材料工程基础讲稿30

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《材料工程基础》课件

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03
无机非金属材料工程
无机非金属材料的性质
硬度
无机非金属材料的硬度通常较高,具有较好的耐 磨性和耐久性。
电绝缘性
部分无机非金属材料具有较好的电绝缘性能,常 用于电子、电气等领域。
ABCD
化学稳定性
无机非金属材料具有良好的耐腐蚀性和化学稳定 性,能够在恶劣环境下保持稳定。
热稳定性
无机非金属材料具有良好的热稳定性和隔热性能 ,能够在高温环境下保持性能稳定。
展。
04
复合化与多功能化
通过材料复合和多功能化设计, 实现材料的多重性能和功能,满
足复杂的应用需求。
材料工程的未来展望
新材料的不断涌现
随着科技的不断进步,将会有更多新 型材料不断涌现,为各领域的发展提 供更多选择和可能性。
绿色环保成为主流
随着人们对环境保护意识的不断提高 ,未来的材料工程将更加注重绿色环 保材料的研发和应用,减少对环境的 负面影响。
包括反应釜、搅拌器、管 道等。
01 03
缩聚反应
包括酯化缩聚、醚化缩聚 、缩聚反应等。
02
高分子合成方法
包括乳液聚合、悬浮聚合 、本体聚合等。
有机高分子材料的加工
加工工艺
包括压延、挤出、注射、吹塑等。
加工设备
包括混炼机、压延机、注塑机等。
加工条件
包括温度、压力、时间等。
加工助剂
包括增塑剂、润滑剂、抗氧剂等。
02
金属材料工程
金属材料的性质
金属材料的物理性质
金属材料的力学性质
包括密度、热膨胀系数、热导率等, 这些性质决定了金属材料在不同环境 下的性能表现。
包括硬度、强度、韧性、疲劳强度等 ,这些性质决定了金属材料在不同受 力条件下的行为。

材料工程基础讲

材料工程基础讲

3
可持续材料
在制造、应用和废弃过程中对能源、环境和资源的影响较小。
非晶材料
大多是无序的固体,如玻璃、陶瓷等。
材料测试方法和标准
力学性能测试 热学性能测试 电性能测试 化学性能测试
承受外力的能力和变形程度 材料在特定条件下的热传导、热膨胀等性能 材料的导电性和介电性等性能 对材料进行化学性质和化学行为的测试
材料工程的应用领域
1 航空航天
2 汽车工业
超级材料用于航空器和航天器零部件的制造。
材料工程基础讲
您好!欢迎来到材料工程基础讲。 我是XXX。本次讲座将深度挖掘材料工程 的各个方面,希望您能够收获满满。
材料工程的定义
材料工程是从事材料的研究、设计、制备和应用的一门交叉学科。它的目标 是研究、开发、应用新材料,提高材料的性能和品质。
材料工程的发展历程
古代材料应用
古代兵器、陶器、石器、织物等材料应用丰富多彩。
现代材料工程的兴起
20世纪初,先后在欧美开设材料科学专业并得到了迅猛发展。
现代材料工程的发展
材料工程的范围逐渐扩大,从单一材料的设计制备,到材料组合的纳米级封装和加工。
材料的分类和特性
天然材料
由天然生物或矿物形成的材料。
人Байду номын сангаас材料
通过人为手段制造的材料,如塑料、复合材料。
金属材料
主要由金属元素制成,如铁、铝、铜等。
高性能和轻量化材料的应用,提高汽车性能 和经济性。
3 电子工业
4 环保清洁能源
半导体、集成电路、电池等高新材料的应用。
新型纳米材料在太阳光电池、燃料电池、光 传感器等应用。
材料工程的前景展望
1
智能材料

工程材料演讲稿建筑材料

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L1
L2、L3
L1
L2、L3
电通量(56d),
C
<1000 <800
工程材料演讲稿建筑材料
<1500
<1000
混凝土耐久性指标
混凝土耐久性的一般要求
表3.4.4 化学侵蚀环境下混凝土的电通量
设计使用年限 级别
一(100年)
二(60年)、三(30年)
环境作用等级 H1、H2 H3、H4 H1、H2 H3、H4
冻融破坏环境 (D1 、 D2 、 D3 、 D4
磨蚀环境 (M1 、 M2 、 M3)
表3.2.1 混凝土结构设计使用年限级别
设计使用年限 级别
设计使用年限

100年

60年

30年
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混凝土耐久性指标
混凝土耐久性的一般要求
表3.4.2 混凝土的电通量(库仑)
设计使用年限级别
一(100年)
2.1影响混凝土质量的主要因素 2.1.1影响新拌混凝土质量的主要因素 新拌混凝土质量主要包括①混凝土凝结时间和混凝土的②
和易性。 混凝土的凝结时间:主要影响因素是水泥品种及外加剂
的种类。(w/c,养护温度也有较大影响), 混凝土和易性:混凝土的和易主要包括流动性、黏聚性、
保水性和泌水性。 混凝土流动性主要影响因素是混凝土单方用水量。 混凝土黏聚性主要影响因素是混凝土含砂率(灰砂比)。 混凝土保水性主要影响因素是水泥品种、用量与细度。 混凝土泌水性主要影响因素是水泥品种、用量与细度。保
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3.熟悉水泥品种、质量检验评定方法及
常用水泥的使用范围
3)矿渣硅酸盐水泥 在水泥熟料中掺加20%~70%高炉矿渣混合材料的水泥称为矿渣硅酸盐水

工程材料与材料成型基础讲稿

工程材料与材料成型基础讲稿

工程材料与材料成型基础讲稿第一篇:工程材料与材料成型基础讲稿工程材料与材料成型基础讲稿机械制造工艺过程铸锻焊机械加工装配金属材料→ 毛坯→ 零件→ 机器热处理热处理本课程分为两部分:1、工程材料(40学时)2、热加工工艺基础(铸造、锻压和焊接——30学时)工程材料绪论材料是一切事物的物质基础,一种新技术的实现,往往需要新材料的支持。

材料、能源、信息、生物工程是现代文明的四大支柱一、工程材料的分类按组成特点分:金属材料,有机高分子材料,无机非金属材料,复合材料;按使用性能分:结构材料,功能材料;按使用领域分:信息材料,能源材料,建筑材料,机械工程材料,生物材料。

二、材料技术的发展趋势第一,从均质材料向复合材料发展。

第二,由结构材料为方往向功能材料、多功能材料并重的方向发展。

第三,材料结构的尺度向越来越小的方向发展。

第四,由被动性材料向具有主动性的智能材料方向发展。

第五,通过仿生途径来发展新材料。

三、金属材料在近代工业中的地位金属材料在工农业生产中占极其重要的地位(90%以上)。

在日常生活中得到广泛应用。

其原因: 1.来源广泛;2.优良的使用性能和工艺性能;3.通过热处理可使金属的性能显著提高。

四、本课程的任务1、熟悉成分、组织、性能之间的基本规律;2、合理选用常用工程材料;3、确定热处理方法及其工序位置;4、了解新材料、新技术、新工艺。

五、材料应用举例(螺纹钢、标准件、刀具、摩托车发动机零件、冷冲压件等)第一章金属的力学性能工程材料的性能可分为:1.使用性能——力学性能,物理性能,化学性能(在正常工作条件下,材料应具备的性能)2.工艺性能——铸造性,锻造性,焊接性,切削加工性,热处理性(材料在加工制造中表现出的制造难易程度)常用的力学性能有:强度,塑性,硬度,冲击韧度,疲劳极限,弹性,刚度第一节强度与塑性一、静拉伸试验应力-应变曲线(ζ-ε曲线)ζ= F/A0(MPa)ε=△L/ L0(%)A0——试样原始截面积(mm2)L0——试样标距长度从ζ-ε曲线中可以得到两个重要的力学性能指标:强度,塑性。

工程材料课程讲稿

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授课题目〔教学章、节或主题〕:第一章金属材料的性能授课方式〔请打√〕理论课 讨论课□实验课□习题课□其他□课时安排2学时教学要求〔分掌握、熟悉、了解三个层次〕:通过本章学习,使学生掌握金属材料的主要力学性能〔强度、刚度、弹性、塑性、硬度、冲击韧性、断裂韧度及疲劳强度〕;了解金属材料的物理性能、化学性能和工艺性能,为以后各章中研究结构与性能关系打下良好的根底。

教学重点、难点及关键知识点:重点:金属材料的主要力学性能〔强度、刚度、弹性、塑性、硬度、冲击韧性、断裂韧度及疲劳强度〕难点:各力学性能的含义及试验的方法。

方法及手段以启发式讲授为主教学根本内容〔教学过程〕改良设想第一节金属材料的力学性能力学性能:是指材料在受力作用下所表现出的性能。

常用的指标有:刚度、强度、硬度、塑性、韧性和疲劳强度等。

一、强度金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力,材料的强度用拉伸试验测定。

(拉伸加载速率较低,俗称静拉伸试验,sMPadtd/10~1/=σ)〔a〕原始试样〔b〕拉伸后试样图1-1 圆柱形拉伸试样➢ 拉伸试验机带有自动记录或绘图装置,记录或绘制试件所受的载荷P 和伸长量Δl 之间的关系曲线。

图1-2 低碳钢的拉伸曲线应力――载荷除以试件的原始截面积即得应力σ,0/A p =σ应变――伸长量除以原始标距长度即得应变ε,0/l l ∆=ε金属材料的强度指标根据其变形特点分以下几个:1.弹性模量〔E 〕弹性模量是指金属材料在弹性状态下的应力与应变的比值。

即 εσ=E 〔工程上将材料抵抗弹性变形的能力称为刚度〕 2. 弹性极限〔σe 〕表示材料保持弹性变形,不产生永久变形的最大应力,是弹性零件的设计依据。

即 0A P e e =σ 〔MPa 〕 e P --弹性极限载荷(N),0A --试样原始横截面积(mm 2)3. 屈服点〔屈服强度σs 〕表示金属开始发生明显塑性变形的最低应力值。

即0A P s s =σ 〔MPa 〕2. 断面收缩率〔ψ〕断面收缩率是指试样拉断后, 缩颈处截面积的最大缩减量与原始横断面积的百分比,即 %10000⨯-=A A A K ψ K A —试样断裂处的最小横断面积,0A —试样原始横断面积。

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2021/3/15
6
实验还证实珠光体形成还可以分枝机制进行。即珠光体的片层 形态是由渗碳体分枝形式长大所形成(也可看成是铁素体分枝长 大)。即在渗碳体晶核形成以后,在向前长大的过程中,不断分 枝,而铁素体则协调地在渗碳体枝间形成。
2021/3/15
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3)球状珠光体形成机制 共析成分的过冷A在A1以下——片状P。但在A化温度较低,保温
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2.亚共析钢中先共析F的析出
亚共析钢A被过冷到GSE’时——有先共析F析出。先共析F的析出 也是一个形核长大过程,F的晶核大都是在A晶界形成。析出的F的 形态、数量决定于A的碳含量、晶粒大小和析出温度(或冷却速 度)。碳含量愈高,析出温度愈低,析出的F愈少。先共析F形态有 ——网状、块状(或称等轴状)和片状F。这三种F的形成机制可
(p65)片状渗碳体的断裂还与渗碳体片内的晶体缺陷有 关。渗碳体片内存在亚晶界,亚晶界是高能区,A1 附近不稳定,也可以通过尖角溶解,平面堆积的形 式破断,并逐渐球化。在A1以下片状渗碳体的球化 就是通过渗碳体片的破裂,断开而逐渐球化的。
片状P被加热的A1以上时,在A形成过程中,尚未转变的片状渗碳 体也会按上述机构溶断球化。
20陷21/使3/15原子易于扩散。
3
设共析钢A向P转变时的领先相为渗碳体。
在A晶界上形成一薄片状渗碳表面积大易于接受的碳原子。薄片状渗碳体
晶核形成后,向前和两侧
长大。渗碳体长大时,
将从周围A中吸收碳原子
而使周围出现贫碳区。
贫碳区的形成为F的形核
提供了成分条件,而F核
第二相质点的溶解度与质点的曲率半径有关,曲率半径愈小,其 溶解度愈高,片状渗碳体的尖角处的溶解度高于平面处的溶解度。

工程材料课程讲稿

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图2-3 面心立方晶格
图2-4 密排六方晶格
图2-6 立方晶胞中的主要晶面, 晶面指数的标定过程如下:
由于相同晶格中,不同晶面和不同晶向上原子排列方
图2-10 多晶体示意图
图2-11 点缺陷示意图
——二维尺度很小而第三维尺度很大的缺陷。

间隙原子 晶格空位
置换原子
图2-14晶界图2-15 亚晶界
三、金属晶体缺陷对性能的影响
.点缺陷造成局部晶格畸变,使金属的电阻率、屈服强度增加,密度发生变化。

.线缺陷形成位错对金属的机械性能影响很大,位错极少时,金属。

材料工程基础讲稿30

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(1)化学反应:对于一个确定的化学反应体系,判断其 能否进行的热力学判据为: 分解反应: n pN o (1-5) G G RT ln
p
a A
化合反应:
G G RT ln
o
n pN a b p A pB
(1-6)
由式(1-5)、 (1-6)可知,化学气相沉积反应的控制因素 包括: 反应温度、气相反应物浓度和气相生成物浓度。
D—磨筒的直径
为获得最佳研磨效果,滚筒球磨的转速的限定条件为 V临1<V实际<V临2 (1-2) 提高球磨效率的一个基本准则是提高磨球的动能。式 (1-2)的限定条件实际上与这一动能准则相违背,因此滚 筒球磨的球磨效率是很有限的。
2、气流研磨法 通过气体传输粉料的研磨方法。 气流研磨腔内是粉末与气体的两相混合物,不同化学性 质的粉料→不同的气源,如陶瓷粉—空气,金属粉末—用 惰性气体或还原性气体。 化学纯度高。 制粉过程:粉料由高速气流的流动获得动能,通过粉末 颗粒间的相互摩擦,撞击或颗粒与制粉装置间的撞击使粗 大颗粒细化。 提高气流研磨效率遵循两条准则 (1)动能准则:提高粉末颗粒的动能。 (2)碰撞几率准则:提高粉末颗粒的碰撞几率。
出现年代 1909 1900--1914 1917--1920 1903--1925 1929 1921--1930 1929—1932 1936 1936 1936--1946 1946
金属陶瓷(TiC-Ni) 1949 钢结硬质合金 1957 粉末高速钢 1968 超细化粉末冶金 1980 现代:高纯度、超细化粉末材料,如生物、特殊功能材料 超导等 3、粉末冶金的特点 在技术上和经济上具有一系列的特点。 从制取材料方面来看,能生产具有特殊性能的结构材 料、功能材料和复合材料。

材料工程基础讲稿

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2.4 喷水带(spray zone) 喷水带由结晶器后支撑引导铸坯的辊道和冷却喷嘴组 成,目的是冷却。出结晶器后的铸坯表面层是凝固着的, 但中心部还处于熔融状态,因此,钢水的静压产生向外的 膨胀力。使用多组辊子在下压的同时,向下方拉铸坯,从 辊子的中间喷射高速水,急冷铸坯使其凝固。辊子所给出 的压下力和送坯速度以及合适的冷却,对铸坯的内部组织 和质量具有重大的影响。 2.5 夹送辊(pinch roll) 夹送辊是给出引拉铸坯驱动力的辊子。在夹送辊的出 口,铸坯必须完全凝固。这一段自动地控制着引拉速度和 喷水带的冷却水量。 2.6 矫正辊(reformation roll) 在立弯型连铸机上把铸坯完全矫直。
B
铁水中碳和氧的关系
吹炼末期铁水中碳和氧的关系: 与搅拌少的平炉法比较,有激烈搅拌的LD转炉更接近于 平衡值。因此,可以减少Mn-Fe等脱氧剂的使用量。

LD转炉的脱碳速度
铁水中碳和脱碳速度 -d[C]/dt可以认为分成3部分, 呈台形。 第1部分:由于铁水温度低, 硅和锰被优先氧化,脱碳 速度慢,随着时间延长而增大, 可用下式表示: -d[C]/dt=klt
2.3 结晶器(mould)
用铜或者铜合金制造,外侧用水冷。为了防止钢水和结 晶器内面的熔合,要上下微微地振动,并且添加连铸保护 渣作为润滑剂。 连铸保护渣:CaO-SiO2-Al2O3合成渣为基本系,为控制 熔点和粘度添加了碱性物质和CaF2,并且为调整熔化速度 添加了炭粉,熔点是1270~1470K,粘度为0.52.OPa·s(1673K),CaO/SiO2≈0.6~1.2。添加保护渣的目 的是: (1)结晶器和铸坯间的润滑; (2)防止结晶器内钢水表面的氧化; (3)捕捉浮起的夹杂物; (4)结晶器内钢水表面的保温等等。

材料工程基础稿

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在非共格界面的微观区域中呈现台阶结构时: 台阶平面是原子排列最密的界面,台阶高度相当于一个原子 层,通过原子从母相台阶端部向新相台阶上转移,便使新相台阶发 生侧向移动,引起界面推进——新相长大。 非共格界面的迁移是通过界面扩散进行的——扩散型相变。
第6页/共25页
2.新相的长大速度 新相的长大速度决定于界面迁移速度。 无扩散型相变,如马氏体转变,由于相界面迁移是通过点阵切
无关。
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A在F和渗碳体两相界面处形核原因
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3.奥氏体核的长大
当稳定的A晶核形成以后,长大过程开始。
球化体:A的长大首先将包围渗碳体,把渗碳体和F隔开,然 后通过/界面向铁素体一侧推移,以及/Fe3C界面向渗 碳体一侧推移,使铁素体和渗碳体逐渐消失来实现长大 过程。
界隅。作为形核的优先位置 以界隅、界棱、界面排列。 但在过冷度较大时,形核已 无能量障碍,因为晶界面积最大,提供的形核位置 最多,所以晶界对形核的贡献最大。
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2)位错 新相在位错线上形核 ①可由位错线消失时所释放出来的能量作为相变驱
动力以降低形核功; ②新相形核时位错不消失,而依附于新相界面上构
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第二章 加热转变
§2-1 奥氏体的结构、组织与性能 1.A的结构 奥氏体是碳溶于γ-Fe所形成的固溶体(图2-1)。在合金钢中,除碳原子外,溶
于γ-Fe中的还有合金元素原子。碳位于γ-Fe八面体中心:面心立方点阵晶 胞的中心和棱边的中点,使奥氏体正八面体发生等称膨胀,溶入奥氏体中的 碳愈多,奥氏体的点阵参数愈大(图2-2)。碳在奥氏体中的分布是不均匀的, 具有统计性,即存在浓度起伏。碳在奥氏体中的最大固溶度为2.11%.
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材料工程基础讲稿-2011-新技术

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(6)可形成稳态相,也可制备出一系 列的纳米晶材料和过饱和固溶体等亚稳 态材料。 (7)能实现弥散、固溶和细晶三位一 体的强化机制。 (8)可诱发在常温或低温下难以进行 的固-固(S-S),固-液(S-L)和固-气(S-G)多 相化学反应。
15
2.2 机械合金化原理
1.基本原理
在磨球的碰撞冲击和摩搓的作用下,粉末发生强 烈的塑性变形并破碎,形成洁净的原子化表面,在压 力作用下相互冷焊在一起,形成复合颗粒。(复合颗 粒的产生) 复合颗粒变形、破碎,反复的焊合与破碎就形成 了具有多层结构的复合颗粒,且平均尺寸不断细化, 形成了无数的扩散-反应偶。(层细化、扩散-反应偶) 应力应变和大量点阵缺陷(空位、位错、晶界等) 的产生,使系统储能很高,每摩尔达十几千焦,粉末 活性被大幅度提高;同时,磨球及颗粒相互之间的碰 撞瞬间会造成界面温升,这些变化不仅可以促进界面 处的扩散,而且可以诱发某些系统的多相化反应,最 终导致均匀合金的形成。 (能量升高促进扩散和化学 反应) 16
4
2.1 机械合金化工艺过程及特点
机械合金化是利用机械作用(如球磨及冷轧) 使原料发生强烈的变形及粉碎。并在不断的变 形、粉碎及焊合的循环中发生合金化,形成均 匀成分的合金。 在普通球磨条件下,原料会产生变形及破 碎,并在较大尺度上实现均匀化,要发生机械 合金化,必须在高能球磨条件下才能实现。由 于是在机械作用下实现合金化,因而其产物与 普通熔配的合金不同,其工艺过程也与粉末冶 金方法有所差异。
23
纳米晶材料的形成机制: 在高应变速率下,由位错密集网络组成的 切变带的形成是主要的形变机制。这些变形集 中的切变带宽约0.1~1µ m,球磨初期位错密度 增大,原子级应变亦随之增大。当达到某一位 错密度时,晶粒解体为由小角度晶界分隔的亚 晶粒并导致原子级水平应变下降。继续球磨, 切变带中的亚晶粒进一步细化到最终晶粒尺寸, 晶粒间的相对取向演变为大角度晶界的无规则 取向。由于纳米晶粒本身位错密度极低,当粉 末达到完全纳米晶结构时,开动纳米晶粒内的 位错需要克服极大的阻力,因此以后的变形主 要通过晶界的滑动来实现,最终形成无规则取 向的纳米晶材料。
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按能量输入方式物理蒸发冷凝法可分为: 1)电阻加热方式 蒸发源采用舟状难熔金属,如钨、钼、钽等作为电阻发 热体。由于发热源与被蒸金属在高温状态下直接接触,须 注意: ①不与被蒸高温熔融原料形 成合金; ②被蒸原料的蒸发温度不能 高于发热体的软化温度,电阻 加热蒸发法适合于低熔点金属 超微粉制备。
2)等离子体加热方式 蒸发金属放在水冷铜坩埚上,在斜上方有一等离子体 枪。施加高频直流电压后,等离子枪内的惰性气体被电 离,形成等离子体→弧柱内的温度高达10000K,被蒸金 属作为阳极接受电子流→成为受热部位→金属局部迅速融 化→过热蒸发→蒸发室中有烟雾生成→金属超微粒子。
第一章
粉末的制取
§1.1 概 述 材料粉体工程中,粉末的制取是重要的初始环节。 粉末制取技术: 机械粉碎法、还原法、雾化法、电解法、沉积法等,可 以制取金属粉末、无机非金属粉末、高分子材料粉末及生 物粉料。 如将水泥和面粉包括在内,则机械粉碎法的生产规模 最大。 在现代材料粉体工程中,重点研究的还是金属和陶 瓷的微粉制备技术。从这个观点出发,目前还原法制粉的 生产规模最大,雾化法及电解法次之。
随着颗粒不断细化,大量的内部原子移至表面,表层结构
对材料性质的影响将成为主要因素,最主要的是粉体的比
表面积增大,表面能增大。
粉末颗粒有:球状、片状、蝶状、树枝状、不规则状、
多孔状、多角状等。
测量粉末直径时应注意聚集状颗粒的影响。
§1.2 机械制粉方法 1、机械研磨法 利用动能来破坏材料的内结合力→分裂产生新的界面。 提供动能的方法:如锤捣、研磨、辊轧等。 球磨制粉要素:球磨筒、磨球、研磨物料、研磨介质→对 研磨效率有直接的影响。在球磨过程中,球磨筒将机械能 传递到筒内的球磨物料及介质上,相互间产生正向冲击 力、侧向挤压力、摩擦力等→作用到脆性粉末颗粒→细 化。实质:大颗粒的不断解理过程;如粉末的塑性高,则 颗粒的细化过程:磨削、变形、加工硬化、断裂和冷焊等 行为。不论何种性质的研磨物料,提高球磨效率的基本原 则是一致的。
颗粒大小与粉体材料的性质之间的相互关系: 根据目前的习惯划分,颗粒大小分为以下几个范围: 粗颗粒 150-500μ m 中颗粒 44-150μ m 细颗粒 10-44μ m 极细颗粒 0.5-10μ m 纳米颗粒 <0.1μ m 颗粒的不断细化,必然导致材料性能性能的变化。
表1-1 立方体细化的数据
§1-3 化学制粉方法 1、化学气相沉积法 使气相物质发生气-固相变或气相化学反应→金属或陶 瓷粉体。 按制备的物化原理划分,气相沉积制粉可分为物理气相 沉积和化学气相沉积。 1)化学气相沉积制粉原理 化学气相沉积的反应类型分为两种: 分解反应 aA(气)→mM(固)+nN(气) 化合反应 aA(气)+bB(气)→+mM(固)+nN(气) 四个步骤:化学反应、均相形核、晶粒生长、团聚。
(1)化学反应:对于一个确定的化学反应体系,判断其 能否进行的热力学判据为: 分解反应: n pN o (1-5) G G RT ln
T ln
o
n pN a b p A pB
(1-6)
由式(1-5)、 (1-6)可知,化学气相沉积反应的控制因素 包括: 反应温度、气相反应物浓度和气相生成物浓度。
出现年代 1909 1900--1914 1917--1920 1903--1925 1929 1921--1930 1929—1932 1936 1936 1936--1946 1946
金属陶瓷(TiC-Ni) 1949 钢结硬质合金 1957 粉末高速钢 1968 超细化粉末冶金 1980 现代:高纯度、超细化粉末材料,如生物、特殊功能材料 超导等 3、粉末冶金的特点 在技术上和经济上具有一系列的特点。 从制取材料方面来看,能生产具有特殊性能的结构材 料、功能材料和复合材料。
制粉方法可归纳为三类: 机械制粉、物理制粉和化学制粉。 机械制粉:通过机械破碎、研磨或气流研磨方法将大块 材料或粗大颗粒细化的方法; 物理制粉:采用蒸发凝聚成粉或液体雾化的方法使材料 的聚集状态发生改变,获得粉末; 化学制粉:依靠化学反应或电化学反应过程,生成新的 粉态物质,化学制粉的方法很多,主要有还原法、热分解 法、沉淀法、电解法等。
(1)动能准则:提高磨球的动能。 (2)碰撞几率准则:提高磨球的有效碰撞几率。 依据这两条准则,设计的球磨方式:滚筒式、振动式、 搅动式。运动特征
1)滚筒式球磨
进行粉料研磨时,筒内的磨球和粉料的分布状态随磨筒 转速由低向高存在三种形式。 (1)当转速较低时,球料 混合体与筒壁作相对滑动 运动,并保持一定的斜度。 随转速的增加,球料混合 体斜度增加,抬升高度加 大,这时磨球并不脱离筒 壁。
2)生产的某些材料,与普通熔炼法相比具有新的特点: 高合金粉末冶金材料的性能比熔铸法好,如粉末高速 钢、粉末超合金可避免成分的偏析→具有均匀的组织和稳 定的性能,同时具有细晶粒组织使热加工性改善; 生产难熔金属材料或制品,一般依靠粉末冶金法,例 如,钨、钼等难熔金属,即使用熔炼法能制造,但比粉末 冶金的制品的晶粒要粗,纯度要低。 从制造机械零件看,制造机械零件具有少切屑、无切屑 特点,减少机加工量,节约金属材料,提高劳动生产率。 不足之处,如粉末成本高、粉末冶金制品的大小和形状 受到一定的限制,烧结零件的韧性较差等。
粉末颗粒的运动是从流态气体中获得的→↑颗粒动能 →↑载流气体的速度。 两种办法: 提高气体的入口压力; 气体喷嘴的气体动力学设计。 使喷嘴出口端的气体流速达到超音速。 ↑效率,研磨腔内气体中保持一定的粉末浓度→↑颗粒 碰撞几率——适当。 浓度↑→气体流动阻力↑→气流速度降低,对提高粉末
颗粒的动能不利。
D—磨筒的直径
为获得最佳研磨效果,滚筒球磨的转速的限定条件为 V临1<V实际<V临2 (1-2) 提高球磨效率的一个基本准则是提高磨球的动能。式 (1-2)的限定条件实际上与这一动能准则相违背,因此滚 筒球磨的球磨效率是很有限的。
2、气流研磨法 通过气体传输粉料的研磨方法。 气流研磨腔内是粉末与气体的两相混合物,不同化学性 质的粉料→不同的气源,如陶瓷粉—空气,金属粉末—用 惰性气体或还原性气体。 化学纯度高。 制粉过程:粉料由高速气流的流动获得动能,通过粉末 颗粒间的相互摩擦,撞击或颗粒与制粉装置间的撞击使粗 大颗粒细化。 提高气流研磨效率遵循两条准则 (1)动能准则:提高粉末颗粒的动能。 (2)碰撞几率准则:提高粉末颗粒的碰撞几率。
上表数据说明:细化过程→总表面增加的同时,立方体的
棱边及顶角数剧增加。
从材料的结构角度考虑,无论何种大小的颗粒,都可认
为是由内部结构和表层结构组成。
内部结构:材料的晶体学结构,材料及材料的制备方法 确定后,内部结构也就同时确定; 表层结构与内部结构不同,是集中在表层的几个原子范 围内。
按照材料的结构决定材料的性质这一基本准则,可以 得出结论:颗粒内部性质与表层性质是不同的。当颗粒较 大时,表层原子所占的比例很小,可不考虑此影响。但是
气流研磨大体分为三种类型:旋涡研磨,冷流冲击,流 态化床气流磨。
1)旋涡研磨
研磨软金属粉末的制粉方法。 通过一对高速旋转的螺旋桨使 气体流动→两股相对气流,夹 带着被研磨的粉末物料,使颗 粒间或颗粒与螺旋桨间相互 碰撞、摩擦→粉末细化。 通入惰性气体或还原性气体防 止金属氧化和安全作用。 原料:细金属丝、切削料等。 旋涡研磨制得的粉末颗粒具有 表面凹型特征——碟状粉末。
§1-3 物理制粉方法 1、雾化法 通过高压雾化介质强烈冲击金属液流,或离心力使其破 碎、冷却凝固——制粉。 破碎过程:大聚集体分裂成小 液体颗粒→再凝固成小固体颗粒。 提高雾化制粉效率的基本准则。 ①能量交换准则:提高单位时间内单位质量液体从系统 中吸收能量的效率,以克服表面自由能的增加; ②快速凝固准则:提高雾化液滴的冷却速度,防止液体 微粒的再次聚集。 雾化制粉可分为:双流雾化、单流雾化
3)雾化制粉的特性 ①主要用于金属、合金和可熔的氧化物陶瓷材料加工。 氧化物陶瓷熔体的粘度、表面张力↑↑,难以获得细微 陶瓷粉体,但可获得短纤维、小珠或空心球,如,硅酸铝 纤维、氧化锆磨球、氧化铝空心球等。 ②快速凝固技术 ,能够增加金属元素的固溶度。Al-Si合 金平衡凝固时,α相Si含量为1.65%;雾化Al合金粉中, α固溶体中Si含量随冷速增加
1)粉末冶金方法能生产用普通熔炼法无法生产的具有特 殊性能的材料: 控制孔隙度:如可生产各种多孔材料、多孔含油轴承 等; 利用金属和金属、金属和非金属的组合效果,生产各种 特殊性能的材料,例如,钨-铜假合金型的电触头材料、 金属和非金属组成的摩擦材料等; 生产各种复合材料,如由难熔化合物和金属组成的硬质 合金和金属陶瓷、弥散强化复合材料;纤维强化复合材料 等。
(2)转速达一临界值V临1时,磨球开始抛落下来,形成了球 与筒及球与球间的碰撞。V临l值的大小受磨球的加入量、 研磨介质、磨球大小等因素决定,应根据实际情况进行研 究确定。只有当滚筒转速大于V临1时,才能有较好的研磨 效果。
(3)转速增加到某一值时,磨球的离心力大于重力,磨 球、粉料与磨筒处于相对静止状态→研磨作用停止——临 界转速V临2,理论上可以推导出: V临2=42.4/D1/2 (1-1)
1)双流雾化法 气雾化和水雾化法:金属粉末制备。 雾化制粉:熔化金属或合金→中间包→液滴与流体混合 流动→热量被雾化介质带走→短时间内凝固→粉末颗粒。 过程有四种情况同时发生: ①动能交换:雾化介质动能→金属液滴表面能; ②热量交换:雾化介质带走 大量的液固相变潜热; ③流变特性变化:粘度及表 面张力随温度↓→变化; ④化学反应:高比表面积颗粒 的活性↑→化学反应。
粉末冶金概论
用金属粉末或与非金属粉末的混合物为原料,经成形 和烧结制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺 过程。 与生产陶瓷有相似处——金属陶瓷法。 1、粉末冶金工艺 1)制取金属粉末、合金粉末、金属化合物以及包覆粉 末; 2)原料粉末成形; 3)烧结 4)处理制得成品。
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