第二章成型加工过程中材料的性能
1 引言
塑料的种类繁多，性质也是多种多样的。按照塑料的热行为可分为热塑性塑料（如聚乙烯、聚氯乙烯、尼龙等）和热固性塑料（如酚醛塑料、氨基塑料、环氧树脂等）。如果按照塑料聚集态结构中分子排列的有序程度又可分为结晶性塑料（如聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛等）和非结晶性或称无定形塑料（如聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚碳酸酯等）。热塑性塑料的各长链分子之间靠范德华力维持在一起，故对温度非常敏感，并具有加热软化、冷却凝固的可逆性质；热固性塑料由于化学键合，对温度不敏感，并具有冷却后再加热不软化的不可逆性质。总体上讲，由于塑料的结构特点往往具有较低的密度，很低的导电性和导热性。除了这些共有的性质外，每种塑料还具有本身的独特性质。在工业生产中，塑料成型过程主要是将固体聚合物（粉状、粒状、片状）转变为可流动状态（熔体或溶液）使其表现出可塑性，固定其形状并生产出具有使用性能的产品。成型过程与塑料的固体状材料性质、流动性质以及热物理性质密切相关，这些性质从某种意义上决定着塑料成型设备设计和成型工艺。
2 固体聚合物性质
2.1 表观密度
固体聚合物的表观密度是指料粒在无外压下包含空隙时的密度。它的大小直接影响着材料的输送过程，形状不规则的料粒如纤维状、片状往往密度较低。过低的密度（ρ＜200kg/m3）难以均匀进料，从而影响输送效率和塑化质量的稳定性，需要特殊的设备或者通过增大螺杆固体输送段的直径来提高固体的输送率。
固体聚合物在压力作用下的密度变化也是了解物料输送行为的重要参数，它反映了材料的可压缩性，可根据其密度变化的大小（20％）把物料分为粘附材料（或称自由流动材料）和非粘附材料（非自由流动材料）。易于压缩的物料会因在料仓中的密实而引起卸料困难，特别是当可压缩性超过40％时会非常明显。对于物料的可压缩性也可用手挤实验来定性说明，用手把物料挤成一团，释放后物料仍保持为坚硬的团状而很难分离时说明物料的可压缩性较高；当物料仍保持为团状而很容易分离时说明物料的可压缩性是中等水平；当释放后物料为分散状时则说明物料的可压缩性较低。
2.2 固体料粒的形状与尺寸
料粒尺寸是指它的直径或等效直径大小，它的尺寸范围变化很大（0.1μm －5mm以上），除此之外，对料粒尺寸的描述还有它的表面积、空隙尺寸和体积等。料粒的形状可通过显微镜来观测，料粒间以及料粒与金属表面间的摩擦系数会随着料粒的形状变化而变化，切料过程的细小变化都会给塑料成型带来许多问题。
固体料粒的输送难易常常由料粒的尺寸所决定，颗粒状料粒（＞5rnm）处于可自由流动状态井不易裹入空气而易于输送；细粒状料粒（0.1－5mm）常常处于可自由或半自由流动状态并易裹人空气，有时需要特殊的设备（如在料仓中加人振动填料器）来保证稳态流动；粉状料粒（＜00.1mm）易于粘附和裹入空气，必须采取必要的预防措施。
3 塑料熔体的流动性质
从聚集态结构来看，塑料熔体是处于粘流温度或结晶熔点以上的熔融态高聚物。塑料的成型加工几乎都是通过其粘流态的流动性来实现的。材料的流动性是指一定压力和温度下，高聚物熔体流动的难易程度。流动性好的材料可以在较低的温度和压力下成型加工，并可以制成较复杂形状的制品，而流动性差的材料必须相应地提高其加工温度和压力。因此在成型加工中必须根据其流动性能选择合理的加工条件和加工设备。在实际应用中，表征高聚物流动性的基本参数有两个：表观粘度和熔体流动速率。
3.l 表观粘度
表观粘度是表征高聚物流动性的基本参数，它是实际测量出来的，具有一定的表观性。它反映熔体流动中流层之间的摩擦阻力，可定义为：
影响表观粘度的主要因素有分子量、温度、剪切速率、压力等。
在实际的成型加工过程中，塑料熔体往往经历不同的压力、温度和剪切速率的变化过程，要完全描述加工条件的变化对熔体流动性质的影响，就必须知道在各种条件（温度、压力、剪切速率）下塑料材料的特性数据。虽然我们能够测量一定条件下的这些数据，但无法测量所有条件下的数据，解决的途径是建立能描述一般条件下材料特性的粘度模型。一旦模型建立起来，便可以从有限的实验数据中确定模型参数，并将它运用到其它条件中。
3.2 熔体流动速率
熔体流动速率（MFR）是在一定的温度和载荷下，熔体每10min从标准的测定仪所挤出的物料质量，单位为：g/10min，测试标准见ASTM D1238或GB/T3682-00。同种材料在相同条件下，MFR越大，流动性越好。不同材料或选择的条件不同，就不能用MFR的大小来比较它们之间的流动性好坏。在塑料加工中，MFR不同，其加工条件和用途不同。一般情况下，MFR大的材料可采用注射成型加工，MFR小的材料可采用挤出成型加工，介于二者之间的材料适于吹塑成型。
表观粘度（ηa）与MFR、熔体密度（ρ）、载荷（F）的关系可近似表示为：
从上式中可以看出，表观粘度与MFR成反比，高MFR对应于低粘度塑料熔体。现列举一例加以说明，当塑料的MFR＝0.2g/10min，密度ρ=1.0g/cm3，在测试条件（F＝21.6N、温度为190℃）下，塑料熔体的表观粘度近似为52.49kPa·S，剪切速率为0.37S-1。在相同的条件下，如果MFR＝20g/10min，塑料熔体的粘度近似为525 Pa·s，剪切速率为37 S-1。
MFR实际上是测量低剪切速率下的熔体粘度，虽然比实际加工时的剪切速率低得多，但对表征高聚物在一定条件下的流动性仍具有重要意义，而且试验方法简单，因此得到了普遍应用。
3.3 熔体粘度对分子量的依赖性
由于具有较长的分子链，一般塑料熔体的粘度都较大，粘度会随着分子量增高而增大。当分子量较低时，粘度随分子量变化为1.5～2次方的关系，当分子量达到某一值（临界分子量）时，粘度随分子量升高急剧上长为3～4次方的关系。分子量对粘度影响的主要原因是高分子链段缠结的结果。
由于粘度与塑料成型加工密切相关，因此不同分子量也决定了其材料的不同成型方法和用途，如纺丝粘度不能太大，使分子量低一些；注射成型对流动性要求也很高，故也需分子量低一些，而吹塑和挤出成型分子量可以相对大一些。表1为聚乙烯加工方法与分子量间的关系。
3.4 熔体粘度对剪切速率的依赖性
在各种塑料成型加工方法中熔体所受的剪切应力大小不同，流动中剪切速率的变化很大（见表2）。熔体的剪切粘度随剪切速率的变化规律对了解和控制成型加工过程非常重要。
塑料熔体的粘度随剪切速率的改变有特殊的规律，图1为典型的塑料熔体logη～logγ图。
从图1中可以看出，当剪切速率很低（＜1s-1）或很高（＞1×105s-1）时，粘度基本上不随剪切速率的变化而变化，η0和η∞分别称为零剪切粘度和无穷剪切粘度。而在实际的成型剪切速率范围内（1～1×105s-1），大部分塑料熔体的剪切粘度随着剪切速率增大而减小，表现出“剪切变稀”的流变特性。虽然目前尚无确切反映塑料熔体本质的流变学公式，但可用一些简化模型来表征，其中最简单的是幂律模型：
式中：n为幂律指数，它反映了剪切粘度随剪切速率增加时的衰减程度。对于剪切变稀的塑料熔体，n处于0～l之间，当n＝0.8～1.0时，熔体近似于牛顿流体，当n＜0.5时，熔体表现出非常强的非牛顿流体特性（见表3）。
常见的塑料除聚苯乙烯外，聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等都属于对剪切速率敏感的塑料。在塑料加工中，通过调整剪切速率来改变熔体粘度，显然只有粘度对剪切速率敏感的塑料才有较好的效果，对另一类塑料可用对其粘度更为敏感的因素（如温度）。
对加工过程来说，如果塑料熔体的粘度在很宽的剪切速率范围内都是可用的，则应选择在粘度对剪切速率较不敏感的剪切速率下操作，因为此时剪切速率的波动不会造成制品质量的显著差异，使产品质量的均匀性得到保证。
3.5 熔体粘度对温度的依赖性
温度对粘度的影响很复杂，总体上讲，随着温度升高，聚合物分子活性增加，粘度会随着温度升高而降低，因此利用塑料这一特性，在较高的温度或尽可能的高温下进行加工成型，温度对粘度的影响也成了成型加工中至关重要的因素。
对于大多数塑料，在考虑到温度效应时，可以通过转换因子来描述粘度对温度的依赖性，它的幂律关系式可以写成：
式中：E，R分别为活化能和气体普适常数。这个关系式也叫Andrade式，它可以应用到结晶聚合物和温度超过玻璃化温度T g＋100℃时的非晶聚合物。从中可以看出，作为高分子材料重要流变参数的活化能表征了粘度对温度的敏感性。对那些活化能较高的塑料材料，提高加工温度会增加材料的流动性，而对
于那些活化能较小即粘度对温度敏感性小的塑料材料，通过升温提高物料流动
性的效果甚微。
对于非晶聚合物，常常采用WLF方程来定义转换因子：
式中：C1，C2为材料常数，参考温度T r一般取T g＋43℃，对于大多数非晶聚
合物，C1＝8.86，C2＝101.6。
尽管聚合物对温度的敏感程度变化很大，但总体上讲，非晶聚合物（如PMMA、PVC）对温度的依赖性较强，当成型温度越接近它的玻璃化温度时，
粘度对温度的敏感程度就越高；当成型温度大于Tg＋150℃时，温度对粘度的
影响相对很小。而结晶聚合物（如PP、PE）对温度的依赖性不是很大。一些
常见塑料粘度随温度的变化特性见表4。
4 塑料熔体的粘弹性行为
粘流态塑料熔体是粘性与高弹性两种性质并存的，在成型流动中常伴随有
弹性反应，最突出的表现为挤出胀大和熔体破裂。
4.1 挤出胀大现象
所谓挤出胀大是指塑料熔体被强迫挤出口模时，挤出物的尺寸大于口模尺寸，截面形状也发生变化的现象，这主要是由弹性形变的松弛引起的。挤出物
胀大现象亦称巴拉斯效应或出口膨胀，是指熔体挤出口模后，挤出物的截面积
比口模截面积大的现象。当口模为圆形时，如图2所示，挤出胀大现象可用胀
大比B值来征。B定义挤出物最大直径值d f与口模直径d0之比。
图2 挤出胀大现象
挤出物胀大现象是高分子熔体弹性的表现。至少有两方面因素引起。其一，是高分子熔体在外力作用下进人窄口模，在人口处流线收敛，在流动方向上产生速度梯度，因而高分子受到拉伸力产生拉伸弹性形变。这部分形变一般在经过模孔的时间内还来不及完全松弛，那么到了出口之后，外力对分子链的作用解除，高分子链就会由受拉伸的伸展状态重新回缩为给曲状态，发生出口膨胀。另一种
原因是高分子在模孔内流动时由于剪切应力的作用，所产生的弹性形变在出口模后回复，因而挤出物直径胀大，如图3所示。当模孔长径比 L/R较小时，前一原因是主要的，当模孔长径比较大时，后一原因是主要的。挤出胀大现象对制品设计有很大影响。设计时必须充分考虑到模具尺寸和膨胀程度之间的关系，才能使制品达到预定的尺寸。这对螺杆转速控制等也有较大影响。
图3 挤出物胀大效应中的弹性回复过程
口模的形状与尺寸，成型工艺条件对口模膨胀有较大影响，当口模的长径比确定后，出口膨胀随剪切速率升高而增加，随温度升高而减小。此外，高分子链结构、分子量、分子量分布及物料配方等对出口膨胀也有明显影响。通常，线型柔性链分子内旋转位阻小，松弛时间短，出口膨胀效应相对较弱。在物料配方中，软化增塑剂有减弱大分子相互作用和缩短松弛时间的作用，它的加人也可降低出口膨胀效应。
4.2 熔体破裂
在一定的剪切速率下挤出塑料熔体时，挤出物表面是光滑的，当挤出速度达到一定值时，其挤出物表面会出现不光滑现象，诸如竹节状、鲨鱼皮状。无规则破裂等。熔体破裂后不仅表面失去了光滑，而且物理性能大幅度下降。引起熔体破裂的主要原因有两个方面：其一是入口处经涡流的物料混入未经涡流的物料流出以后，因松弛行为的不同而造成的无规则畸变；另一个原因是由于模壁处的应力集中，当挤出速度过高时会造成熔体在模壁附近时滑时粘而产生有规则的畸变，如竹节状或呈套锥形等。
影响熔体破裂行为的主要因素有口模形状与尺寸、工艺条件及物料性质等。口模的入口角对无规畸变影响最大，适当减小入口角可提高发生熔体破裂的临界剪切速率；口模的定型长度对不同的破裂行为影响不一，对于无规畸变，定型长度越长，松弛越多，破裂程度就越轻。而对于有规破裂，定型长度越长，挤出物外观反而不好；提高挤出温度，则粘度下降，松弛时间缩短，挤出物外观变好。
图4 熔体破裂现象
5 塑料材料的热物理性质
5.l 热塑性塑料的三种物理状态
热塑性塑料可处于玻璃态、高弹态、粘流态三种物理状态（见图2）。在温度较低时材料为刚性固体状，与玻璃相似，在外力作用下只会发生很小的形变，此时的状态称为玻璃态；当温度上升到一定的程度，塑料便具有象橡胶一样的弹性，材料形变明显增加并在一定的温度区间内相对稳定，此时的状态称为高弹态；当温度继续上升，形变逐渐增大并不可恢复，材料逐渐变成粘性流体，此时的状态称为粘流态。我们通常把玻璃态与高弹态之间的转变称为玻璃化转变，转变温度就是玻璃化温度(T g)；而把高弹态与粘流态之间的转变温度称为粘流温度（T f）。
Tg一玻璃化温度，是高聚物重要的特征性温度之一。玻璃化温度是无定型（或非结晶型）高聚物由玻璃态向高弹态（或相反）的转变温度，或半结晶型高聚物的无定型相由玻璃态向高弹态（或相反）的转变温度。玻璃化温度是无定型塑料产品的最高使用温度，也是它们成型温度的低限，超过这一温度时，塑料就基本上丧失了力学性能，许多其他性能也会急剧下降。
Tf－非结晶型塑料粘流温度，是无定型高聚物从高弹态转变为熔融态时的温度。
从分子运动观点看，Tm或Tf是高聚物分子链整链能够运动，相互滑移的温度。超过Tm或Tf，塑料成为流体，Tm或Tf是塑料成型加工的温度下限。
高聚物可以从一种聚集态转变为另一种聚集态，这种转变取决于高聚物的分子结构、体系的组成以及所受应力和环境温度。当高聚物及其组成一定时，聚集态的转变主要与温度有关。
玻璃态在玻璃化温度以下，高聚物处于玻璃态（结晶型高聚物为结晶态），是坚硬的固体。它受外力作用有一定的变形能力，但变形值小且可逆，即外力消失后，其变形也随之消失。所以处于玻璃态的高聚物只能进行一些车、铣、削、刨等小变形量的机械加工。这一聚集态也是高聚物的使用态。随着塑料制品使用温度的降低，塑料材料还有一个使用的下限温度，称为脆化温度。低于脆化温度时，材料受力容易发生断裂破坏。
高弹态在玻璃化温度与粘流温度之间，高聚物处于高弹态。高弹态的高聚物是橡胶状态的弹性体。其变形能力显著增大，但变形仍具可逆性。在这种状态下，可进行真空、压延、弯曲、中空、冲压、锻压等成型。进行上述成型
加工时，应充分考虑到它的可逆性，为了得到符合形状和尺寸要求的塑料制品，必须将成型后的制品迅速冷却到玻璃化温度以下。对结晶型高聚物，可在玻璃化温度至熔点的温度区间内进行薄膜吹塑和纤维拉伸。
粘流态当温度升至粘流温度（或熔点）以上时，高聚物呈粘性流体状态，通常把这种液体状态的高聚物称为熔体。在这种状态下进行的成型加工具有不可逆性，一经成型和冷却后，其形状永远保持下来。在这种状态下可进行注射、吹塑、挤出、纺丝、贴合等成型加工。过高的温度将使熔体税粘度大大降低，流动性增加，但不适当地增加流动性会导致成型过程中溢料增加，成型后的制品形状扭曲，质量变劣。当温度高至分解温度时，还会引起高聚物的分解变质。因此，粘流温度（或熔融温度）、分解温度是高聚物进行成型加工时的重要参考温度。
熔点T m是指结晶性聚合物中大分子链从有序状态转变到无序粘流态所需要的温度。即Tm是结晶型塑料熔融温度，是结晶型高聚物由晶态转变为熔融态（或相反）的温度。由于绝大多数结晶型塑料都是半结晶型的，因此塑料的熔融温度并不是一个尖锐的转折点，而是一个小范围的熔程。对于结晶型塑料，熔融温度是比玻璃化温度更有实际意义，更加重要的温度。许多结晶型塑料，虽然玻璃化温度很低，但由于结晶，材料的强度和刚度大大提高，从而使这些材料在远高于玻璃化温度下仍具有良好的力学性能，这些塑料的实际工作温度远高于玻璃化温度。
实际熔融过程不是单一的温度值，而是一个温度范围，常取熔化完全时的温度为熔点，多数成型方法（如注射、挤出、压延等）都要将塑料加热至粘流态。
表5 列出常用塑料的几种热物理参数。
5.2 塑料的热降解、分解温度和热稳定性
高聚物在成型、贮存或使用过程中，因外界因素如物理的（热、力、光、电、超声波、核辐射等）、化学的（氧、水、酸、碱、胺等）及生物的（霉菌、昆虫等）等作用下所发生的聚合度减小的过程，称为降解。
降解的实质是：①断链；②交联；③分子链结构的改变：④侧基的改变；
⑤前四种作用的综合。随着高聚物的降解，材料的性能会变劣，变色、变软发
黏、甚至丧失机械强度；当降解严重时，会使高聚物炭化变黑，产生大量的分解物质，并从加热料筒中喷出，使成型过程不能顺利进行，总之，降解对高聚物起破坏作用。但有时为了某种特殊需要，又需要使高聚物降解。如环保塑料的生产（降解塑料），通过机械降解以提高天然橡胶塑性的“塑炼”以及使高聚物之间进行接枝或嵌段的共聚物的制备，这种降解对高聚物的改性和扩展其应用范围也有作用。
塑料因加工温度偏高，或在加工温度下停留时间过长，而使平均分子量降低的现象称为热降解。分解温度是指塑料因受热而迅速分解为低分子可燃物的温度（即Td－热分解温度，是任何塑料，当加热到一定温度时使降解产生加速时的温度）。而所谓的热稳定性是指塑料在高温条件下抗化学反应的能力，热稳定性不仅与加工温度有关，而且还与加工温度条件下的停留时间有关。加工温度愈高，为使塑料不起化学反应，则停留的时间应愈短。
显然，分解温度是成型温度的上限，塑料从粘流态温度到分解温度之间范围的大小对成型非常重要，它决定了成型的难易程度和成型温度的可选择范围。此温度区间愈小、温度愈高，则成型愈困难。为了提高塑料的热稳定性，常在塑料中加入热稳定剂，以便使加工温度区间变宽，允许停留时间延长。
5.3 传热系数
传热系数定义为单位时间、单位面积、单位温度梯度下的导热量，单位为W/(m2·K)。
塑料的传热系数一般比金属低2～3个数量级。从塑料成型加工出发，较低的传热系数会在成型中引起一些实际问题，一方面在加热时它限制了加热和塑化速度；另一方面在冷却时会引起非均匀的冷却和收缩，这种非均匀的收缩可能会造成制品的残余应力、变形、缩孔等。
非晶聚合物的传热系数对温度不是很敏感，当温度低于Tg时，传热系数随温度升高而缓慢增加。当温度大于T g时，传热系数随温度升高而缓慢降低。以T g作为参考温度，传热系数随温度的变化可写成：
一般情况下，可以认为非晶塑料的传热系数不变。
结晶塑料的传热系数大多比非晶塑料大，在结晶熔点以下，传热系数随着温度的升高而降低，高于熔点时它一般保持为常数。
5.4 比热容
比热容是指单位质量材料升高1℃时所需的热量，单位为KJ/Kg·K，它可以分为比定压热容C p和比定容热容C v，它们之间的关系为：
由于体积变化需要能量，因此C p＞C v
非晶聚合物的比热容在小于或大于T g时与温度呈线性关系，而在T g处有一个阶跃。结晶聚合物的比热容在T m附近出现波峰，这是因为结晶聚合物熔化时不仅升温需要热量，而且还需要补充熔化潜热所需的热量。
6 高聚物的结晶
在成型加工过程中，常将高聚物分为有结晶倾向和无结晶倾向的两类材料。两类高聚物虽然可用同一种方法成型，但其具体控制工艺却不一样，弄清其区别所在，对提高产品质量是非常必要的。
6.1 高聚物的结晶能力
高聚物能否结晶和结晶能力大小的重要因素是其分子空间排列的规整性。从理论上讲，凡具有规整的重复空间结构的高聚物通常都能结晶。但这并不是说分子链必须具备高度的对称性，许多结构对称性不强而空间排列规整的高聚物同样也能结晶。
必须说明的是，这里所说的规整并不是要求分子链段全部都是规整的排列，而是允许其中有若干部分存在不规整（如有支链、交联或结构上的其他不规整性），但总体上规整序列应占绝对优势。
如果说分子空间排列的规整性是高聚物结晶的必要条件的话，那么大分子间的次价力（如偶极力、诱导偶极力、范德华力和氢键等）则是其结晶的充分条件。因为前者只能说明大分子能够排成整齐的阵列，但不能保证这种阵列在分子热运动作用下不会混乱。而后者则保证了分子链段之间具有足够克服分子热运动的吸力，以确保这种规整的阵列不乱。
大分子链的柔顺性适中和分子链段小都是结晶的有利条件，但这些都是内因。具备以上结晶因素的高聚物只有在外因即适宜的外界条件的促使下才能结晶。这就是为什么具有结晶倾向的高聚物既可以是晶型的，亦可是非晶型的原因所在。
6.2 高聚物的结晶度
不管采用哪种结晶方式，到目前为止高聚物都未曾取得具有完全晶型阵列的晶体。由于结晶的不完全，在结晶高聚物中通常包含晶区和非晶区两部分，对这种状态作定量描述的物理量是结晶度，结晶度定义为：不完全结晶的高聚物中晶相所占的质量分数（或体积分数）。
高聚物不能完全结晶的原因是复杂的，其中大分子链上支链或端基的存在可能是不能完全结晶的一个比较重要的因素。由于结晶的不完全，所以结晶型高聚物就不可能像低分子结晶化合物那样具有明晰的熔点，它的熔化是在一个比较大的温度范围内完成，完全熔化时的温度称为熔点。熔点和熔化温度范围（或称熔限）随结晶度的不同而不同。结晶度高的熔点偏高。
高聚物所能达到的最大结晶度随高聚物品种及所采用的成型工艺的不同而有所差异，比如高密度聚乙烯和聚四氟乙烯的最大结晶度可达90％或更大，没经过拉伸处理的聚酰胺和聚对苯二甲酸乙二醇酯则只能达到60％左右（经高度拉伸定向的聚对苯二甲酸乙二酯纤维可达80％）。当以上高聚物在成型过程中经过熔化、冷却而再结晶时，其结晶度将明显下降，以聚乙烯和聚四氟乙烯
为例，成型后其结晶度最多只能达到50％～60％，即便改善外在的结晶条件，其结晶度也只能增至80％左右，而始终达不到原有的程度。究其原因是，高聚物分子在生成过程中，它的混乱和卷曲程度不大，对晶体的生长比较有利，故结晶度较高。但在熔化。冷却而再结晶的过程中，由于分子热运动的推动，使混乱和卷曲的程度上升，妨碍了晶体的生长，最终造成了结晶度的下降。
6.3成型对结晶的影响
具有结晶倾向的高聚物，在成型后的制品中是否出现结晶，结晶度多大，制品各部分的结晶情况是否一致，这些问题在很大程度上取决于冷却速率和冷却的控制情况。
冷却速率快，则高聚物的结晶时间短，结晶度低。冷却速率慢，则生产周期长，结晶度高，制品易发脆。熔融温度高和熔融时间长，则结晶速率慢，结晶尺寸大，力学性能降低；相反，熔融温度低，时间短，则结晶速率快，晶体尺寸小而均匀，有利于提高制品的力学性能和热变形温度。同时应力、压力及成型中熔体受力方式等也将影响制品中结晶的最后结果。
由于结晶度能够影响制品的性能，因此，在实际生产中为改善由具有结晶倾向的高聚物所制产品的性能，常通过热处理的方法使非晶相转变为晶相，提高结晶度。在此应当指明的是，适当的热处理是可以提高高聚物的性能的，但是在热处理中，由于晶粒趋于完善粗大，其结果往往使得高聚物变脆，性能反而变坏。其次，热处理不仅在高聚物的结晶方面具有作用，同时还能摧毁制品中的分子取向作用（见下节），解除冻结应力，这些对改善制品性能也有益处。
6.4 结晶对性能的影响
结晶对高聚物性能的影响只能根据结晶度的不同进行相对比较，因为百分之百结晶或无定型的试样很难制得。结晶使得晶态高聚物的某些物理力学性能发生了变化，如硬度、密度、拉伸强度等随着结晶度的增加而提高：冲击强度和断裂伸长率则随之而下降。同时结晶度增大还会使材料变脆。有关同一种材料结晶度不同对性能影响的具体数值见表6。
表6 不同结晶度聚乙烯的性能比较
结晶对高聚物的光学性能有直接的影响，结晶与非结晶两相并存的高聚物呈乳白色，不透明，如聚乙烯、尼龙等。当结晶度减小时，透明度增加。完全非结晶的高聚物，通常是透明的，如有机玻璃、聚苯乙烯等。应当指出的是，并不是所有的结晶高聚物都不透明，聚4-甲基戊烯-1就是一个例外，同时，ABS 虽为非结晶型塑料，但却不透明。
随着高聚物结晶度的增加，材料的使用温度将会提高，同时还会影响其他
一系列的性能，如耐溶剂性，化学反应活性以及对蒸汽、气体、液体的渗透性等。
7成型过程中高聚物的取向
7.1 高聚物的取向机理
高聚物分子和某些纤维状填料，在成型过程中由于受到剪切流动（剪切应力）或受力拉伸时而沿受力方向作平行排列的现象，称为取向。取向分为单轴取向和双轴取向。
高聚物大分子的取向有链段取向和大分子链取向两种类型，见图6。链段取向可以通过单键的内旋转造成的链段运动来完成，在高弹态就可进行；而整个大分子链的取向需要大分子各链段的协同运动才能实现，因此，只能在粘流态下才能进行。取向过程是链段运动的过程，在外力作用下最早发生的是链段的取向，进一步才发展成为大分于链的取向。
图6 非晶高聚物的取向示意图
取向过程是大分子链或链段的有序化过程，而热运动却是使大分子趋向紊乱无序即解取向过程。取向需要在外力的作用下才能得以实现，而解取向却是一个自发过程。取向态在热力学上是一种非平衡态，一旦外力消失，则链段或大分子链便会自发解取向而恢复原状。因此，当为满足制品的某些性能而欲获得取向材料时，必须在取向后迅速将制品降温到玻璃化温度以下，将分子链或链段的运动冻结起来。但这种冻结只有相对的稳定性，随着时间的延续，特别是外界环境温度的升高或高聚物被溶剂溶胀时，依然要发生解取向。
7.2 流动取向和拉伸取向
取向过程分为两种，一种是大分子链、链段和纤维填料在剪切流动过程中沿流动方向的流动取向；另一种是大分子链、链段等结构单元在拉伸应力作用下沿受力方向的拉伸取向。
7.2.1流动取向
流动取向是高聚物熔体或浓溶液伴随流动而产生的，下面通过热塑性塑料的注射成型来说明流动取向。
图7是注射成型一长方形制品时采用双折射法实测的取向分布规律。结果表明，在矩形试样的横向，取向程度由中心向四周递增，但取向最大处不是模壁的表层而是介于中心与表层的次表层。在矩形试样的纵向，取向程度从浇口起顺着料流方向逐渐升高，达最大点（靠近浇口一侧）后又逐渐减小。
图7 矩形注射制品分子定向分布示意图
如前所述，流动取向是与剪切应力的作用密不可分的，当外力消失或减弱时，分子的取向又会被分子热运动所摧毁，高聚物大分子的取向在各点上的差异是这两种对立效应的净结果。
当塑料熔体从浇口进人模腔时，与模壁接触的一层因模温较低而冻结。从纵向看，由于导致塑料流动的压力在入模处最高，而在料流的前锋最低，因而由压力梯度所决定的剪切应力必将诱导大分子的定向程度在模腔纵向呈递减分布。但取向最大处不在浇口的四周，而在距浇口不远的位置上，这是因为，塑料熔体进入模腔后最先充满此处，有较长的冷却时间，冻结层形成后，大分子在这里受到的剪切应力也最大，所以取向程度也最高。从横向看，由于剪切应力的横向分布规律是靠模壁处最大，中心处最小，其取向程度的分布本应在靠模壁处最大，中心处最小，但由于取向程度低的前锋料遇到模壁时被迅速冷却而形成无取向或取向甚小的冻结层，从而使得横向取向程度最大处不在表层而在次表层。
为了改善制品的性能，在高聚物中常常加入一些纤维状或粉状填料，关于纤维状填料的取向问题，可通过成型扇形片状物为例来说明，见图8。经测试表明，扇形试样在切向方向上的抗拉强度总是大于径向方向上的，而在切向方向上的收缩率和后收缩率又往往小于径向。基于实际测量和显微分析的结果，我们可推断出填料在成型过程中的位置变化情况是按图8中1至6的顺序进行的（即含有纤维状填料的高聚物熔体经浇口进人模腔后马上沿半径方向散开，在模腔的中心部分流速最大，当熔体前沿遇到阻断力如模壁后，其流动方向改变为与阻断力垂直，最后纤维状填料形成同心环似的排列）。由此，我们可得出以下结论即：含有纤维状填料的高聚物在采用注射成型或挤出成型时，纤维状填料的长轴方向总是与料流的流动方向完全相同并沿此方向取向。为此，我们在设计模具时应注意这样一个问题：即制品在使用中的受力方向应该与塑料熔体在模内流动的方向相同，也就是设法保证纤维状填料的取向方向与制品的受力方向一致。这是因为，通常纤维状填料在制品中的取向是无法在制品制成后消除（热固性塑料）或改变的（热塑性塑料中可改变但难度大）。
图8 注射成型时高聚物熔体中纤维状填料在扇形制件中的流动取向过程示意
图
7.2.2拉伸取向
拉伸取向通常发生在薄膜或单丝生产的过程中，如果将没有取向的中间产品（薄膜和单丝），在玻璃化温度与熔点的温度区域内，沿着一个方向拉伸到原来长度的几倍时，则其中的分子链将在很大程度上顺着拉伸方向作整齐的排列，这种现象即为拉伸取向。对薄膜来说，拉伸如果是在一个方向上进行的，则这种方法称为单轴拉伸（或单向拉伸）；如果是在横直两个方向上进行的，则称为双轴拉伸（或双向拉伸）。将拉伸取向后的产品迅速冷却至室温，经测试，在拉伸方向上的抗张强度、抗冲击强度和透明性等都有很大的提高。例如聚苯乙烯薄膜的抗张强度可由34MPa增至82MPa。拉伸后的薄膜或单丝在重新加热时，将会沿拉伸取向的方向发生较大的收缩，为了改善这一状况，可将拉伸后的薄膜或单丝在张紧的情况下进行热处理，即在高于拉伸温度而低于熔点的温度区域内某一适宜的温度烘若干时间（通常为几秒钟），而后急冷至室温，这样得到的薄膜或单丝的收缩率就降低很多。
拉伸取向之所以要在高聚物的玻璃化温度和熔点之间进行，其原因是分子在高于玻璃化温度时才具有足够的活动，这时在有拉伸力的作用下，大分子才能从无规线团中被拉伸应力拉开、拉直以及在大分子彼此之间发生移动。事实上，高聚物在拉伸取向过程中的变形可分为三个部分：
（1）瞬时弹性变形：这是一种瞬息可逆的变形，是由分于键角的扭变和键长的伸长造成的。当拉伸应力解除时，这一部分变形能全部恢复。
（2）分子排直的变形：排直是大分子无规线团解开的结果，排直的方向与拉伸应力的方向相同。这一部分的变形即为分子取向部分，是拉伸取向工艺中所要求的，它在制品的温度降到玻璃化温度以下后即被冻结，是不能恢复的。
（3）粘性变形：这部分的变形与液体的变形一样，是分子间的滑移，也是不能恢复的。
拉伸过程是一个动态的过程，一方面有分子被拉直（即分子无规线团被解开），而另一方面也有分子在纠集成无规线团。
7.3 高聚物取向的影响因素
我们知道高聚物的结晶不能达到百分之百，同样高聚物也不可能达到完全取向。影响高聚物的取向因素包括成型条件（如温度、应力、时间、骤冷度、拉伸比、拉伸速度等）、高聚物的结构以及模具的形状等。
7.3.1温度、应力和时间对取向的影响
温度对高聚物的取向和解取向有着相互矛盾的作用，当温度升高时，大分子的热运动加剧，可促使形变很快发生利于取向，但同时又会缩短大分子的松弛时间，加快解取向的进程，因此，高聚物最终的有效取向决定于两个过程的平衡条件。
当温度高于粘流温度（或熔点）时，高聚物处于粘流态，流动取向（如高聚物在注射模腔中的流动取向）和粘流拉伸取向均发生在这一温度区间。在玻璃化温度到粘流温度之间，高聚物可通过热拉伸而取向，这个温度段是高聚物取向的最佳温度段。取向结构最终能否被保存下来，主要取决于冷却速度，冷却速度快或骤冷则利于取向结构的冻结。
纤维状填料的取向虽不会像大分子那样因分子热运动的加剧而解取向，但温度将通过高聚物粘度的改变而对纤维状填料的取向产生影响。
不管是流动取向还是拉伸取向，都是在有应力作用的情况下发生的，通常情况下，作用的应力越大，作用的时间越长，则制品的取向程度就越高。
7.3.2高聚物的结构和添加物对取向的影响
高聚物大分子的结构简单、柔性大、平均相对分子质量低，则取向比较容易；反之，则取向困难。晶态高聚物比非晶态高聚物在取向时需要更大的应力，但取向结构稳定。通常取向容易的，解取向也容易，除非这种高聚物能够结晶，否则取向结构稳定性差，如聚甲醛、高密度聚乙烯等。取向困难的，因需要在较大外力作用下取向，故其解取向也困难，所以取向结构稳定，如聚碳酸酯等。
由于成型和性能的需要，在高聚物中常加入一些低分子物质（如增塑剂、溶剂等）用以降低高聚物的玻璃化温度，缩短松弛时间，降低粘度，有利于加速形变，易于取向；但解取向速度也同时增大，如果取向后去除溶剂或使高聚物形成凝胶都有利于保持取向结构。
7.3.3模具对取向的影响
模具对取向的影响可归纳为：
（1）随着模具温度、制品厚度（即型腔的深度）、熔融塑料温度等的增加，大分子取向的程度即有减弱的趋势。
（2）增加浇口长度、成型压力和充模时间，大分于取向的程度也随之增加。
（3）大分子取向程度与浇口的位置和形状有很大关系，当把浇口设在型腔深度较大的部位时，对减小大分于的取向有利。
7.4取向对高聚物性能的影响
取向对高聚物的性能有较大影响，它会在制品中产生各向异性。通过表7所列的几种塑料试样在取向的直向和未取向的横向上抗张强度和伸长率的具体数值可说明这一点。
表7 某些塑料试样在横（未取向）直（取向）上的机械性能比较
各向异性（取向）对某些制品的使用性能是有益，有时须在制品中特意形成，如制造取向薄膜与单丝，起铰链作用的模塑制品等。但在制造许多厚度较大的制品时（特别是模塑制品），又力图消除各向异性，这是因为这类制品通常结构都较复杂，因而在这样的制品中不仅取向方向不一致，而且在制品中各部分的取向程度也有差异，其结果是给制品带来翘曲、变形甚至开裂等恶劣影响。
天津市咼等教育自学考试课程考试大纲 课程名称：材料加工和成型工艺课程代码：0934 第一部分课程性质与目标 一、课程性质与特点 材料加工和成型工艺是高等教育自学考试工业设计专业所开设的专业基础课程之一，它是一门理论联系实际、理论性较强的课程。本课程使考生全面了解工业造型材料的种类、性能、质感和工艺对产品造型设计的影响，以及常用材料的选用、加工技术和工艺。应用于产品造型设计中材料和加工工艺的选用，以便实现设计的目的和要求。 二、课程目标与基本要求 设置本课程，为了使考生能够熟悉造型设计与材料的关系，掌握各种材料的性能特点及 其加工工艺，了解新型材料，从而运用设计手段，充分利用材料的内在功能和表面特征，创 造出功能好、技术性能高、款式新颖的工业产品 通过本课程的学习，要求考生掌握产品开发设计中有关材料和加工工艺的基本知识、基本原理和方法，掌握产品造型设计材料与工艺的学习方法及理论联系实际方法，提高分析问题和解决问题能力。 三、与本专业其它课程的关系 材料加工和成型工艺是工业设计专业大学专科学生必修的专业基础课，它与工业设计专业的许多其它课程有着密切的关系，是产品改良设计、产品开发设计的先导课程。 第二部分考核内容与考核目标 第一章概论 一、学习目的与要求 通过本章学习，了解造型设计与材料和工艺性的关系，以及造型材料的基本概念，理解质感设计的形式、原则和作用，对造型材料有一个基本的认识。 二、考核知识点与考核目标 （一）产品造型设计与材料（重点） 识记：造型材料的特性、应用与发展 理解：材料与造型 造型材料的种类与基本性能 造型材料应具备的特性 造型材料的应用与发展 （二）工业造型材料的美学基础（重点） 理解：质感的概念 质感设计在造型设计中的作用 应用：造型质感设计形式与原则 （三）产品造型设计与工艺性（次重点） 理解：造型设计与加工工艺 造型设计与装配工艺 造型设计与装饰工艺
《材料结构与性能》习题 第一章 1、一 25cm长的圆杆，直径 2.5mm，承受的轴向拉力4500N。如直径拉细成 2.4mm，问： 1)设拉伸变形后，圆杆的体积维持不变，求拉伸后的长度； 2)在此拉力下的真应力和真应变； 3)在此拉力下的名义应力和名义应变。 比较以上计算结果并讨论之。 2、举一晶系，存在S14。 3、求图 1.27 所示一均一材料试样上的 A 点处的应力场和应变场。 4、一陶瓷含体积百分比为95%的 Al 2O（3 E=380GPa）和 5%的玻璃相（ E=84GPa），计算上限及下限弹性模量。如该陶瓷含有5%的气孔，估算其上限及下限弹性模量。 5、画两个曲线图，分别表示出应力弛豫与时间的关系和应变弛豫和时间的 关系。并注出： t=0,t= ∞以及 t= τε（或τσ）时的纵坐标。 6、一 Al 2O3晶体圆柱（图1.28 ），直径 3mm，受轴向拉力 F ，如临界抗剪强度τ c=130MPa，求沿图中所示之一固定滑移系统时，所需之必要的拉力值。同时 计算在滑移面上的法向应力。
第二章 1、求融熔石英的结合强度，设估计的表面能为 1.75J/m 2；Si-O 的平衡原子间距为 1.6 ×10-8 cm；弹性模量值从60 到 75GPa。 2、融熔石英玻璃的性能参数为：E=73GPa；γ =1.56J/m 2；理论强度。如材料中存在最大长度为的内裂，且此内裂垂直于作用力的方向，计算由此而导致的强度折减系数。 3、证明材料断裂韧性的单边切口、三点弯曲梁法的计算公式： 与 是一回事。
4、一陶瓷三点弯曲试件，在受拉面上于跨度中间有一竖向切口如图 2.41所示。如果 E=380GPa，μ =0.24 ，求 KⅠc值，设极限载荷达50 ㎏。计算此材料的断裂表面能。 5、一钢板受有长向拉应力350 MPa，如在材料中有一垂直于拉应力方向的 中心穿透缺陷，长 8mm（=2c）。此钢材的屈服强度为 1400MPa，计算塑性区尺 寸 r 0及其与裂缝半长 c 的比值。讨论用此试件来求 KⅠc值的可能性。 6、一陶瓷零件上有以垂直于拉应力的边裂，如边裂长度为：①2mm；②0.049mm；③ 2μ m，分别求上述三种情况下的临界应力。设此材料的断裂韧性为 2 1.62 MPa〃m。讨论诸结果。 7、画出作用力与预期寿命之间的关系曲线。材料系ZTA陶瓷零件，温度在 2 ，慢裂纹扩展指数-40 ，Y 取π 。设保 900℃， KⅠc为 10MPa〃m N=40，常数 A=10 证实验应力取作用力的两倍。 8、按照本章图 2.28 所示透明氧化铝陶瓷的强度与气孔率的关系图，求出经验公式。 9、弯曲强度数据为： 782，784，866，884，884，890，915，922，922，927，942， 944，1012 以及 1023MPa。求两参数韦伯模量数和求三参数韦伯模量数。 第三章 1、计算室温（ 298K）及高温（ 1273K）时莫来石瓷的摩尔热容值，并请和安杜龙—伯蒂规律计算的结果比较。 2、请证明固体材料的热膨胀系数不因内含均匀分散的气孔而改变。
各种材料及其加工工艺详解 1. 表面立体印刷（水转印）水转印——是利用水的压力和活化剂使水转印载体薄膜上的剥离层溶解转移，基本流程为： a. 膜的印刷：在高分子薄膜上印上各种不同图案； b. 喷底漆：许多材质必须涂上一层附着剂，如金属、陶瓷等，若要转印不同的图案，必须使用不同的底色，如木纹基本使用棕色、咖啡色、土黄色等，石纹基本使用白色等； c. 膜的延展：让膜在水面上平放，并待膜伸展平整； d. 活化：以特殊溶剂(活化剂)使转印膜的图案活化成油墨状态； e. 转印：利用水压将经活化后的图案印于被印物上； f. 水洗：将被印工件残留的杂质用水洗净； g. 烘干：将被印工件烘干，温度要视素材的素性与熔点而定； h. 喷面漆：喷上透明保护漆保护被印物体表面； i. 烘干：将喷完面漆的物体表面干燥。水转印技术有两类，一种是水标转印技术，另一种是水披覆转印技术，前者主要完成文字和写真图案的转印，后者则倾向于在整个产品表面进行完整转印。披覆转印技术(CubicTransfer)使用一种容易溶解于水中的水性薄膜来承载图文。由于水披覆薄膜张力极佳，很容易缠绕于产品表面形成图文层，产品表面就像喷漆一样得到截然不同的外观。披覆转印技术可将彩色图纹披覆在任何形状之工件上，为生产商解决立体产品印刷的问题。曲面披
覆亦能在产品表面加上不同纹路，如皮纹、木纹、翡翠纹及云石纹等，同时亦可避免一般板面印花中常现的虚位。且在印刷流程中，由于产品表面不需与印刷膜接触，可避免损害产品表面及其完整性。 2. 金属拉丝直纹拉丝是指在铝板表面用机械磨擦的方法加工出直线纹路。它具有刷除铝板表面划痕和装饰铝板表面的双重作用。直纹拉丝有连续丝纹和断续丝纹两种。连续丝纹可用百洁布或不锈钢刷通过对铝板表面进行连续水平直线磨擦（如在有装置的条件下手工技磨或用刨床夹住钢丝刷在铝板上磨刷）获取。改变不锈钢刷的钢丝直径，可获得不同粗细的纹路。断续丝纹一般在刷光机或擦纹机上加工制得。制取原理：采用两组同向旋转的差动轮，上组为快速旋转的磨辊，下组为慢速转动的胶辊，铝或铝合金板从两组辊轮中经过，被刷出细腻的断续直纹。乱纹拉丝是在高速运转的铜丝刷下，使铝板前后左右移动磨擦所获得的一种无规则、无明显纹路的亚光丝纹。这种加工，对铝或铝合金板的表面要求较高。波纹一般在刷光机或擦纹机上制取。利用上组磨辊的轴向运动，在铝或铝合金板表面磨刷，得出波浪式纹路。旋纹也称旋光，是采用圆柱状毛毡或研石尼龙轮装在钻床上，用煤油调和抛光油膏，对铝或铝合金板表面进行旋转抛磨所获取的一种丝纹。它多用于圆形标牌和小型装饰性表盘的装饰性加工。 螺纹是用一台在轴上装有圆形毛毡的小电机，将其固定在桌
??????????????????????精品自学考料推荐?????????????????? 浙江省 2018 年 10 月高等教育自学考试 材料加工和成型工艺试题 课程代码： 00699 一、单项选择题( 在每小题的四个备选答案中，选出一个正确答案，并将正确答案的序号填 在题干的括号内。每小题 2 分，共30分 ) 1.花岗岩属于下列岩石的哪一种?() A. 深成岩 B. 喷出岩 C.火山岩 D. 变质岩 2.在加工玻璃时，不能切割加工的玻璃是()。 A. 压花玻璃 B. 磨砂玻璃 C.铀面玻璃 D. 钢化玻璃 3.下列哪种树木属于针叶木 ?() A. 榉木 B. 杉木 C.樱桃木 D. 胡桃木 4.下列涂料中 ()只宜用于室内使用。 A. 苯——丙涂料 B. 聚乙烯醇系涂料 C.过氯乙烯涂料 D. 乙——丙涂料 5.下列哪项玻璃是制成屏风、扶栏、雕塑等制品?() A. 平板玻璃 B. 玻璃建筑构件 C.建筑艺术玻璃 D. 玻璃绝热材料 6.下列哪项不属于建筑主体的一部分?() A. 墙体 B. 楼板 C.围墙 D. 柱子 7.一般在护壁板与墙体基层间距较大时，踢脚板宜采取()处理。 A. 平接 B. 内凹式 C.外凸式 D. 垂直接 8.()不适合用于室外工程。 A. 陶瓷锦砖 B. 无铀地砖 C.铀面砖 D. 彩铀地砖 9.下图为屋顶花园基本构造层次，()为防水层。 10.下图为屋顶的类型，()为卷棚顶。 1
11.在木结构设计使用，木材不能长期处在()的温度中使用。 A.50 ℃以上 B.60℃以上 C.65℃以上 D.0 ℃以上 12.不属于常见采光屋顶的骨架布置形式的有() 。 A. 四边锥体 B. 多边型锥体 C.重叠体 D. 壳体 13.下图为主龙骨的是()。 14.下列哪项不是影响平板玻璃外观质量的缺陷?() A. 水 B. 气泡 C.疙瘩与砂粒 D. 线道 15.石膏制品不宜用于()。 A. 吊顶材料 B. 影剧院的穿孔贴面板 C.非承重型隔板墙 D. 冷库内的墙贴面 二、填空题 (每空 1 分，共 15 分 ) 1.根据化学成分的不同，建筑装饰材料可分为________、 ________和________三大类。 2.根据树叶的不同，木材可分为________和 ________两大类。 3.防水材料总体可分为________、 ________和 ________。 4.按照门的开启方式分，门有________、________、 ________、 ________等 8 种。 5.采用 ________或 ________ 等骨架结构将表面装饰构造层与建筑构件连接在一起的构造形 式称为结构类装饰构造。 6.陶瓷地砖一般厚________，其规格有400mm× 400mm,300mm × 300mm,250mm × 250mm 。 三、判断题 (判断下列各题，正确的在题后括号内打“√”，错的打“×” 。每小题1 分，共 5分 ) 1.密度是指材料在自然状态下单位体积的质量。() 2.在树木中，靠近髓心的部分称为心材，其材质最好。() 3.大理石楼面与花岗岩楼面的层次及材料基本不同。() 4.油漆是指涂刷在材料表面能够干结成膜的有机涂料。() 5.对于有水作用的房间，楼地面装饰应考虑抗渗漏、排积水等；对于有酸、碱腐蚀的房间， 应考虑耐酸碱、防腐蚀等。 () 四、问答题（每小题 5 分，共 20 分） 2
浙江省2018年10月高等教育自学考试 材料加工和成型工艺试题 课程代码：00699 一、填空题(本大题共9小题，每空1分，共15分) 请在每小题的空格中填上正确答案。错填、不填均无分。 1.材料的装饰特性主要包括光泽、__________、__________及花样、质感四个方面的因素。 2.剁斧板、__________、火烧板、__________、__________都是花岗石表面加工方法不同，而呈现出的不同形态。 3.日本由于地震灾害频繁，其高层建筑通常使用的建筑外窗玻璃是__________。 4.饰面构造又称“覆壁式构造”，主要是处理好__________层和__________层的连接构造方法。 5.根据建筑装饰材料的加工性能和饰面部位的不同，饰面构造可分为__________、贴面类饰面构造和__________三类。 6.从楼地面的施工工艺的角度进行分类，可以分为现制整体地面和__________。 7.__________设置在窗的上口，主要用来吊挂窗帘，并对窗帘轨道等构件起遮挡作用。 8.窗的功能有采光、__________、围护、__________、美观。 9.__________是指从天然岩体中开采出来，并加工成块状或板状材料的总称。 二、单项选择题(本大题共15小题，每小题2分，共30分) 在每小题列出的备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1.根据化学成分的不同分类，下列不包含在有色金属材料类别中的是() A.不锈钢 B.铝 C.铜 D.钛金 2.用氧气焊枪等喷火，使花岗石表层爆裂脱落，形成表面粗糙的板材是() A.火烧板 B.剁斧板 C.机刨板 D.粗磨板 3._____是安全玻璃的一种。() A.不透视玻璃 B.镜面玻璃 1
设计材料及加工工艺
材料与工艺 NO.1 1、什么是材料的固有特性？包括那些方面？ 1）、材料的固有特性是由材料本身的组成、结构所决定的，是指材料在使用条件下表现出来的性能，它受外界（即使用条件)的制约。 2）、包括两个方面： a、材料的物理性能：1、材料的密度 2、力学性能（强度、弹性、和塑性、脆性和韧性、刚度、 硬度、耐磨度） 3、热性能（导热性、耐热性、热胀性、耐火性） 4、电性能（导电性、电绝缘性） 5、磁性能 6、光性能 b、材料的化学性能：1、耐腐蚀性 2、抗氧化性 3、耐候性 2、什么是材料的派生性能？包括哪些内容？ 1）、它是由材料的固有特性派生而来的，即材料的加工特性、材料的感觉特性和环境特性。 2）、材料的派生特性包括材料的加工特性、材料的感觉特性、环境特性和环境的经济性。 3、工业造型材料应具备哪些特征？ 产品是由一定的材料经过一定的加工工艺而构成的，一件完美的产品必须是功能、形态和材料三要素的和谐统一，是在综合考虑材料、结构、生产工艺等物质技术条件和满足使用功能的前提下，将现代社会可能提供的新材料，新技术创造性的加以利用，使之满足人类日益增长的物质和精神需求。 4、简述材料设计的内容？ 产品材料中的材料设计，是以包含“物-人-环境”的材料系统为对象，将材料的性能、使用、选择、制造、开发、废气处理和环境保护看成一个整体，着重研究材料与人、社会、环境的协调关系，对材料的工学性、社会性、历史性、生理性和心理性、环境性等问题进行平衡和把握，积极评价各钟材料在设计中的使用价值和审美价值，使材料特性与产品的物理功能和心理功能达到高度的和谐统一。使材料具有开发新产品和新功能的特性，从各种材料的质感去获取最完美的结合和表现，给人以自然、丰富、亲切的视觉和触觉的综合感受。 5、材料设计方式有几种？各有什么特征？ 1）、产品材料造型设计其出发点在于原材料所具有的特性与产品所需性能之间的充分比较。 其主要方式有两种： 一是从产品的功能、用途出发、思考如何选择或研制相应的材料 二是从原材料出发，思考如何发挥材料的特性，开拓产品的新功能，甚至创
1 绪论1绪论材料加工工艺(第2版) 11材料加工工艺在制造业中的地位材料.txt珍惜生活——上帝还让你活着，就肯定有他的安排。雷锋做了好事不留名，但是每一件事情都记到日记里面。 1 绪论 1绪论 材料加工工艺(第2版) 1.1材料加工工艺在制造业中的地位 材料加工工艺（materials processing technology）又称材料成形技术，是金属液态成形、焊接、金属塑性加工、激光加工及快速成形、热处理及表面改性、粉末冶金、塑料成形等各种成形技术的总称。它是利用熔化、结晶、塑性变形、扩散、相变等各种物理化学变化使工件成形，达到预定的机器零件设计要求。材料加工成形制造技术与其他制造加工技术的重要不同点是工件的最终微观组织及性能受控于成形制造方法与过程。换句话说，通过各种先进的成形加工工艺，不仅可以获得无缺陷工件，而且能够控制、改善或提高工件的最终使用特性。材料加工工艺与机械切削加工方法不同，在加工过程中机器零件不仅会发生几何尺寸的变化，而且会发生成分、组织结构及性能的变化。因此材料加工工艺的任务不仅要研究如何获得必要几何尺寸的机器零部件，还要研究如何通过加工过程的控制而使零件具有设定的化学成分、组织结构和性能，从而保证机器零部件的安全性、可靠性和寿命。 图11材料科学与工程四要素 关系三角锥 材料的使用性能取决于材料的组织结构和成分，然而材料的应用最终取决于材料的制备与成形加工。因而，材料的成形加工工艺是制造高质量、低成本产品的中心环节，是材料科学与工程四要素中极为关键的一个要素（图11），也是促进新材料研究、开发、应用和产业化的决定因素。 材料加工技术不仅在机械电子工业领域、而且对制造业中的纺织工业、资源加工业及其他工业领域都起着重要作用。机械工业是国民经济的支柱产业。我国机械工业近年来取得了飞速的发展。根据中国机械工业联合会提供的统计数字,2006年我国机械工业的工业增加值占同期国内生产总值(GDP)的6.86%,国际上通常认为：当一个产业的增加值超过国内生产总值的5%即为支柱产业，我国机械工业长期以来高于此值。我国的机械工业无论产值、利润、新产品产值、进出口总额都在我国有着重要地位。 2006年，我国机械工业总产值突破5万亿元大关，全行业连续4年以20%以上的增幅快速发展。在主要机械产品中，2006年发电设备产量为1.1亿千瓦，比2005年创造的9200万千瓦
金属加工工艺 第一篇变形加工第二篇切削加工第三篇磨削加工第四篇焊接第五篇热处理第六篇表面处理 第一篇变形加工 一、塑性成型 二、固体成型 三、压力加工 四、粉末冶金 一、塑性成型加工 塑性(成型) 塑性(成型)加工是指高温加热下利用模具使金属在应力下塑性变形。 分类： 锻造： 锻造：在冷加工或者高温作业的条件下用捶打和挤压的方式给金属造型，是最简单最古老的金属造型工方式给金属造型，艺之一。艺之一。 扎制： 扎制：高温金属坯段经过了若干连续的圆柱型辊子，高温金属坯段经过了若干连续的圆柱型辊子，辊子将金属扎入型模中以获得预设的造型。 挤压：用于连续加工的，具有相同横截面形状的实心或者空心金属造型的工艺，状的实心或者空心金属造型的工艺，既可以高温作业又可
以进行冷加工。 冲击挤压：用于加工没有烟囱锥度要求的小型到中型规格的零件的工艺。生产快捷，可以加工各种壁厚的零件，加工成本低。 拉制钢丝： 拉制钢丝：利用一系列规格逐渐变小的拉丝模将金属条拉制成细丝状的工艺。 二、固体成型加工 固体成型加工：是指所使用的原料是一些在常温条件下可以进行造型的金属条、片以及其他固体形态。加工成本投入可以相对低廉一些。 固体成型加工分类：旋压：一种非常常见的用于生产圆形对称部件的加工方法。加工时，将高速旋转的金属板推近同样高速旋转的，固定的车床上的模型，以获得预先设定好的造型。该工艺适合各种批量形式的生产。弯曲：一种用于加工任何形式的片状，杆状以及管状材料的经济型生产工艺。 冲压成型： 金属片置于阳模与阴模之间经过压制成型，用于加工中空造型，深度可深可浅。 冲孔： 利用特殊工具在金属片上冲剪出一定造型的工艺，小批量生产都可以适用。冲切：与冲孔工艺基本类似，不同之处在于前者利用冲下部分，而后者利用冲切之后金属片剩余部分。 切屑成型：当对金属进行切割的时候有切屑生产的切割方式统称为切屑
复合材料加工工艺综述 前言： 复合材料(Composite materials)，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。 复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。 复合材料使用的历史可以追溯到古代。从古至今沿用的稻草增强粘土和已使用上百年的钢筋混凝土均由两种材料复合而成。20世纪40年代，因航空工业的需要，发展了玻璃纤维增强塑料（俗称玻璃钢），从此出现了复合材料这一名称。50年代以后，陆续发展了碳纤维、石墨纤维和硼纤维等高强度和高模量纤维。70年代出现了芳纶纤维和碳化硅纤维。这些高强度、高模量纤维能与合成树脂、碳、石墨、陶瓷、橡胶等非金属基体或铝、镁、钛等金属基体复合，构成各具特色的复合材料。 复合材料是一种混合物。在很多领域都发挥了很大的作用，代替了很多传统的材料。复合材料按其组成分为金属与金属复合材料、非金属与金属复合材料、非金属与非金属复合材料。按其结构特点又分为：①纤维复合材料。将各种纤维增强体置于基体材料内复合而成。如纤维增强塑料、纤维增强金属等。②夹层复合材料。由性质不同的表面材料和芯材组合而成。通常面材强度高、薄；芯材质轻、强度低，但具有一定刚度和厚度。分为实心夹层和蜂窝夹层两种。③细粒复合材料。将硬质细粒均匀分布于基体中，如弥散强化合金、金属陶瓷等。④混杂复合材料。由两种或两种以上增强相材料混杂于一种基体相材料中构成。与普通单增强相复合材料比，其冲击强度、疲劳强度和断裂韧性显著提高，并具有特殊的热膨胀性能。分为层内混杂、层间混杂、夹芯混杂、层内／层间混杂和超混杂复合材料。 60年代，为满足航空航天等尖端技术所用材料的需要，先后研制和生产了以高性能纤维（如碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维等）为增强材料的复合材料，其比强度大于4×106厘米（cm），比模量大于4×108cm。为了与第一代玻璃纤维增强树脂复合材料相区别，将这种复合材料称为先进复合材料。按基体材料不同，先进复合材料分为树脂基、金属
《材料结构与性能》 习题
《材料结构与性能》习题 第一章 1、一25cm长的圆杆，直径2.5mm，承受的轴向拉力4500N。如直径拉细成2.4mm，问： 1)设拉伸变形后，圆杆的体积维持不变，求拉伸后的长度； 2)在此拉力下的真应力和真应变； 3)在此拉力下的名义应力和名义应变。 比较以上计算结果并讨论之。 2、举一晶系，存在S14。 3、求图1.27所示一均一材料试样上的A点处的应力场和应变场。 4、一陶瓷含体积百分比为95%的Al2O3（E=380GPa）和5%的玻璃相（E=84GPa），计算上限及下限弹性模量。如该陶瓷含有5%的气孔，估算其上限及下限弹性模量。 5、画两个曲线图，分别表示出应力弛豫与时间的关系和应变弛豫和时间的关系。并注出：t=0,t=∞以及t=τε（或τσ）时的纵坐标。
6、一Al2O3晶体圆柱（图1.28），直径3mm，受轴向拉力F ，如临界抗剪强度τc=130MPa，求沿图中所示之一固定滑移系统时，所需之必要的拉力值。同时计算在滑移面上的法向应力。 第二章
1、求融熔石英的结合强度，设估计的表面能为1.75J/m2；Si-O的平衡原子间距为1.6×10-8cm；弹性模量值从60到75GPa。 2、融熔石英玻璃的性能参数为：E=73GPa；γ=1.56J/m2；理论强度。如材料中存在最大长度为的内裂，且此内裂垂直于作用力的方向，计算由此而导致的强度折减系数。 3、证明材料断裂韧性的单边切口、三点弯曲梁法的计算公式： 与 是一回事。 4、一陶瓷三点弯曲试件，在受拉面上于跨度中间有一竖向切口如图2.41所示。如果E=380GPa，μ=0.24，求KⅠc值，设极限载荷达50㎏。计算此材料的断裂表面能。 5、一钢板受有长向拉应力350 MPa，如在材料中有一垂直于拉应力方向的中心穿透缺陷，长8mm（=2c）。此钢材的屈服强度为1400MPa，计算塑性区尺寸r0及其与裂缝半长c的比值。讨论用此试件来求KⅠc值的可能性。
《工程材料力学性能》课后答案 机械工业出版社 2008第2版 第一章单向静拉伸力学性能 1、解释下列名词。 1弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。 2．滞弹性：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。 3．循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。 4．包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。 5．解理刻面：这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。 6．塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。 韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。 7.解理台阶：当解理裂纹与螺型位错相遇时，便形成一个高度为b的台阶。 8.河流花样：解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成为河流花样。是解理台阶的一种标志。 9.解理面：是金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，因与大理石断裂类似，故称此种晶体学平面为解理面。 10.穿晶断裂：穿晶断裂的裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂。 沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，多数是脆性断裂。 11.韧脆转变：具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时，冲击吸收功明显下降，断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂，这种现象称为韧脆转变 2、金属的弹性模量主要取决于什么因素为什么说它是一个对组织不敏感的力学性能指标 答：主要决定于原子本性和晶格类型。合金化、热处理、冷塑性变形等能够改变金属材料的组织形态和晶粒大小，但是不改变金属原子的本性和晶格类型。组织虽然改变了，原子的本性和晶格类型未发生改变，故弹性模量对组织不敏感。【P4】 3、试述退火低碳钢、中碳钢和高碳钢的屈服现象在拉伸力-伸长曲线图上的区别为什么 4、决定金属屈服强度的因素有哪些【P12】 答：内在因素：金属本性及晶格类型、晶粒大小和亚结构、溶质元素、第二相。 外在因素：温度、应变速率和应力状态。 5、试述韧性断裂与脆性断裂的区别。为什么脆性断裂最危险【P21】 答：韧性断裂是金属材料断裂前产生明显的宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中不断地消耗能量；而脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本上不发生塑性变形，没有明显征兆，因而危害性很大。 6、剪切断裂与解理断裂都是穿晶断裂，为什么断裂性质完全不同【P23】 答：剪切断裂是在切应力作用下沿滑移面分离而造成的滑移面分离，一般是韧性断裂，而解理断裂是在正应力作用以极快的速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，解理断裂通常是脆性断裂。 7、何谓拉伸断口三要素影响宏观拉伸断口性态的因素有哪些 答：宏观断口呈杯锥形，由纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成，即所谓的断口特征三要素。上述断口三区域的形态、大小和相对位置，因试样形状、尺寸和金属材料的性能以及试验温度、加载速率和受力状态不同而变化。 第二章金属在其他静载荷下的力学性能
浙江省2011年1月自学考试材料加工和成型工艺试题 课程代码：00699 一、填空题(本大题共13小题，每空1分，共32分) 请在每小题的空格中填上正确答案。错填、不填均无分。 1.无机非金属材料包括：___________、___________和___________等。 2.加工材料是指介于___________和___________之间，经过不同程度人为加工的材料。 3.不同的材料有不同的成型加工方法。材料的成型技术有很多种，对金属材料而言，有铸造：包括___________和压铸等；有压力加工：包括___________、___________和挤压等；有连接：包括___________、铆接和粘接等。 4.材料的___________ 是物体表面由于内因和外因而形成的结构特征，通过和视觉所产生的综合印象。 5.___________ 是指材料传导电的能力。根据导电能力的强弱，把材料分为___________ ，半导体和___________。 6.材料的加工性能包括：___________，___________，可焊性，切削加工性。 7.铸造工艺通常包括：铸型准备、铸造金属的___________与___________、铸件处理与检验。 8.普通陶瓷产品在日用器皿、___________陶瓷、___________陶瓷、美术陶瓷、烹饪陶瓷、各种工艺品和工业用具 中应用广泛。 9.天然有机高分子材料是指原材料能从自然界中直接获取的有机高分子材料，主要有___________、___________以及部分原材料衍生物等。 10.人造板材是指利用___________、刨花、木屑、废材以及其他植物纤维等为原料，经过___________或化学处理制成的板材。 11.合成高分子材料也称为聚合物材料，是以人工聚合物为基本组成的高分子材料，分为___________、___________、合成树脂涂料、___________、高分子合成黏合剂、特种功能高分子材料六类，其应用已遍及生产、生活、科技的各个领域，是和金属、陶瓷、玻璃等传统材料同样重要的材料分支。 12.生态环境材料，是指同时具有令人满意的使用性能和优良的环境协调性，或者是能够改善环境的材料。其中环境协调性指的是对资源和能源___________ 、对环境___________和循环再生利用率高。对生态环境材料的研究将有助于解决资源短缺、环境恶化等一系列问题，促进社会经济的可持续发展。 13.人类的___________史就是对材料的使用史。人们通常以不同特征的材料来划分人类不同的历史时期，例如___________、陶器时代、___________、铁器时代、人工合成材料时代等，为人类文明的历史树起了一座座里程碑。 二、名词解释（本大题共4小题，每小题5分，共20分） 1.天然材料 2.密度 3.粉末合金 4.构性 第 1 页
金属材料力学性能基本知识 及钢材的脆化 金属材料是现代工业、农业、国防以及科学技术各个领域应用最广泛的工程材料，这不仅是由于其来源丰富,生产工艺简单、成熟,而且还因为它具有优良的性能。 通常所指的金属材料性能包括以下两个方面: 1．使用性能即为了保证机械零件、设备、结构件等能正常工作，材料所应具备的性能,主要有力学性能(强度、硬度、刚度、塑性、韧性等）,物理性能（密度、熔点、导热性、热膨胀性等),化学性能(耐蚀性、热稳定性等)。使用性能决定了材料的应用范围,使用安全可靠性和使用寿命。 2 工艺性能即材料在被制成机械零件、设备、结构件的过程中适应各种冷、热加工的性能,例如锻造,焊接，热处理，压力加工,切削加工等方面的性能。工艺性能对制造成本、生成效率、产品质量有重要影响。 1．1材料力学基本知识 金属材料在加工和使用过程中都要承受不同形式外力的作用，当外力达到或超过某一限度时,材料就会发生变形以至断裂。材料在外力作用下所表现的一些性能称为材料的力学性能。锅炉压力容器材料的力学性能指标主要有强度、硬度、塑性、韧性等这些性能指标可以通过力学性能试验测定。 1．1．１强度 金属的强度是指金属抵抗永久变形和断裂的能力。材料强度指标可以通过拉伸试验测 出。把一定尺寸和形状的金属试样（图1~２)装夹在试验机上，然后对试样逐渐施加拉伸载荷，直至把试样拉断为止。根据试样在拉伸过程中承受的载荷和产生的变形量之间的关系，可绘出该金属的拉伸曲线(图１—3)。在拉伸曲线上可以得到该材料强度性能的一些数据。图1—３所示的曲线，其纵坐标是载荷P(也可换算为应力d),横坐标是伸长量ＡL(也可换算为应变ｅ)。所以曲线称为P—AL曲线或一一s曲线。图中曲线A是低碳钢的拉伸曲线,分析曲线A,可以将拉伸过程分为四个阶段:
课程名称：材料加工和成型工艺课程代码：00699 第一部分课程性质与目标 一、课程性质与特点 《材料加工及成型工艺》是一门研究制造机器零件选材及毛坯成形方法的综合性技术学科。它是高等学校机械类专业一门重要的技术基础课。 二、课程目标与基本要求 本课程的目标是：通过本课程的学习，使学生获得常用工程材料及成形工艺方法的基础知识，培养学生综合运用材料及成形工艺知识进行选择材料与改性方法、选择毛坯生产方法以及工艺路线分析的初步能力，并为学习其他有关课程和从事工业工程生产第一线技术工作奠定必要的基础。 本课程基本要求如下： 1、理解必需的材料科学及有关成形技术的理论基础；建立对材料成分、结构组织、加工使用、性能行为之间关系及规律的认识。 2、熟识各类常用结构工程材料的成分、结构、性能、应用特点及牌号的表示方法；识记各类结构工程材料的强化、改性及表面技 术的知识。 3、熟识常用成形工艺方法的工艺特点及应用范围；基本掌握机械设计中对零件结构工艺性的要求。 4、掌握选择零件材料及成形工艺的基本原则和方法步骤，初步具备合理选择材料、成形工艺（毛坯类型）及强化（或改性、表面 技术应用等）方法并正确安排工艺路线（工序位置）的能力。 三、本课程与本专业其他课程的关系 学习本课程前，考生应具有机械制图、力学等基础知识，课前或课中应进行金工实习或金工参观实践，以便考生更好地掌握本课程的基础知识。 第二部分考核内容与考核目标 第一章材料的力学行为和性能 一、学习目的与要求 通过本章的学习，理解结构工程材料在载荷作用下的力学行为，识记在不同的服役条件下的失效形式；熟识各种力学性能指标的含义及其测试方法。 二、考核知识点与考核目标 （一）重点 识记：弹性变形、塑性变形、应力、应变、冲击韧性与疲劳强度的概念，。 理解：抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、断面收缩率概念。 应用：各种硬度的测试方法及其应用范围、断后伸长率及断面收缩率的计算。 （二）次重点 识记：材料的高温力学性能、材料的低温力学性能的概念。 理解：弹性极限、弹性模量的概念。 应用：零件材料的服役条件的概念。 （三）一般 识记;、应力场强度因子及K判据的概念。 理解：韧性断裂与脆性断裂、低应力断裂、蠕变的概念。 应用：不同硬度指标值之间的换算。 第二章材料的结构 一、学习目的与要求 通过本章的学习，识记常用金属材料的晶体结构类型及晶体缺陷、材料的同素异构概念；理解金属相结构的类型及其性能特点、同分异构的概念、陶瓷及高分子材料的结构特点。 二、考核知识点与考核目标 （一）重点 识记：金属晶体结构及其同素异构转变。 理解：金属的基本相结构的类型及其性能特点、固溶体、金属化合物的概念及其特性。 应用：固溶强化的原理及措施。 （二）次重点 识记：高分子材料的结构特点。 理解：晶格、晶包、晶格常数的概念、材料的同分异构的概念、有机化合物与高聚物的同分异构现象、结合键的概念及其各类型的性能特点、大分子的聚集态结构分类及其特、结晶对高聚物性能的影响。 应用：高分子材料的老化及防止。 （三）一般 识记：离子键、共价键、金属键、分子键的概念。 理解：陶瓷材料、晶体中的缺陷与陶瓷材料。 第三章凝固与二元合金相图 一、学习目的与要求 通过本章的学习，识记铁碳合金相图及其应用，熟悉铁碳合金成分、组织、性能、用途之间的关系及变化规律。理解金属材料的晶体结构、结晶规律、细晶强化的原理与措施及材料的成分、组织与性能间的关系及变化规律。 二、考核知识点与考核目标
1、金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。 2、金属材料的使用性能是指材料在使用过程中表现出来的性能，它包括机械性 能、物理性能和化学性能等。 3、金属材料的工艺性能是指材料对各种加工工艺适应的能力，它包括铸造性 能、压力加工性能、焊接性能和切削加工性能等。 4、根据载荷作用性质不同，载荷可分为静载荷、冲击载荷、疲劳载荷等 三种。 5、材料按照其化学组成可以分为金属材料、非金属材料、复合材料和有机材料四类。 6、材料基本性能包括固有特性和派生特性。 7、材料的工艺性能包括切削加工工艺性能、铸造工艺性能、锻造工艺性能、焊接工艺性能、热处理工艺性能等。 8、工业产品造型材料应具备的特殊性能包括感觉物性、加工成型性、表面工艺性和环境耐候性。 9、钢铁材料按化学组成分为钢材、纯铁和铸铁；其中钢材按化学组成分为碳素钢和合金钢。 10．铸铁材料按照石墨的形态可分为可锻铸铁、灰口铸铁和球墨铸铁三种。 11、变形铝合金主要包括锻铝合金、硬铝合金、超硬铝合金和防锈铝合金。 12、金属制品的常用铸造工艺包括砂型铸造、熔模铸造和金属型铸造等。 13、金属材料的表面处理技术包括表面改质处理、表面精整加工和表面被覆处理。 14、塑料按照其重复加工利用性能可以分为热塑性塑料和热固性塑料。 15、塑料制品的成型工艺主要包括吹塑成型、挤塑成型、吸塑成型、注塑成型等。 16、陶瓷材料根据其原料、工艺和用途，可以分为传统陶瓷和近代陶瓷两 大类。 17、陶瓷制品的工艺过程一般包括原配料、坯料成型和窑炉烧结三个主 要工序。 18、陶瓷制品的坯体成型方法主要有压制成型、可塑成型和注浆成型三种。
19、陶瓷制品的旋压成型可以分为覆旋旋压法和仰旋旋压法两种。 20、日用陶瓷制品可以分为陶器、瓷器和炻器。其中陶器的气孔率和吸水率介于炻器和瓷器之间。 21、玻璃按用途可分为日用器皿玻璃、技术用玻璃、建筑用玻璃、和玻璃纤维四大类。 22、玻璃的加工工艺包括原料装配、加热熔融、成型加工、热处理和表面装饰。 23、玻璃成型工艺包括压制、拉制、吹制、压延、浇注和结烧等。 24、锻造是利用手锤锻锤或压力设备上的模具对加热的金属抷料施力，使金属材料在不分离条件下产生变形，以获得形状尺寸和性能符合要求的零件。 25、金属焊接按其过程特点可分为3大类：熔焊、压焊、钎焊 26、金属切削加工可分为钳工和机械加工两部分。 27、木材与其他材料相比，具有多孔性、各向异性、湿涨干缩性、燃烧性和生物降解性等独特性质。 28、木材在横切面上硬度大，耐磨损，但易折断，难刨削，加工后不易获得光洁表面。 29、塑料的基本性能：质轻比强度高，优异的电绝缘性能，减摩耐磨性能好，优良的化学性能，透光及防护性能，减震消音性能好，独特的造型工艺性能，良好的质感和光泽度。 30、塑料的挤出成型也称挤压模塑和挤塑，它是在挤出机中通过加热，加压而使物料以流动状态连续通过挤出模成型的方法。 31、按照陶瓷材料的性能功用可分为普通陶瓷和特种陶瓷两种。 32、玻璃的熔制过程分为：硅酸盐的形成，玻璃的形成，澄清和均化，冷却。 33、金属材料的表面处理技术包括表面改质处理、表面精整加工和表面被覆处理。 34、金属件的连接工艺可以分为机械性连接、金属性连接和化学性连接三种类型。 35、涂料由主要成膜物质、次要成膜物质和辅助材料三部分组成。
第一章 包申格效应：指原先经过少量塑性变形，卸载后同向加载，弹性极限（σP）或屈服强度（σS）增加；反向加载时弹性极限（σP）或屈服强度（σS）降低的现象。 解理断裂：沿一定的晶体学平面产生的快速穿晶断裂。晶体学平面－－解理面，一般是低指数，表面能低的晶面。 解理面：在解理断裂中具有低指数，表面能低的晶体学平面。 韧脆转变：材料力学性能从韧性状态转变到脆性状态的现象（冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型转变微穿晶断裂，断口特征由纤维状转变为结晶状）。 静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材料从变形到断裂所消耗的功叫做静力韧度。是一个强度与塑性的综合指标，是表示静载下材料强度与塑性的最佳配合。 可以从河流花样的反“河流”方向去寻找裂纹源。 解理断裂是典型的脆性断裂的代表，微孔聚集断裂是典型的塑性断裂。 5.影响屈服强度的因素 与以下三个方面相联系的因素都会影响到屈服强度 位错增值和运动 晶粒、晶界、第二相等 外界影响位错运动的因素 主要从内因和外因两个方面考虑 （一）影响屈服强度的内因素 1．金属本性和晶格类型（结合键、晶体结构）
单晶的屈服强度从理论上说是使位错开始运动的临界切应力，其值与位错运动所受到的阻力（晶格阻力－－派拉力、位错运动交互作用产生的阻力）决定。 派拉力： 位错交互作用力 （a是与晶体本性、位错结构分布相关的比例系数，L是位错间距。）2．晶粒大小和亚结构 晶粒小→晶界多（阻碍位错运动）→位错塞积→提供应力→位错开动→产生宏观塑性变形。 晶粒减小将增加位错运动阻碍的数目，减小晶粒内位错塞积群的长度，使屈服强度降低（细晶强化）。 屈服强度与晶粒大小的关系： 霍尔－派奇（Hall-Petch) σs= σi+kyd-1/2 3．溶质元素 加入溶质原子→（间隙或置换型）固溶体→（溶质原子与溶剂原子半径不一样）产生晶格畸变→产生畸变应力场→与位错应力场交互运动→使位错受阻→提高屈服强度（固溶强化）。 4．第二相（弥散强化，沉淀强化） 不可变形第二相 提高位错线张力→绕过第二相→留下位错环→两质点间距变小→流变应力增大。 不可变形第二相 位错切过（产生界面能），使之与机体一起产生变形，提高了屈服强度。 弥散强化：
设计材料及加工工艺（章节总结）
第一章概论 1.1 设计与材料纵观人类的进化史，与人类的生活和社会发展密不可分的有很多因素，其中材料的的开发、使用和完善就是其中之一。 材料是人类生产各种所需产品和生活中不可缺少的物质基础。可以说我们生活的周围任何物品都离开材料。材料科学的发展，使产品形态产生了根本变化，材料的发展，更是推动了人们生活的进步。 1.2 产品造型设计的物质基础材料在产品造型设计中，是用以构成产品造型，不依赖于人的意识而客观存在的物质，所以材料是工业造型设计的物质基础。 工艺：材料的成型工艺、加工工艺和表面处理工艺。是人类认识、利用和改造材料并实现产品造型的技术手段。 材料与工艺是设计的物质技术条件，与产品的功能、形态构成了产品设计的三大要素。而产品的功能和造型的实现都建立在材料和工艺上。 1.3 材料设计 1.材料设计的内容 产品造型中的材料设计，以“物—人—环境的材料系统为对象，将材料的性能、使用、选择、制造、开发、废弃处理和环境保护啊看成一个整体，着重研究材料特性与人、社会、环境的协调关系，对材料的工学性，社会性、经济性、历史性、生理性、心理性和环境性等问题进行平衡和把握，积极评价各种材料在设计中的使用和审美价值，是材料的特性和产品的物理功能和犀利功能达到高度的和谐统一，是材料具有开发新产品和新功能的可行性，并从各种材料的质感中获取最完美的结合和表现，给人以自然，丰富、亲切的视觉和触觉的综合感受。产品造型的材料选择中，我们不仅要从材料本身的角度考虑材料的功能特性，还要考虑整个材料设计系统。 材料设计的方式出发点：原材料所具有的特性与产品所需性能之间的比较。 两种主要方式：（从产品的功能用途出发，思考如何选择和研制相应材料（从原料出发，思考 如何发挥材料的特性，开拓产品的新功能，甚至创造全新的产品。 材料与产品的匹配关系产品设计包含功能设计、形式设计，在产品设计中都要匹配。 材料性能的三个层次：核心部分是材料的固有性能；中间层次世人的感觉器官能直接感受的材料性能；外层是材料性能中能直接赋予视觉的表面性能。 产品功能设计所要求的是与核心部分的材料固有性能相匹配，而在产品设计中除了材料的形态之外，还必须考虑材料与使用者的触觉、视觉相匹配。 1.4 设计材料的分类 1.按材料的来源分类：①天然材料②技工材料③合成材料④复合材料⑤智能材料或应变材料按材料的物质结构分类：①金属材料②无机材料③有机材料④复合材料 按材料的形态分类：①线状材料②板状材料③块状材料 1.5 材料特性的基本特性 从材料特性包括：①材料的固有特性，即材料的物理化学特性②材料的派生特性，即材料的加工特性材料的感觉特性和经济特性。 特性的综合效应从某种角度讲决定着产品的基本特点。 1.5.1 材料特性的评价 材料特性的评价：①基础评价，即以单一因素评价②综合评价，即以组合因素进行评价。 1.5.2 材料的固有特性材料的固有特性是由材料本身的组成、机构所决定的，是指材料在使用条件下表现出来的性能，他受外界条件的制约。 1.5.3 材料的派生特性材料的派生特性包括材料的加工特性、材料的感觉特性、环境特性和材料的经济性。 第二章材料的工艺特性材料的工艺特性是指：材料适应各种工艺处理要求的能力，材料的工艺性包括材料的成型工艺、加工工艺和表面处理工艺。他是材料固有特性的综合反映，是决定材料能否进行加工或如何