸和一定组织性能的锻件。⑸冲压成形：是通过模具和冲压设备，使板材产生塑性变形，获得具有一定形状、尺寸和性能的冲压件的加工方法。4.多辊轧制有什么优点？多辊冷轧机的最大特点之一就是采用小直径的工作辊，这样用多辊冷轧机可以生产出更薄的带材。与一般冷轧机相比，多辊冷轧机具有以下优点：（1）工作辊径小，总轧制压力小。（2）由于工作辊径小，轧辊的弹性压扁减小，因而每个轧程的总压下量可增大；此外，工作辊更换十分方便，减少了辅助时间，从而提高了生产率。（3）多辊冷轧机具有塔形的支撑辊系，尤其是森吉米二十辊轧机，具有整体机架，刚性很好，轧辊挠度很小，因而可获得高精度的成品。（4）轧机体积小，质量轻。第六章粉末材料的成形与固结1.按粉料成形时的状态，成形可分为：⑴压力成形：模压成形、三轴压制、等静压成形、高能成形。⑵增塑成形：挤压成形、轧膜成形、注射成形、车坯成形。⑶浆料成形：注浆成形、热压铸成形、流延法成形、压力渗滤工艺和离心成形、凝胶铸模成形、直接凝固成形。2.模压成形包括以下几个步骤：⑴原料准备：①粉末退火；②混合；③筛分；④制粒；⑤添加润滑剂和成形剂。⑵装模；⑶加压；⑷保压；⑸脱模。3..挤压成形利用压力把具有塑性的粉料通过模具挤出来成形的，模具的形状就是成形坯体的形状。4.轧膜成形将加入粘结剂的粉料放入反向滚动的轧辊之间，使物料不断受到挤压，从而得到薄膜状坯体的一种成形方法。5.注射成形把粉料与热塑性树脂等有机物混炼后得到的混合物，在注射机上于一定温度和压力下高速注入模具，迅速冷凝后脱模取出坯体。6.车坯成形利用粘土的可塑性，采用真空练泥机挤出的泥段或注浆成形挤出的粗泥坯，在车床上加工成形的。7.堆积密度以占粉末固体密度的百分比表示。8.松散粉末的模压或等静压过程可分为3个阶段：第一阶段：粉末颗粒发生重排；第二阶段：颗粒发生弹塑性变形；第三阶段：颗粒断裂。第七章高分子材料成形与加工1.塑料成形加工⑴塑料挤出成形；⑵塑料注射成形；⑶塑料压制成形；⑷塑料压延成形；⑸塑料中空吹塑成形；⑹塑料热成形。2.橡胶的加工⑴塑炼：可使生胶降低弹性，增加塑性。⑵混炼：目的是通过机械的作用，使各种配合剂均匀地分散在胶料中。⑶成形：是将混炼胶制成所需形状、尺寸和性能的橡胶制品的过程。⑷硫化：成形品在一定温度、压力下形成网络结构的过程，其结果是使制件失去塑性，同时获得高弹性。第八章材料的连接1.现代连接方法主要包括：铆接、栓接（螺栓连接）、焊接和粘接。2.焊接方法的分类根据被焊材料（母材）是否熔化，焊接方法大致可以分为三类：①熔焊②压焊；③钎焊。第九章金属材料的常规热处理1.四把火⑴将钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却（一般为随炉冷却）的热处理工艺叫做退火。⑵将钢加热到Ac3(对于亚共析钢)、Ac1(对于共析钢)、Accm(对于过共析钢)以上30℃～50℃,保温适当时间后,在自由流动的空气中均匀冷却的热处理叫做正火。⑶将钢加热到相变温度以上（亚共析钢Ac3；共析钢和过共析钢Ac1以上30℃～50℃），保温一定时间后，通过浸入水或油中实现快速冷却，获得马氏体的热处理工艺称为淬火⑷钢件淬火后,为了消除内应力并获得所要求的组织和性能,将其加热到Ac1以下某一温度,保温一定时间,然后冷却到室温的热处理工艺叫做回火。2.过冷奥氏体的转变产物钢在冷却时，过冷奥氏体的转变产物分为：⑴高温转变产物：珠光体（P）、索氏体（S）、屈氏体（T）⑵中温转变产物：上贝氏体（上B）、下贝氏体（下B）⑶低温转变产物：马氏体（低碳M、高碳M）⑷其他转变产物：铁素体（F）、二次渗碳体（Fe3CII）第十章材料的表面改性1.渗碳为了增加钢件表层的含碳量和一定的浓度梯