工業(yè)設(shè)計(jì)材料與表面處理

1、?工業(yè)設(shè)計(jì)材料與外表處理?知識(shí)要點(diǎn)：第一章 金屬材料及其成型技術(shù)第一節(jié) 鋼鐵材料一、鋼和鑄鐵的區(qū)別：鋼：鋼是指含碳量小于 2.11%的 Fe-C 合金所形成的單相奧氏體。鑄鐵：鑄鐵是指含碳量 2.11%6.69%的 Fe-C 合金所形成的奧氏體 +萊氏體或滲碳體 +萊氏體。二、碳素鋼：1、定義：碳鋼是指沒(méi)有特別參加合金元素的Fe-C 合金。2、碳素鋼的牌號(hào)和用途：1普通碳素鋼：例如 Q235 Q255 特點(diǎn)：成分控制不嚴(yán)、強(qiáng)度不高、焊接性能好，韌性和塑性好，價(jià)格低、 在熱扎狀態(tài)下直接使用，用于橋梁、建筑的工程構(gòu)件和要求不高的機(jī)器零件。 2優(yōu)質(zhì)碳素鋼：例如 08，45 數(shù)字表示萬(wàn)分之幾的含碳量

2、特點(diǎn)：具有較高的強(qiáng)度、良好的塑性和韌性、 優(yōu)良的冷成型性能和焊接性能。大量用于機(jī)械、汽車(chē)、裝備等領(lǐng)域，通常經(jīng)過(guò)熱處理后使用。 3碳素工具鋼： 例如 T8、T10 數(shù)字表示千分之幾的含碳量 指有較高含碳量的碳素鋼經(jīng)過(guò)淬火加低溫回火， 到達(dá)較高的硬度，用于制作要求不高的量具、刀具、模具。三、合金鋼：1、定義：在碳鋼的根底上特意添加適當(dāng)種類(lèi)和數(shù)量的其他元素的鋼稱(chēng)為合金鋼。合金鋼中參加的合金元素主要 有 Si、Mn 、Cr、Ni、W、Mo、V 等。2、合金結(jié)構(gòu)鋼：根據(jù)用途分為滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼等。1調(diào)質(zhì)鋼是指以調(diào)質(zhì)處理作為零件預(yù)處理或最終熱處理工藝的結(jié)構(gòu)鋼。調(diào)質(zhì)處理就是淬火后高溫回火。調(diào)質(zhì) 處理可

3、使鋼組織均勻，硬度適中，具有良好的綜合力學(xué)性能。2滲碳鋼是指經(jīng)過(guò)滲碳處理，其表層的含碳量較多，較硬，而心部仍保持原有的含碳量，較韌的鋼。優(yōu)點(diǎn)是 表層耐磨，硬度大，心部較韌。四、不銹鋼：1、不銹鋼的成分：不銹鋼中參加的合金元素主要是Cr 和 Ni 。2、不銹鋼的分類(lèi)：常用的不銹鋼分為馬氏體型、鐵素體型和奧氏體型不銹鋼三大類(lèi)。3、馬氏體不銹鋼最常用 ：含 Cr 量 13%含 C 量為 00.4%，如 0Cr13、1Cr13、2Cr13、 3Cr13。4、鐵素體不銹鋼：在馬氏體不銹鋼成分根底上，降低碳含量或提高Cr 含量，形成單相鐵素體組織，這就是鐵素體不銹鋼。耐蝕性好，塑性變形能力差。如1 Cr1

4、7，1 Cr17Mo5、奧氏體不銹鋼：含 Cr 量 18%含 Ni 量為 9%, 強(qiáng)度、硬度低，塑性、韌性好，而且沒(méi)有磁性，常用于深沖加工 的零件。如 0 Cr18Ni90 ， 1Cr18Ni9五、鑄鐵：1成分：含碳量 2.5%4%的Fe-C合金，一般還含有較多的 Si, Mn , S, P等雜質(zhì)。2、特點(diǎn)：鑄鐵的組織是由鋼基體和石墨兩局部組成。生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉。3、分類(lèi)： 一般分為灰口鑄鐵 如 HT100 、 HT150 等、可鍛鑄鐵 如 KTH300 、 KTH350 等、球墨鑄鐵如 QT400、 QT450 等。其中球墨鑄鐵力學(xué)性能最好。第二節(jié) 有色金屬材料一、鋁及其合金：1、純鋁

5、的特點(diǎn)：導(dǎo)電性?xún)H次于銀、銅、金，外表易形成氧化膜，耐腐蝕，但強(qiáng)度太低。2、鋁合金的分類(lèi)：防銹鋁合金如LF2 , LF3, LF6等、硬鋁合金LY1 , LY11 , LY12等，超硬鋁合金LC4 , LC6 等，鍛鋁合金 LD2 ， LD5 等，鑄造鋁合金如 ZL101， ZL102 等二、銅及其合金：1 、 純銅：純銅又成為紫銅，具有良好的導(dǎo)電性。2、銅合金：黃銅Cu-Sn、青銅Cu-Sn、白銅Cu-Ni3、黃銅：機(jī)械制造行業(yè)應(yīng)用最廣的有色金屬材料，有良好的機(jī)械加工性能.4、錫青銅 :主要用于制造要求彈性高 ,耐磨 ,耐蝕的零件 .三、鎂合金和鈦合金：1 、 鎂合金特點(diǎn)：密度小、強(qiáng)度高、抗震

6、性好，耐蝕性差。2、 鈦合金特點(diǎn)：強(qiáng)度非常高，加工性能好、耐蝕性強(qiáng)，冶煉技術(shù)復(fù)雜、價(jià)格高昂、導(dǎo)熱差。第三節(jié) 金屬材料的成型技術(shù)一、鑄造成型：1、重力作用下的成型方法：砂型鑄造、金屬型鑄造、殼型鑄造、熔模鑄造。2、外力作用下的液態(tài)成型方法：壓力鑄造、離心鑄造、擠壓鑄造等3、壓力鑄造： 1特點(diǎn)：尺寸精度高、外表光潔、具有較高的硬度和強(qiáng)度。2常用材料：主要是低熔點(diǎn)合金。如鋁合金、鋅合金、鎂合金、銅合金。 3常見(jiàn)問(wèn)題：縮松、縮孔由液態(tài)收縮導(dǎo)致 、裂紋、變形由固態(tài)收縮導(dǎo)致4如何防止：A :順序凝固，即使遠(yuǎn)離澆注口局部先凝固，然后按順序向澆注口的方向凝固，這 樣可使縮孔位置能夠補(bǔ)充到液體，從而消除縮孔、縮

7、松。 B ：合理應(yīng)用冒口，在適當(dāng)位置放置足夠數(shù)量和足夠尺寸 的冒口，保證有足夠的金屬液體對(duì)鑄件進(jìn)行充分補(bǔ)縮。C:合理的鑄件結(jié)構(gòu)和澆鑄工藝可防止裂紋和變形。二、塑性成型：鍛造、擠壓、沖壓、軋制三、固態(tài)成型：焊接、鉚接、粘接第四節(jié) 金屬的熱處理一、鋼的普通熱處理1、退火：退火是將鋼加熱到臨界點(diǎn)溫度，然后保溫后緩慢冷卻的熱處理工藝。一般是保存在熱處理爐中，隨爐子 一起降溫。2、 退火的分類(lèi)：1完全退火：改善組織、細(xì)化晶粒、降低硬度、消除內(nèi)應(yīng)力。爐冷到500° C后出爐。 2球化退火：降低硬度、改善切削加工性能，得到好的組織利于后續(xù)的淬火處理。3去應(yīng)力退火：消除內(nèi)應(yīng)力、減少變形，爐冷到200

8、° C 300° C可以出爐。3、 正火：正火是將鋼加熱到臨界點(diǎn)溫度以上30° C 50° C,然后保溫后放置在空氣中冷卻的熱處理工藝。與退 火相比，正火的冷卻速度快，正火后鋼的強(qiáng)度硬度較高。4、 淬火：淬火是將鋼加熱到臨界點(diǎn)溫度以上30° C 50° C,然后保溫后快速冷卻的熱處理工藝。即將加熱好的 工件淬入特定的介質(zhì)中進(jìn)行冷卻，如水、鹽水、油等。淬火后得到的組織有很高的硬度和強(qiáng)度，但塑性、韌性 差，且組織不穩(wěn)定，一般不直接使用，必須進(jìn)行回火處理，以便得到良好的綜合性能。5、回火：回火是把淬火后的鋼再加熱到某一溫度，保溫后進(jìn)行冷卻的

9、熱處理工藝。6、 回火的分類(lèi)：1低溫回火：回火溫度 150° C 250° C,降低內(nèi)應(yīng)力和脆性、同時(shí)保持高硬度。2中溫回火：回火溫度 350 ° C 500 ° C,具有較高的屈服強(qiáng)度和彈性極限，同時(shí)保持高硬度。3 高溫回火：回火溫度 500° C 650 ° C,既有高強(qiáng)度，又有良好的軔性和塑性。二、鋼的外表熱處理與化學(xué)熱處理1、外表熱處理：外表熱處理是對(duì)鋼的外表進(jìn)行快速加熱，使外表奧氏體化，而心部不被加熱到較高的溫度，組織不發(fā)生變化，然后進(jìn)行淬火使外表發(fā)生馬氏體相變而硬化。2、常用外表熱處理方法：感應(yīng)電流外表加熱、火焰加熱、電接

10、觸加熱、激光外表加熱等3、化學(xué)熱處理：將工件外表滲入某些活性原子，從而改變外表層的化學(xué)成分和組織，到達(dá)獲得所需性能的目的。4、常用化學(xué)熱處理：滲碳、滲氮、碳氮共滲 第二章 高分子材料及其成型技術(shù)第一節(jié) 高分子材料的性能1、性能特點(diǎn)：高絕緣性、低耐熱性、低導(dǎo)熱性、高化學(xué)穩(wěn)定性、良好的加工性、著色性和透明性2、 高分子材料的老化：老化是影響高分子材料制品壽命的關(guān)鍵問(wèn)題。解決方法：1結(jié)構(gòu)改性 2填防老化劑 3外表處理，如鍍金屬或噴涂涂料第二節(jié) 工程塑料及其成型工藝1、塑料的分類(lèi)：熱塑性塑料和熱固性塑料，前者可反復(fù)使用，后者只能加熱成型一次。2、 典型熱塑性塑料： PE、PVC、PP、POM、PA尼龍

11、卜PC、ABS3、典型熱固性塑料：酚醛塑料、氨基塑料、環(huán)氧塑料等。4、五大通用工程塑料： PA、 PC、 POM 、 PBTPET 、 ABS5、五大通用工程塑料的性能特點(diǎn)及用途：名稱(chēng)特點(diǎn)主要用途PA耐磨、耐沖擊、尺寸變化大傳動(dòng)裝置、接線(xiàn)柱、緊固件POM機(jī)械性能優(yōu)、耐疲勞、成型收縮 率大螺釘、齒輪、彈簧、軸套、耐磨件PBT(PET)耐熱性好、耐磨性好、成型尺寸 精度低電氣電子，家用電器精密機(jī)械PC耐沖擊性及韌性?xún)?yōu)，耐熱、耐光， 尺寸穩(wěn)定好，透明、但會(huì)產(chǎn)生應(yīng) 力開(kāi)裂各種透明罩、光學(xué)鏡片、薄板、透明板、奶瓶、藥瓶ABS硬度強(qiáng)度咼、韌性好、剛性大、 不耐高溫、易燃、不透明電子電器外冗、6、 工程塑料

12、的成型工藝：1注射：適用于外形復(fù)雜、 尺寸精度要求高的零件 2擠出：適用于連續(xù)的型材 3 吹塑：適用于中空制品，可用于吹塑的塑料有ABS,PC,PP,PE等4壓制成型：適用于熱固性塑料的成型， 如酚醛塑料和氨基塑料。7、塑料零件的外表處理：涂漆和電鍍1涂漆的作用：防止制品老化，提高耐化學(xué)性，起著色作用2電鍍的作用：使零件具有導(dǎo)電性、 提高外表硬度和耐磨性， 提高抗老化和防潮性， 使制品有金屬光澤。8、某些功能塑料制品的制備工藝：1珠光塑料制品：將珠光顏料參加塑料，可使塑料制品有金屬光澤，還具有較高的光穩(wěn)定性。2抗靜電塑料制品：由于塑料屬于絕緣體，外表易產(chǎn)生靜電。在塑料中參加導(dǎo)電填料或抗靜電母料

13、，可 顯著降低塑料外表聚集的電荷。3抗菌塑料制品：抗菌塑料是指在塑料中添加抗菌劑，使塑料制品本身具有抗菌性，到達(dá)抗菌、殺菌的 效果。4 消光塑料亞光塑料：消光塑料是指在塑料中添加消光劑，使制品外表形成微觀粗糙面，當(dāng)光線(xiàn)照射時(shí)，反射線(xiàn)發(fā)生改變，使制品外表光澤降低，到達(dá)消光目的。第三章材料外表處理技術(shù)：第一節(jié)熱噴涂技術(shù)可直接用于所有固體1、定義：熱噴涂技術(shù)是采用專(zhuān)用設(shè)備把某種固體材料加熱融化，用高速氣流將其吹成微小顆粒并加速?lài)娚涞綑C(jī)件 外表上，形成特制覆蓋層。2、 特點(diǎn)：1 幾乎所有的金屬、陶瓷、塑料都可用作噴涂材料。2金屬、陶瓷、玻璃、塑料、木材等所有固體材料都可以進(jìn)行熱噴涂。3涂層厚度可控制，

14、從幾十微米到幾毫米。4可使基材保持較低溫度，從而不變形，不弱化。5工藝簡(jiǎn)單，不受工件尺寸限制。6 熱噴涂方法多樣，常用的有火焰噴涂、電弧噴涂、等離子噴涂噴焊、激光噴涂噴焊等。第二節(jié)電鍍不能直接用于非導(dǎo)體1、一般原理：在直流電的作用下，電解液中的金屬離子復(fù)原并沉積到零件外表形成有一定性能的金屬鍍層。2、 前處理：金屬鍍件電鍍前必須進(jìn)行非常仔細(xì)的前處理，一般需對(duì)鍍件作如下處理：1磨光、拋光、噴砂、去毛刺，去夾砂，去殘?jiān)葯C(jī)械處理。2除油、除銹，使鍍件露出干凈、活性的外表。3、常用單金屬電鍍：鍍鋅、鍍銅、鍍鎳、鍍鉻、鍍錫、鍍金、鍍銀等4、 常用單金屬電鍍的應(yīng)用：1鍍鋅主要用于防銹。2鍍銅主要提高鍍件

15、的耐蝕性。3鍍鎳主要用于修復(fù)磨損零件和電鑄。4鍍鉻層具有很高的硬度和耐磨性，常用于易磨損零件的電鍍。5鍍錫主要用于提高導(dǎo)電性。6鍍金、鍍銀主要用于外表裝飾。鍍銀容易變色、腐蝕。第三節(jié)化學(xué)鍍可直接用于所有固體1、特點(diǎn)：除在金屬外表化學(xué)鍍外，通過(guò)敏化、活化等處理可在非金屬如塑料、玻璃、陶瓷及半導(dǎo)體材料外表進(jìn)行 化學(xué)鍍，而電鍍只能在導(dǎo)體外表上進(jìn)行，所以化學(xué)鍍工藝是非金屬外表金屬化的常用方法，也是非金屬材料電 鍍前做導(dǎo)電底層的方法。2、最常用化學(xué)鍍類(lèi)型：化學(xué)鍍鎳 第四節(jié)氣相沉積1、定義：將鍍料通過(guò)某種方式變成氣相狀態(tài)，然后凝聚在鍍件外表形成鍍膜的方法。2、 物理氣相沉積 PVD 的分類(lèi)：真空蒸鍍、陰極濺射、離子鍍3、化學(xué)氣相沉積的 CVD 定義：在高溫下，混合氣體與鍍件外表相互作用，使混合氣體中的某些成分發(fā)生分解， 在基體上形成金屬或化合物的固體薄膜的過(guò)程。因?yàn)?CVD 的高溫要求，所以其應(yīng)用是很有限的。第五節(jié) 金屬外表著色工藝1、 定義：在特定溶液中采用化學(xué)、電化學(xué)或置換等方法在金屬外表形成一層特定顏色的有色膜或干擾膜，使得有 色金