工業(yè)設(shè)計材料與表面處理

1、工業(yè)設(shè)計材料與表面處理知識要點：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：碳鋼是指沒有特別加入合金元素的Fe-C合金。2、碳素鋼的牌號和用途： （1）普通碳素鋼：例如Q235 Q255 特點：成分控制不嚴(yán)、強(qiáng)度不高、焊接性能好，韌性和塑性好，價格低、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)字表示萬分之幾的含碳量） 特點：具有

2、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、裝備等領(lǐng)域，通常經(jīng)過熱處理后使用。 （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)過淬火加低溫回火，達(dá)到較高的硬度，用于制作要求不高的量具、刀具、模具。 三、合金鋼： 1、定義：在碳鋼的基礎(chǔ)上特意添加適當(dāng)種類和數(shù)量的其他元素的鋼稱為合金鋼。合金鋼中加入的合金元素主要有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)處理可使鋼組織

3、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：不銹鋼中加入的合金元素主要是Cr和Ni。 2、不銹鋼的分類：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。 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基礎(chǔ)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 Cr17，1 Cr17

4、Mo 5、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：鑄鐵的組織是由鋼基體和石墨兩部分組成。生產(chǎn)工藝簡單、價格低廉。 3、分類：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、 純鋁的特點：導(dǎo)電性僅次于銀、銅、金，表面易形成氧

5、化膜，耐腐蝕，但強(qiáng)度太低。2、 鋁合金的分類：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-Ni)3、 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：密度小、強(qiáng)度高、抗震性好，耐蝕性差。2、 鈦合金特點：強(qiáng)度非常高，

6、加工性能好、耐蝕性強(qiáng)，冶煉技術(shù)復(fù)雜、價格高昂、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：尺寸精度高、表面光潔、具有較高的硬度和強(qiáng)度。 （2）常用材料：主要是低熔點合金。如鋁合金、鋅合金、鎂合金、銅合金。 （3）常見問題：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）如何避免：A：順序凝固，即使遠(yuǎn)離澆注口部分先凝固，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、縮松。B：合理應(yīng)用冒

7、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溫度，然后保溫后緩慢冷卻的熱處理工藝。一般是保留在熱處理爐中，隨爐子一起降溫。2、 退火的分類:（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)行冷卻的熱處理工藝。6、 回火的分

9、類：（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、鋼的表面熱處理與化學(xué)熱處理 1、表面熱處理：表面熱處理是對鋼的表面進(jìn)行快速加熱，使表面奧氏體化，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)行淬火使表面發(fā)生馬氏體相變而硬化。 2、常用表面熱處理方法：感應(yīng)電流表面加熱、火焰加熱、電接觸加熱、激光表面加熱等 3、化

10、學(xué)熱處理：將工件表面滲入某些活性原子，從而改變表面層的化學(xué)成分和組織，達(dá)到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：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)鍵問題。解決方法：（1）結(jié)構(gòu)改性（2）填防老化劑（3）表面處理，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：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)、PC、ABS

11、3、 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、PBT(PET)、ABS5、 五大通用工程塑料的性能特點及用途：名稱特點主要用途PA耐磨、耐沖擊、尺寸變化大傳動裝置、接線柱、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耐沖擊性及韌性優(yōu)，耐熱、耐光，尺寸穩(wěn)定好，透明、但會產(chǎn)生應(yīng)力開裂各種透明罩、光學(xué)鏡片、薄板、透明板、奶瓶、藥瓶ABS硬度強(qiáng)度高、韌性好、剛性大、不耐高溫、易燃、不透明電子電器外殼、6、 工程塑料的成型工藝：（1）注射 ：適

12、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、 塑料零件的表面處理：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、提高表面硬度和耐磨性，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：將珠光顏料加入塑料，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，表面易產(chǎn)生靜電。在塑料中加入導(dǎo)電填料或抗靜電

13、母料，可顯著降低塑料表面聚集的電荷。（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，達(dá)到抗菌、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，使制品表面形成微觀粗糙面，當(dāng)光線照射時，反射線發(fā)生改變，使制品表面光澤降低，達(dá)到消光目的。第三章 材料表面處理技術(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噴射到機(jī)件表面上，形成特制覆蓋層。2、 特點：（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)

14、行熱噴涂。（3）涂層厚度可控制，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還原并沉積到零件表面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，一般需對鍍件作如下處理：（1）磨光、拋光、噴砂、去毛刺，去夾砂，去殘渣等機(jī)械處理。（2）除油、除銹，使鍍件露出干凈、活性的表面。3、 常用單金屬電鍍：鍍鋅、鍍銅、鍍鎳、鍍鉻、鍍錫、鍍金、鍍銀

15、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、鍍銀主要用于表面裝飾。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：除在金屬表面化學(xué)鍍外，通過敏化、活化等處理可在非金屬如塑料、玻璃、陶瓷及半導(dǎo)體材料表面進(jìn)行化學(xué)鍍，而電鍍只能在導(dǎo)體表面上進(jìn)行，所以化學(xué)鍍工藝是非金屬表面金屬化的常用方法，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)鍍類型：化學(xué)鍍鎳第四節(jié) 氣相沉積1、 定義：將鍍料通過某種方式變成氣相狀態(tài)，然后凝聚在鍍件表面形成鍍膜的方法。2、 物理氣相沉積（PVD）的分類：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，混合氣體與鍍件表面相互作用，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程。因為CVD的高溫要求，所以其應(yīng)用是很有限的。第五節(jié) 金屬表面著色工藝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表面形成一層特定顏色的有色膜或干擾膜，使得有色金屬表面呈現(xiàn)出不同的顏色，達(dá)到