东莞丰协电子有限公司材料成型工艺基础

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机械性能的主要机械性能有：弹性、塑性、刚度、强度、硬度、冲击韧性、疲劳强度和断裂韧性等。首先解释一下相关概念：弹性：金属材料受外力作用时产生变形，当外力去掉后能恢复其原来形状的性能。塑性：金属材料在外力作用下，产生变形而不致引起破坏的能力。刚度：金属材料在受力时抵抗弹性变形的能力。强度：金属材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。硬度：金属材料抵抗更硬的物体压入其内的能力。冲击韧性：金属材料抵抗冲击载荷作用下断裂的能力。疲劳强度：当金属材料在无数次重复活交变载荷作用下而不致引起断裂的应力。断裂韧性：用来反映材料抵抗裂纹失稳扩张能力的性能指标。
    金属材料疲劳断裂的特点是：
　　（1）载荷应力是交变的；
　　（2）载荷的作用时间较长；
　　（3）断裂是瞬时发生的；
　　（4）无论是塑性材料还是脆性材料，在疲劳断裂区都是脆性的。
　　所以，疲劳断裂是工程上最常见、最危险的断裂形式。
　　金属材料的疲劳现象，按条件不同可分为下列几种：
　　（1）高周疲劳：指在低应力（工作应力低于材料的屈服极限，甚至低于弹性极限）条件下，应力循环周数在100000以上的疲劳。它是最常见的一种疲劳破坏。高周疲劳一般简称为疲劳。
　　（2）低周疲劳：指在高应力（工作应力接近材料的屈服极限）或高应变条件下，应力循环周数在10000~100000以下的疲劳。由于交变的塑性应变在这种疲劳破坏中起主要作用，因而，也称为塑性疲劳或应变疲劳。
　　（3）热疲劳：指由于温度变化所产生的热应力的反复作用，所造成的疲劳破坏。
　　（4）腐蚀疲劳：指机器部件在交变载荷和腐蚀介质（如酸、碱、海水、活性气体等）的共同作用下，所产生的疲劳破坏。
　　（5）接触疲劳：这是指机器零件的接触表面，在接触应力的反复作用下，出现麻点剥落或表面压碎剥落，从而造成机件失效破坏。
    塑性：是指金属材料在载荷外力的作用下，产生变形（塑性变形）而不被破坏的能力。金属材料在受到拉伸时，长度和横截面积都要发生变化，因此，金属的塑性可以用长度的伸长（延伸率）和断面的收缩（断面收缩率）两个指标来衡量。
    硬度：表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。它是金属材料的重要性能指标之一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。
　　1.布氏硬度（HB）
　　以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小（直径一般为10mm）的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值(HB)，单位为公斤力/mm2 (N/mm2)。
　　2.洛氏硬度（HR）
　　当HB>450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。
    3 维氏硬度（HV）
　　以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度值(HV)。
    强度：材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力，可分为抗拉强度极限（σb）、抗弯强度极限（σbb）、抗压强度极限（σbc）等
金属材料的性能决定着材料的适用范围及应用的合理性。金属材料的性能主要分为四个方面，即：机械性能、化学性能、物理性能、工艺性能
    强度极限：材料在外力作用下能抵抗断裂的应力，一般指拉力作用下的抗拉强度极限，以σb表示，如拉伸试验曲线图中点b对应的强度极限，常用单位为兆帕（MPa），换算关系有：1MPa=1N/m2=(9.8)-1Kgf/mm2或1Kgf/mm2=9.8MPaσb=Pb/Fo
    屈服强度极限：金属材料试样承受的外力超过材料的弹性极限时，虽然应力不再增加，但是试样仍发生明显的塑性变形，这种现象称为屈服，即材料承受外力到一定程度时，其变形不再与外力成正比而产生明显的塑性变形。产生屈服时的应力称为屈服强度极限，用σs表示。
    弹性模数：这是材料在弹性极限范围内的应力σ与应变δ（与应力相对应的单位变形量）之比，用E表示，单位兆帕（MPa）：E=σ/δ=tgα式中α为拉伸试验曲线上o-e线与水平轴o-x的夹角。弹性模数是反映金属材料刚性的指标（金属材料受力时抵抗弹性变形的能力称为刚性）。
   （一）应力的概念,物体内部单位截面积上承受的力称为应力。由外力作用引起的应力称为工作应力，在无外力作用条件下平衡于物体内部的应力称为内应力
   （二）机械性能,金属在一定温度条件下承受外力（载荷）作用时，抵抗变形和断裂的能力称为金属材料的机械性能（也称为力学性能）。金属材料承受的载荷有多种形式，它可以是静态载荷，也可以是动态载荷，包括单独或同时承受的拉伸应力、压应力、弯曲应力、剪切应力、扭转应力，以及摩擦、振动、冲击等等
    疲劳断裂：疲劳强度极限金属材料在长期的反复应力作用或交变应力作用下（应力一般均小于屈服极限强度σs），未经显著变形就发生断裂的现象称为疲劳破坏或疲劳断裂
蠕变极限：在一定温度和恒定拉伸载荷下，材料随时间缓慢产生塑性变形的现象称为蠕变  
    高温拉伸持久强度极限：试样在恒定温度和恒定拉伸载荷作用下，达到规定的持续时间而不断裂的应力，以表示，单位MPa，式中τ为持续时间，t为温度，σ为应力
    金属缺口敏感性系数：以Kτ表示在持续时间相同（高温拉伸持久试验）时,有缺口的试样与无缺口的光滑试样的应力之比：式中τ为试验持续时间，为缺口试样的应力，为光滑试样的应力
    密度（比重）：ρ=P/V单位克/立方厘米或吨/立方米，式中P为重量，V为体积。
    熔点：金属由固态转变成液态时的温度，对金属材料的熔炼、热加工有直接影响，并与材料的高温性能有很大关系。
   （3）热膨胀性随着温度变化，材料的体积也发生变化（膨胀或收缩）的现象称为热膨胀，多用线膨胀系数衡量，亦即温度变化1℃时，材料长度的增减量与其0℃时的长度之比。热膨胀性与材料的比热有关。在实际应用中还要考虑比容（材料受温度等外界影响时，单位重量的材料其容积的增减，即容积与质量之比），特别是对于在高温环境下工作，或者在冷、热交替环境中工作的金属零件，必须考虑其膨胀性能的影响。
　 （4）磁性能吸引铁磁性物体的性质即为磁性，它反映在导磁率、磁滞损耗、剩余磁感应强度、矫顽磁力等参数上，从而可以把金属材料分成顺磁与逆磁、软磁与硬磁材料。
　 （5）电学性能主要考虑其电导率，在电磁无损检测中对其电阻率和涡流损耗等都有影响。

金属制品行业发展前景
　　金属制品行业包括结构性金属制品制造、金属工具制造、集装箱及金属包装容器制造、不锈钢及类似日用金属制品制造等。随着社会的进步和科技的发展，金属制品在工业、农业以及人们的生活各个领域的运用越来越广泛，也给社会创造越来越大的价值。
　　金属制品行业在发展过程中也遇到一些困难，例如技术单一，技术水平偏低，缺乏先进的设备，人才短缺等，制约了金属制品行业的发展。为此，可以采取提高企业技术水平，引进先进技术设备，培养适用人才等提高中国金属制品业的发展  
    晶体结构：是指晶体的周期性结构。固体材料可以分为晶体，准晶体和非晶体三大类，其中，晶体内部原子的排列具有周期性，外部具有规则外形，比如钻石。
    所谓的晶体晶格是可以经由平移或其他对称操作后，仍可得到自己本身的晶格，一种典型的对称操作是绕着通过晶格点的轴作旋转，称为一重、二重、三重、四重及六重对称，分别是旋转2π、π、2/3π、1/2π、1/3π，其中以布拉伐晶格较常使用。
铁碳合金(iron—carbon alloy)
　　以铁和碳为组元的二元合金。铁基材料中应用最多的一类——碳钢和铸铁，就是一种工业铁碳合金材料。钢铁材料适用范围广阔的原因，首先在于可用的成分跨度大，从近于无碳的工业纯铁到含碳4％左右的铸铁，在此范围内合金的相结构和微观组织都发生很大的变化；另外，还在于可采用各种热加工工艺，尤其金属热处理技术，大幅度地改变某一成分合金的组织和性能。
     工业上获得广泛应用的碳钢和铸铁就是铁碳合金，含碳低于2．11％的铁碳合金称为钢，含碳高于2．11％的合金称为铸铁。在碳钢和铸铁中除碳之外，还含有硅、锰、硫、磷、氮、氢、氧等一些杂质，这些杂质是在冶炼过程中由生铁、脱氧剂和燃料等带入的。这些杂质对钢铁性能产生影响
      碳钢一般按含碳量、用途、质量和冶炼方法分类。按含碳量可分为：低碳钢(C<0.25％)，中碳钢(0.25％<C<0.6％)，高碳钢(C>0.6％)；
    按钢的用途可分为碳素结构钢和碳素工具钢两大类；
      按钢的质量可分为：普通碳素钢(S≤0.055％，P≤0.45％)，优质碳素钢(S、P≤0.04％)和优质碳素钢(s≤0．030％，P≤0．035％)三大类；
    按冶炼方法可分为沸腾钢和镇静钢、半镇静钢
    根据碳在铸铁中存在的形式不同铸铁可分为：白口铸铁：绝大部分碳以渗碳体形式存在于铸铁中；
    灰口铸铁：绝大部分碳以片状石墨形式存在；
    可锻铸铁：由白口铸铁经石墨化退火制成，其中碳以团絮状石墨形式存在；
    球墨铸铁：在浇注前经球化处理，碳以球状或团状石墨存在
    铁碳合金相图：是研究铁碳合金的工具，是研究碳钢和铸铁成分、温度、组织和性能之间关系的理论基础，也是制定各种热加工工艺的依据。
    铁碳合金中的基本相：铁碳合金相图实际上是Fe-Fe3C相图，铁碳合金的基本组元也应该是纯铁和Fe3C。铁存在着同素异晶转变，即在固态下有不同的结构。不同结构的铁与碳可以形成不同的固溶体，Fe—Fe3C相图上的固溶体都是间隙固溶体。由于α-Fe和γ-Fe晶格中的孔隙特点不同，因而两者的溶碳能力也不同
    铁素体：是碳在α-Fe中的间隙固溶体,用符号"F"(或α)表示,体心立方晶格
    铁碳合金中的基本相：铁素体的力学性能特点是塑性,韧性好,而强度,硬度低
    奥氏体：是碳在γ-Fe中的间隙固溶体,用符号"A"(或γ)表示,面心立方晶格;
　　虽然FCC的间隙总体积较小,但单个间隙体积较大,所以它的溶碳量较大,最多有2.11%
    奥氏体是一种高温组织,稳定存在的温度范围为727~1394℃,故奥氏体的硬度低,塑性较高,通常在对钢铁材料进行热变形加工
奥氏体的组织与铁素体相似,但晶界较为平直,且常有孪晶存在.
    渗碳体：铁和碳形成的具有复杂结构的金属化合物,用化学分子式"Fe3C"表示.它的碳质量分数Wc=6.69%,熔点为1227℃,
　　质硬而脆,耐腐蚀.用4%硝酸酒精溶液浸蚀后,在显微镜下呈白色,如果用4%苦味酸溶液浸蚀,渗碳体呈暗黑色.
    总结：铁碳合金中一共有三个相,即铁素体,奥氏体和渗碳体.但奥氏体一般仅存在于高温下,所以室温下所有的铁碳合金中只有两个相,就是铁素体和渗碳体.由于铁素体中的含碳量非常少,所以可以认为铁碳合金中的碳绝大部分存在于渗碳体中.这一点是十分重要的.
*渗碳体含量越多，分布越均匀，材料的硬度和强度越高，塑性和韧性越低；但当渗碳体分布在晶界或作为基体存在时，则材料的塑性和韧性大为下降，且强度也随之降低
    切削加工性来说，一般认为中碳钢的塑性比较适中，硬度在HB200左右，切削加工性能。含碳量过高或过低，都会降低其切削加工性能。
    铸造性来说，铸铁的流动性比钢好，易于铸造，特别是靠近共晶成分的铸铁，其结晶温度低，流动性也好，更具有良好的铸造性能。从相图的角度来讲，凝固温度区间越大，越容易形成分散缩孔和偏析，铸造性能越差。
　  含碳量越低，钢的焊接性能越好，所以低碳钢比高碳钢更容易焊接。
    表面热处理：通过对钢件表面的加热、冷却而改变表层力学性能的金属热处理工艺。表面淬火是表面热处理的主要内容，其目的是获得高硬度的表面层和有利的内应力分布，以提高工件的耐磨性能和抗疲劳性能
    表面淬火：通过不同的热源对工件进行快速加热，当零件表层温度达到临  界点以上（此时工件心部温度处于临界点以下）时迅速予以冷却，这样工件表层得到了淬硬组织而心部仍保持原来的组织
根据加热方法不同，表面淬火可分为感应加热（高频、中频、工频）表面淬火、火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬火、电解液加热表面淬火、激光加热表面淬火、电子束表面淬火等。工业上应用最多的为感应加热和火焰加热表面淬火。
    化学热处理：将工件置于含有活性元素的介质中加热和保温，使介质中的活性原子渗入工件表层或形成某种化合物的覆盖层，以改变表层的组织和化学成分，从而使零件的表面具有特殊的机械或物理化学性能
根据渗入元素的不同 ，化学热处理可分为渗碳 、渗氮、渗硼、渗硅、渗硫、渗铝、渗铬、渗锌、碳氮共渗、铝铬共渗等
    锻件：金属被施加压力，通过塑性变形塑造要求的形状或合适的压缩力的物件。
    塑性变形（Plastic Deformation）：物质-包括流体及固体在一定的条件下，在外力的作用下产生形变，当施加的外力撤除或消失后该物体不能恢复原状的一种物理现象。
    当应力未超过材料的弹性极限时，产生的变形在外力去除后全部消除，材料恢复原状，这种变形是  可逆的弹性变形。当应力超过材料的弹性极限，则产生的变形在外力去除后不能全部恢复，而残留一部分变形，材料不能恢复到原来的形状，这种残留的变形是   不可逆的塑性变形
    内应力：塑性变形在金属体内的分布是不均匀的，所以外力去除后，各部分的弹性恢复也不会完全一样，这就使金属体内各部分之间产生相互平衡的内应力，即残余应力。残余应力降低零件的尺寸稳定性，增大应力腐蚀的倾向。
    金属塑性的好坏与化学成分、内部组织结构、变形温度和速度、变形方式等因素有关。纯金属和合金元素低的金属（如铝、紫铜、低碳钢等）塑性好，高合金和含杂质多的金属塑性差。一般金属在低温时塑性差，高温时塑性好。金属的塑性还与变形方式有关。
    电阻焊：焊件组合后通过电极施加压力，利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接的方法称为电阻焊。电阻焊具有生产效率高、低成本、节省材料、易于自动化等特点，因此广泛应用于航空、航天、能源、电子、汽车是焊件在接头处接触面的个别点上被焊接起来。点焊要求金属要有较好的塑性。
    钎焊：用比母材熔点低的金属材料作为钎料，用液态钎料润湿母材和填充工件接口间隙并使其与母材相互扩散的焊接方法。钎焊变形小，接头光滑美观，适合于焊接精密、复杂和由不同材料组成的构件，如蜂窝结构板、透平叶片、硬质合金刀具和印刷电路板等。
    电渣焊：电渣焊是利用电流通过熔渣所产生的电阻热作为热源，将填充金属和母材熔化，凝固后形成金属原子间牢固连接。
    硬质合金：是以高硬度难熔金属的碳化物（WC、TiC)微米级粉末为主要成分，以钴（Co）或镍（Ni）、钼（Mo）为粘结剂，在真空炉或氢气还原炉中烧结而成的粉末冶金制品。
    工程塑料-英文名为：engineering-plastics，工程塑料是指被用做工业零件或外壳材料的工业用塑料，是强度、耐冲击性、耐热性、硬度及抗老化性均优的塑料。日本业界将它定义为“可以做为构造用及机械零件用的高性能塑料，耐热性在100℃ 以上，主要运用在工业上
    挤出成型  挤出成型在塑料加工中又称为挤塑，在非橡胶挤出机加工中利用液压机压力于模具本身的挤出称压出。是指物料通过挤出机料筒和螺杆间的作用，边受热塑化，边被螺杆向前推送，连续通过机头而制成各种截面制品或半制品的一种加工方法。
按塑化方式：干法挤出与湿法挤出
按加压方式：连续挤出与间歇挤出

1、主机
　  挤出系统：由螺杆与料筒组成，是挤出机关键部分。其作用是塑化物料，定量、定压、定温挤出熔体
　  传动系统：驱动螺杆，提高所需的纽矩和转矩
　  加热和冷却系统：保证塑料和挤出系统在成型过程中温度达工艺要求
　2、辅机
　  由机头、定型装置、冷却装置、牵引装置、卷取装置、切割组成
　3、控制系统
　  由电器、仪表和执行机构组成
    作用：控制主、辅机电动机、以满足所需转速和功率；控制主辅机温度、压力、流量，保证制品质量；实现挤出机组的自动控制，保证主、辅机协调运行
    挤压系统 挤压系统包括螺杆、机筒、料斗、机头、和模具，塑料通过挤压系统而塑化成均匀的熔体，并在这一过程中所建立压力下，被螺杆连续的挤出机头。

挤出机分类
　　按数量分：无螺杆、单螺杆、双螺杆
　　按空间位置：卧式和立式
　　按螺杆转速：普通、高速和超高速
　　可否排气：排气式和非排气式
　　按装配结构：整体式和分开式
　　最常用卧式单螺杆非排气式整体式挤出机
吹塑薄膜法成型工艺
　　1、挤出与吹胀
设备：挤出机及机头、冷却装置、夹板、牵引辊、导向辊、卷取装置。
　2、吹塑薄膜挤出工艺条件
    温度：料筒、机头和机颈温度。温度过高，薄膜发脆，抗拉强度下降；过高，抗拉强度低、表面光泽差、透明度下降、有熔接痕。
    吹胀比与牵伸比：吹胀比—管膜直径与口模之比（2-3）；牵伸比—薄膜伸长倍数（4-6）。
　　冷却速度：由冷却装置调节。冷冻线—吹胀管膜上已冷却定型的线；冷冻线越远，冷却速度越慢，薄膜横向易撕裂。

    塑料：是一类具有可塑性的合成高分子材料。它与合成橡胶、合成纤维形成了当今日常生活不可缺少的三大合成材料。具体地说，塑料是以合成树脂为主要成分，在一定温度和压力等条件下可以塑制成一定形状，在常温下保持形状不变的材料
*塑料的主要性能特点 
1． 重量轻
2． 优良的化学稳定性
3． 优异的电绝缘性能
4．热的不良导体具有消声、减震作用
5．机械强度分布广和较高的比强度
*有些塑料本身就是单纯的树脂，如聚乙烯、聚苯乙烯等，称为单一组分塑料。有些塑料除了合成树脂之外，还含有其他辅助材料，如增塑剂、稳定剂、着色剂、各种填料等，称为多组分塑料

    合成树脂：是指以煤、电石、石油、天然气以及一些农副产品为主要原料，先制得具有一定合成条件的低分子化合物(单体)，进而通过化学、物理等方法合成的高分子化合物

一)按塑料受热后的性能表现划分
　　1．热固性塑料
　　该类塑料的特点是在一定的温度下，经过一定时间的加热或加入固化剂后即固化成型。
　　固化后的塑料，质地坚硬，而且不溶于任何溶剂，也不能用加热的方法使其再次软化。加热温度过高就会分解。常见的热固性塑料有：胶木、电玉、装饰板及不饱和聚酯塑料等。图
　　2．热塑性塑料
　　该类塑料的特点是受热软化，冷却变硬，加工过程中一般只有物理变化而保持其化学本性。该类塑料的树脂多为加聚而成
按塑料的应用范围划分
　　1．通用塑料
　　该类塑料主要是指产量大、用途广、价格低的一类塑料。它们占塑料总产量的80％左右。主要品种有：聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、酚醛和氨基塑料等。
　　2．工程塑料
　　一般是指能在工程技术中作为结构材料的塑料。该类塑料显著的特征是机械强度高，耐化学腐蚀和耐高温性能强，可代替金属或做其它特殊的用途。主要品种有：聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚砜、ABS、聚苯醚、氟塑料等。
按可燃程度划分
　　1．易燃性塑料
　　该类塑料遇明火后剧烈燃烧，不易熄灭。如硝酸纤维塑料等，这类塑料被列为危险品。
　　2．可燃性塑料
　　此类塑料遇明火燃烧，无自熄性，但燃烧速度较快。如聚乙烯、聚丙烯等。
　　3．难燃性塑料
　　这类塑料在较强的明火中可燃烧，离火后很快熄灭。如酚醛塑料、醋酸纤维塑料、聚氯乙烯塑料等。
陶瓷材料   是用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料。它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点。可用作结构材料、刀具材料，由于陶瓷还具有某些特殊的性能，又可作为功能材料。
普通陶瓷材料
　　采用天然原料如长石、粘土和石英等烧结而成，是典型的硅酸盐材料，主要组成元素是硅、铝、氧，这三种元素占地壳元素总量的90%，普通陶瓷来源丰富、成本低、工艺成熟。这类陶瓷按性能特征和用途又可分为日用陶瓷、建筑陶瓷、电绝缘陶瓷、化工陶瓷等
特种陶瓷材料
　　采用高纯度人工合成的原料，利用精密控制工艺成形烧结制成，一般具有某些特殊性能，以适应各种需要。根据其主要成分，有氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、金属陶瓷等；特种陶瓷具有特殊的力学、光、声、电、磁、热等性能。本节主要介绍特种陶瓷。