金属工艺学.ppt

1、金属材料与制造工艺,绪 论 通常认为除金属材料以外的材料都是非金属材料。 随着人工合成高分子材料的迅速发展,非金属材料的应 用领域不断扩大。 目前在工程中使用的非金属材料主要有:工程塑料、合成橡胶、胶粘剂、工业陶瓷和复合材料。,学习目标 了解非金属材料分类、特性及应用 学习重点 典型非金属材料特性 学习难点 非金属材料的应用,第一节 高分子材料 第二节 陶瓷材料 第三节 复合材料,第一节 高分子材料,高分子化合物(高聚物):由低分子化合物聚合形成。 高分子材料:以高分子化合物为主要组分的材料。 由单体聚合成高聚物方法 加聚反应(聚合反应)。 缩聚反应(聚合反应及缩合反应)。 高分子材料分类:塑

2、料、橡胶、胶粘剂、纤维四大类。 注:工程上常用前三种,而纤维一般不用作工程材料。,第一节 高分子材料,一、塑料 塑料:以树脂为主要成分加工而成的人造材料。 在一定温度和压力作用下,它具有可塑流动性,因而往往注塑成形,形成各种构件。 介绍塑料组成、分类、特性、常用加工成形方法、常用工程塑料应用简介等。,第一节 高分子材料,一、塑料 1、组成 树脂:塑料是主要成份,起胶粘剂作用。 添加剂 增塑剂:提高树脂塑性与柔软性。(甲酸脂类、磷酸脂类等) 稳定剂:提高在受热和光作用时稳定性。(硬脂酸盐等) 填料:提高强度耐热、绝缘性,降低价格。(木屑、石棉粉) 润滑剂:使塑料表面光滑。(硬脂酸、硬脂酸盐等)

3、染料:使塑料制品具有美丽颜色。(无机颜料、有机染料) 还有:发泡剂、防老化剂、抗静电剂、阻燃剂等(根据使用所需添加）,第一节 高分子材料,一、塑料 2、分类 热塑性:构造为链状线型分子,可重复塑制。 按热性能 由聚合树脂、稳定剂、润滑剂等组成。 热固性:成型后变成不溶的高聚物,受热软化, 成型固化后不再具有可塑性。 以缩聚树脂为基础加入各种添加剂。 通用塑料:产量大、使用广泛,价格低廉,用于社会 生活各方面。 按应用 工程塑料:具有某些金属性能,能承受一定外力和 较高机械强度,用于工程技术上结构件。 耐高温塑料:耐高温、比强度高,价格贵,用于特殊 用途。,第一节 高分子材料,一、塑料 3、特性

4、 着色鲜艳,质轻不易损坏,化学稳定性好、耐腐蚀,电绝缘性好,成型加工方便。 耐热性差,强度、硬度较低,刚性和尺寸稳定性差,易老化、易蠕变等,应用受到一定限制。 4、常用加工成形方法 注塑成形、压制成形、浇铸成形、挤出成形、吹塑成形等。,注塑成形原理图 1-模具 2-喷嘴 3-加热装置 4-分流梳 5-料筒 6-料斗 7-注射柱塞,挤压成形原理图 1-料斗 2-螺杆 3-料筒 4-加热装置 5-成形塑料 6-冷却装置 7-传送装置,第一节 高分子材料,一、塑料,第一节 高分子材料,一、塑料 5、常用工程塑料应用简介 聚乙烯（PE） 是目前塑料工业产量最大的品种。 具有优良的耐腐蚀性和电绝缘性。

5、主要用于制造薄膜、餐具、儿童玩具、食品及药品容器。 聚酰胺塑料（PA） 俗称“尼龙”、“锦纶”。 耐磨性和润滑性在塑料中最好。 主要用于制作门窗滑轮、梳子、雨衣及一般机械零件。,第一节 高分子材料,一、塑料 5、常用工程塑料应用简介 聚甲醛（POM） 优异的综合性能,较小吸水性,但热稳定性较差。 广泛用于制造仪表外壳、汽化器、线圈骨架等。 聚碳酸脂（PC） 冲击韧性突出,透明度高(8690)。 应用于电信、电气及航空工业(飞机挡风罩、座舱盖)。 有机玻璃（PMMA） 透光率及高(99),尺寸稳定、耐蚀,有一定强度。 广泛用于制造仪表面板、绘图仪器等。,第一节 高分子材料,一、塑料 5、常用工程

6、塑料应用简介 聚四氟乙烯（F-4） 俗称“塑料王”or“氟隆”。 化学稳定性极高,但强度和刚度较差。 主要用于化工机械中的零件(耐腐蚀泵、过滤板)及冷冻工 业中的低温设备。 ABS塑料 尺寸稳定,加工适应性强(是塑料中最宜作电镀处理材料), 但耐候性差、不透明。 制作电器设备的外壳(电视机)、电脑键盘、汽车方向盘、空调管道等。,第一节 高分子材料,一、塑料 5、常用工程塑料应用简介 聚砜（PSF） 是20世纪60年代中期出现的一种工程塑料。 耐热性好、化学稳定性较高,但加工成型性不够理想。 替代钢材作热水、耐酸龙头、管道及各种薄模、板材。 酚醛塑料（PF） 俗称“电木”。 优异的电绝缘性,尺寸

7、稳定,耐热、耐燃,价格便宜。 广泛用于电器工业(插座、开关、灯头及电话机等)。,第一节 高分子材料,二、橡胶 橡胶:以生胶为原料,通过硫化等工艺获得的高弹性体。 19世纪初期,天然橡胶在工业上逐渐被开发利用,但生胶制品夏天发粘、冬天发硬,强度低,这些缺点限制了橡胶的工业化生产。 1893年,美国科学家在橡胶中混有少量的硫磺并加热,发 现制品的弹力增加,并且能经受温度变化,这种化学作用 称为橡胶的硫化工艺,橡胶硫化法是橡胶工业一次革命。,第一节 高分子材料,二、橡胶 1、组成 生胶:主要原料。 配合剂:为提高和改善橡胶制品的性能而加入的物质。 天然橡胶:是异戊二烯高聚体。 从橡胶树的浆汁中制取。

8、 合成橡胶:通过化学合成。 分为通用合成橡胶与特种合成橡胶两种。,第一节 高分子材料,二、橡胶 1、组成 生胶:主要原料。 配合剂:为提高和改善橡胶制品的性能而加入的物质。 硫化剂:将未加硫橡胶变成弹性的硫化橡胶。(硫磺粉) 硫化促进剂:加快硫化作用、缩短硫化时间。(氧化锌等) 软化剂:提高生胶对配合剂浸润能力和柔软性能。(松香等) 填充剂:提高橡胶制品的硬度、强度和降低成本。(炭黑等) 防老剂:防止橡胶制品老化,延长使用寿命。(石蜡等) 着色剂:使橡胶制品改变颜色。(钛白、铬黄、炭黑等) 发泡剂:制造海面橡胶、多孔橡胶及空心橡胶制品。 另还有:隔离剂、耐油剂、防霉剂等。,第一节 高分子材料,

9、二、橡胶 2、特点 高弹性、良好的耐磨性、耐热、耐寒,但有老化现象。 3、应用 常用于弹性材料,密封材料,减振、防振材料,传动材料。 主要有： 生产资料:轮胎,带管,胶布,工业用品(垫圈、胶板) 生活用品:胶鞋,医疗卫生用品,文化体育用品,日用品等。,第一节 高分子材料,二、橡胶 4、常用橡胶材料简介 天然橡胶（NR） 由橡胶树上流出的胶乳,经凝固干燥加工制成的。 良好的耐磨性、抗撕裂性和加工性能,但易老化。 主要用于制造手术手套、婴儿奶嘴等。 丁苯橡胶（SBR） 是目前合成橡胶中生产规模较大、产量较高的通用橡胶。 耐磨、耐热、耐老化,价格低,但加工性较差。 普遍用于制造汽车内轮胎,也用于制造

10、胶带、胶管等。,第一节 高分子材料,二、橡胶 4、常用橡胶材料简介 顺丁橡胶（BR） 是合成橡胶中产量大一种通用橡胶。(仅次于丁苯橡胶) 弹性好、耐磨性高,和加工性能,但抗撕裂性较低。 主要用于制造汽车外轮胎、胶鞋等。 氯丁橡胶（CR） 又称“万能橡胶”。 物理、力学性能可与天然橡胶相比。 用于制造电缆的外包皮、输油胶管及各种垫圈等。,第一节 高分子材料,二、橡胶 4、常用橡胶材料简介 硅橡胶 是一种特种橡胶。 耐高温、低温性能突出,无毒无味。 主要用于制造食品运输带、罐头垫圈及医药卫生制品。 (医用胶带、人造心脏等) 氟橡胶（FPM） 含氟橡胶总称。 突出的耐腐蚀性在各种橡胶中是最好的,但价

11、格较贵。 常用于耐腐蚀制品。(化工设衬里、垫圈等),三、胶粘剂 1、组成 基料:是胶粘剂主要组分。(合成树脂、合成橡胶等) 固化剂:使胶粘剂固化、与粘料起化学反应。(乙二胺等) 增塑增韧剂:改善胶粘剂的塑性、韧性。(聚酰胺等) 填料:改善加工性能、耐久性强度及降低成本。(石棉等) 稀释剂:降低胶粘剂粘度。(丙酮、二甲苯等) 还有:固化促进剂、防老化剂、稳定剂、增粘剂等。,第一节 高分子材料,第一节 高分子材料,三、胶粘剂 2、分类 无机：磷酸盐、硅酸盐、硼酸盐等(SiO2) 主体材料 动物胶:骨胶、皮胶、虫胶等 植物胶:淀粉胶、酪素胶等 有机 树脂型:环氧胶、酚醛胶等 橡胶型:氯丁胶液等 复合

12、型:环氧-聚硫胶等 用途和性能:分为通用胶粘剂、结构胶粘剂、密封胶粘剂、 特种胶粘剂等。,人工 合成,天然,第一节 高分子材料,三、胶粘剂 3、胶粘特点 不受材质和几何形状限制。 接头应力分布较均匀,密封性能好。 强度低,大多数胶粘剂耐热性和耐老化性能较差。 4、胶粘工艺 清理、打毛胶粘放置(压力)、固化。,第二节 陶瓷材料,陶瓷材料是无机非金属材料的统称。 陶瓷材料有:陶器、瓷器、砖、瓦、玻璃、耐火材料、水泥及氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷、金属陶瓷等新型无机工程材料。 无机非金属材料来源丰富、成本低廉,故使用广泛。 它和高分子材料、金属材料一起构成三大固体工程材料。,陶器,瓷器,莫来石复相陶瓷,

13、一、陶瓷材料主要成分 主要化学成分：Ca、Si、Al、Mg、C、S,少量Fe、K、Na等的氧化物和含氧酸盐。 主要组成物：金属和非金属含氧酸盐(硅酸盐、硅铝酸盐) 和氧化物(铝钒土)。 二、陶瓷材料共同特点 硬度高,抗压强度高,耐高温,耐磨损,耐腐蚀,抗氧化性好, 但脆性大,没有延展性,经不起碰撞和急冷急热。,第二节 陶瓷材料,三、分类 普通陶瓷 用粘土、长石、石英等天然原料。 用途广、产量大。(日用、建筑、卫生、化工、高低压) 特种陶瓷 用化工原料,经人工合成原料。 具有特定性能,主要用于冶金、机械、电子等行业。 四、陶瓷制品成形加工三个阶段 原料制备 成形 烧结 五、常用陶瓷的种类及应用

14、P116 表10-2,第二节 陶瓷材料,第三节 复合材料,金属材料、高分子材料和陶瓷材料为工程材料的三大支柱, 在使用性能上各有特点及应用范围。 随着科技发展,工程结构对材料提出了越来越高、越来越复杂的性能要求,而单一材料难以满足。 复合材料是由两种or两种以上性质不同的物质,经人工组合的多相固体材料。,第三节 复合材料,二、常用复合材料种类 按基体相分类 金属基体。 非金属基体(目前使用较多的是以高分子材料为基料) 按增强相分类 层叠增强相(三合板、五合板等) 纤维增强相(橡胶轮胎、玻璃钢等) 颗粒增强相(硬质合金等) ,第三节 复合材料,三、常用纤维增强复合材料介绍 1、玻璃纤维树脂复合材料（玻璃钢） 定义:玻璃纤维or玻璃纤维制品(玻璃布、带、毡等)与塑料基体组成的复合材料。 特点 比强度高。(强度接近铜合金和铝合金,比重是钢左右) 优良的电绝缘性,较好的耐腐蚀性,质量轻。 不足:弹性模量较小(刚度较低、易变形),耐热性差,易老化和蠕变。 应用:石油、化工行业,交通运输工具等。,第三节 复合材料,第三节 复合材料,三、常用纤