材料工程基础 复习材料.docx

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材料工程基础复习材料

材料工程基础

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.化工生产流程：

　攻头、保尾、控中间。

3.高炉炼铁原料：

　⑴铁矿石；

　⑵熔剂（作用：

降低脉石熔点和去硫）；

　⑶燃料：

常用的燃料主要是焦炭。

4.高炉炉渣：

　⑴主要由SiO2、Al2O3和CaO组成，并含有少量的MnO、FeO和CaS等。

　⑵作用：

①通过熔化各种氧化物控制金属的成分；②浮在金属液表面的炉渣能保护金属，防止金属被过分氧化，防止热量损失，起到隔热作用，保证金属不致过热。

5.造渣除P、S：

　P的含量高会引起钢的冷脆。

2Fe2P+5FeO+4CaO=9Fe+（CaO）4·P2O5

钢中硫含量高，造成钢的热脆性。

　FeS+CaO→CaS+FeO

6.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。

7.炼铝过程中为什么要加入冰晶石（Na3AlF6）？

　①氧化铝的熔点（2050℃）太高，对电解设备的耐高温性能要求过高。

　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℃以下进行电解。

通常的电解温度是950-970℃。

8.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。

　⑷其他相关方法：

①水热法；②高温高压法；③焰熔法。

9.玻璃的熔制过程

　⑴硅酸盐的形成

　⑵玻璃的形成

　⑶玻璃的澄清

　⑷玻璃的均化

　⑸玻璃液的冷却

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：

74μm　325目：

47μm

　⑵激光衍射法：

　　当光入射到颗粒时，会产生衍射，小颗粒衍射角大，而大颗粒衍射角小，某一衍射角的光强度与相应粒度的颗粒多少有关。

　　原理：

激光粒度分析法是目前最为主要的纳米材料体系粒度分析方法。

当一束波长为λ的激光照射在一定粒度的球形小颗粒上时，会发生衍射和散射两种现象。

通常当颗粒粒径大于10λ时，以衍射现象为主；当粒径小于10λ时，则以散射现象为主。

　⑶沉降法

原理：

在具有一定粘度的粉末悬浊液内，大小不等的颗粒自由沉降时，其速度是不同的，颗粒越大沉降速度越快。

如果大小不同的颗粒从同一起点高度同时沉降，经过一定距离（时间）后，就能将粉末按粒度差别分开。

5.粒径分布

　D50：

表示粒径分布中占50%所对应的粒径，又称中位径。

　D90：

表示粒径分布中占90%所对应的粒径。

　Dav：

表示粒径分布的平均粒径。

6.对先进陶瓷用超细粉的基本要求

　⑴超细；⑵高纯；⑶粉料的形貌形态；⑷无严重的团聚；⑸粉料的结晶状态。

第三章　高分子材料的聚合

1.聚合反应分类

　⑴按元素组成和结构变化关系分类

　　①加聚反应；②缩聚反应。

　⑵按反应机理分类

　　①连锁聚合反应；②逐步聚合反应。

2.聚合反应基本原理

　⑴自由基聚合：

　⑵离子聚合

　⑶配位聚合。

3.四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金属铸造与半固态加工；

　②金属的塑性加工；

　③粉末材料成形与固结；

　④高分子材料的成形与加工；

　⑤焊接与粘接。

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

　合金的收缩经历三个阶段：

液态收缩、凝固收缩、固态收缩。

　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（逐层凝固）

　　缩松：

细小而分散（糊状凝固）

　　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。

4.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。

5.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：

T回＝（0.25～0.3）T熔（K）

　　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：

T再＝0.4T熔（K）

　　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：

T再＜T热

　　热变形是指在金属再结晶温度以上的塑性变形。

　⑸冷变形：

T冷＜T再

冷变形是指在再结晶温度以下的塑性变形。

　⑹温变形：

T回＜T温＜T再

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.已知铅的熔点为327℃，钨的熔点为3380℃。

问：

铅在20℃、钨在1000℃时变形各属哪种变形？

为什么？

　解：

Ｔ铅再＝0.4T熔＝0.4（327+273）＝240K＝-33℃<20℃

　　故铅在20℃属于热变形。

　　Ｔ钨再＝0.4T熔＝0.4（3380+273）＝1461K＝1188℃>1000℃

　　T钨回＝（0.25～0.3）T熔＝（913～1096）K＝（640～823）℃<1000℃

　　故钨在1000℃属于温变形。

4.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。

5.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：

可使氧化物还原，降低碳和其它杂质的含量，提高粉末的纯度；同时，还能消除粉末的加工硬化、稳定粉末的晶体结构。

②混合：

是指将两种或两种以上不同成分的粉末混合均匀的过程。

混合可采用机械法和化学法。

③筛分：

目的在于把颗粒大小不同的原始粉末进行分级。

④制粒：

将小颗粒的粉末制成大颗粒或团粒的工序，目的是为了改善粉末的流动性；

⑤添加润滑剂和成形剂：

在成形前，粉末混合料中常常要添加一些能改善成形过程的物质，即成形剂（包括润滑剂、粘合剂和造孔剂）。

　⑵装模；

　⑶加压：

加压方式有单向加压和双向加压两种；

　⑷保压；

　⑸脱模。

3.三轴压制

　三轴压制就是单轴压制（模压）和等静压的结合。

4.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。

5.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。

6.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。

7.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。

8.堆积密度

　以占粉末固体密度的百分比表示。

9.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。

10.粉末体烧结的驱动力

　体系的表面能和缺陷能。

第七章　高分子材料成形与加工

1.塑料成形方法

　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。

3.焊条

　焊条由焊芯和药皮两部分组成。

　⑴焊芯是具有一定长度和直径的焊接专用金属丝。

它的作用如下：

　①作用电极，起传导焊接电弧的作用；②起填充金属的作用；③维持电弧稳定燃烧。

　⑵药皮由造气剂、造渣剂、合金粉及粘结剂等构成。

其作用如下：

　　①机械保护作用。

　　②冶金处理作用。

　　③改善焊接工艺性能。

第九章

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）

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度，将钢件在渗碳介质中加热和保温，使碳原子渗入表面的工艺。

2.渗碳的目的

　提高表面的硬度、耐磨性及疲劳强度。

3.渗碳的方法

　①气体渗碳法；②固体渗碳法；③真空渗碳及离子渗碳。

3.渗氮

　在一定温度下使活性氮原子渗入工件表面，形成富氮硬化层的化学热处理工艺。

4.渗氮的目的

　更大地提高钢件表面的硬度和耐磨性，提高疲劳强度和抗蚀性。

5.渗氮的方法

　①气体氮化；②离子氮化。