5.4 非金属材料及成形

《工程材料与热处理》课程标准课程名称：工程材料与热处理课程性质：专业基础课学分：3.5计划学时：60适用专业：机械设计与制造1.前言1.1课程性质工程材料与热处理机制专业学生必修的一门专业基础课。

是一门应用性和综合性很强的课程，使学生通过理论教学，获得常用机械工程材料、金属热加工和热处理的基本知识，为学习后续课程及形成综合职业能力打下必要的基础。

1.2设计思路本课程根据机械行业技术专业发展需要和完成职业岗位实际工作任务所需要的知识、能力、素质要求选择课程内容，从“任务与职业能力”分析出发，设定职业能力培养目标。

通过绪论\金属材料力学性能、纯金属与合金的晶体结构与结晶、铁碳合金相图、钢的热处理、常用钢材及选用、铸铁、非铁金属材料、非金属材料、铸造成型工艺、锻压成形工艺、焊接成形工艺、机械零件的毛坯成形综合选材等十三个任务的学习，让学生在了解金属材料特性，各毛培成形工艺过程的基础上，初步形成合理选择零件材料及毛坯加工成形方法的能力，培养学生解决实际问题的能力。

在课程实施过程中，充分利用课程特征，加大学生工程体验的教学设计，激发学生的主体意识和学习兴趣。

2.课程目标2.1总体目标学习并掌握常用材料特性和用途、掌握常用材料的热处理方法与作用和用途，使学生能合理选择材料和进行合理的热处理，从而培养适合专业发展需要的专门人才。

2.2具体目标2.2.1能力目标：1.具有根据零件的使用要求选择零件材料的能力；2.初步具有选择钢材热处理方法的能力；3.初步具有选择零件毛坯成形方法的能力。

2.2.2知识目标：1.以铁碳合金的成分组织温度性能为主线，了解四者的相互关系和变化规律的基础知识，初步具有根据零件的使用要求选择零件材料的能力;2.了解钢材在实际加热和冷却时内部组织的变化及其对钢材性能的影响，了解各种热处理方法的目的、工艺和应用，初步具有选择钢材热处理方法的能力；3.了解毛坯的成形方法和基本工艺过程，初步具有选择零件毛坯成形方法的能力。

材料成形工艺基础江苏大学智慧树知到答案2024年第一章测试1.“成形”指的是通过加工使材料具有了某种状态，其内涵较“成型”更加丰富。

（）A:对 B:错答案:A2.铸造、锻压和焊接，都有一个对坯料进行加热的过程，故都属于热加工工艺的范畴。

（）A:错 B:对答案:A3.云纹铜禁的主要成形工艺为砂型铸造。

（）A:错 B:对答案:A4.金属连接成形工艺一般可分为焊接以及铆接、黏结等。

（）A:对 B:错答案:A5.增材制造是一种金属液态成形工艺。

（）A:对 B:错答案:B6.“失蜡法”铸造是（）。

A:砂型铸造B:熔模铸造C:实型铸造D:压力铸造答案:B7.《梦溪笔谈》中记载了灌钢工艺中的（）。

A:生铁陷入法B:生铁覆盖法C:生铁冶炼法D:生铁提纯法答案:A8.秦始皇铜车马中铜马脖子上的项圈采用的连接工艺是（）。

A:钎焊B:黏结C:铸焊D:铆接答案:A9.非金属材料成形一般包括陶瓷材料成形、高分子材料成形和（）。

A:塑料成形B:橡胶成形C:复合材料成形D:胶黏剂成形答案:C10.材料成形工艺除非金属材料成形之外，一般还包括（）。

A:金属连接成形B:金属塑性成形C:金属液态成形D:增材制造答案:ABCD第二章测试1.合金收缩经历三个阶段，其中液态收缩和固态收缩是产生缩孔和缩松的基本原因。

（）A:错 B:对答案:A2.为防止铸件产生裂纹，在设计零件时一般力求壁厚均匀。

（）A:错 B:对答案:B3.选择分型面的第一条原则是保证能够起模。

（）A:对 B:错答案:A4.压力铸造可铸出形状复杂的薄壁铸件，是因为保持了一定工作温度的铸型提高了合金充型能力所致。

（）A:错 B:对答案:A5.起模斜度是为便于起模而设置的，并非零件结构所需要。

（）A:对 B:错答案:A6.合金的铸造性能主要包括（）。

A:充型能力和流动性B:充型能力和收缩C:流动性和缩孔倾向D:充型能力和变形倾向答案:B7.下面合金形成缩松倾向最大的是（）。

A:远离共晶成分的合金B:共晶成分的合金C:纯金属D:近共晶成分的合金答案:A8.灰口铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁在机械性能上有较大差别，主要是因为它们（）不同。

《工程材料及成型工艺》练习题（复习资料）绪论1、材料分为金属、__________以及复合材料三大类。

其中金属包括纯金属和__________，纯金属又包括__________金属和有色金属；而非金属材料包括____________________、无机非金属材料。

2、常用的材料成形方法有__________成形、__________成形、__________成形和非金属成形。

第一章工程材料1.2 固体材料的性能1、应力应变图横坐标表示__________，纵坐标表示__________。

p、e、s、b点应力分别表示什么？2、书P80 第1题3、书P80第2题4、机械零件在正常工作情况下多数处于（）。

A．弹性变形状态B．塑性变形状态C．刚性状态D．弹塑性状态5、在设计拖拉机气缸盖螺栓时主要应选用的强度指标是（）。

A．屈服强度B．抗拉强度C．伸长率D．断面收缩率6、用短试样做拉伸实验，根据公式，伸长率会更大，说明短试样塑性更好。

（）7、工程上希望屈强比sbσσ高一些，目的在于（）。

A．方便设计B．便于施工C．提高使用中的安全系数D．提高材料的有效利用率8、所有的金属材料均有明显的屈服现象。

（）9、下列力学性能指标中，常被作为机械设计和选材主要依据的力学性能指标是（）A．σb B．HBW C．δD．HRC10、在外力作用下，材料抵抗塑性变形和断裂的能力称为__________。

11、材料在外力去除后不能完全自动恢复而被保留下来的变形称__________。

12、金属材料抵抗硬物体压入的能力称为__________。

13、某仓库内1000根20钢和60钢热轧棒料被混在一起。

请问怎样用最简便的方法把这堆钢分开？14、常见的硬度表示方法有：__________硬度、__________硬度和维氏硬度。

15、当温度降到某一温度范围时，冲击韧性急剧下降，材料由韧性状态转变为脆性状态。

这种现象称为“__________”。

工程材料及其成型基础大纲一、概述1.工程材料及其成型的定义和概念2.工程材料的分类及应用领域3.工程材料的性能要求和测试方法二、金属材料1.金属材料的分类和特点2.金属的晶体结构和缺陷3.金属的力学性能及其测试方法4.金属材料的热处理和强化机制5.常见金属材料的应用和加工工艺三、非金属材料1.非金属材料的分类和特点2.非金属材料的结构和性能3.非金属材料的应用领域和特殊性能4.非金属材料的加工和成型工艺四、高分子材料1.高分子材料的分类和特点2.高分子材料的结构和性能3.高分子材料的加工和改性方法4.常见高分子材料的应用领域和加工工艺五、复合材料1.复合材料的概念和分类2.复合材料的结构和性能3.复合材料的增强机制和界面特性4.复合材料的制备和成型工艺5.常见复合材料的应用领域和加工方法六、成型工艺1.金属材料的成型方法和工艺流程2.非金属材料的成型方法和工艺流程3.高分子材料的成型方法和工艺流程4.复合材料的成型方法和工艺流程七、表面处理与涂装1.表面处理的目的和方法2.金属材料的表面处理工艺3.非金属材料的表面处理工艺4.涂装技术及其应用八、工程材料的环境损伤与防护1.工程材料在使用过程中的损伤类型和机理2.工程材料的防护措施和方法3.工程材料的可持续发展和环境保护九、新材料与材料设计1.新型工程材料的研究和应用现状2.材料设计的原则和方法3.材料设计与工程实践以上为工程材料及其成型基础大纲的主要内容，通过对材料基本概念、分类、性能和加工工艺的介绍，使学生能够掌握工程材料的选择、设计和加工方法，进而提高工程实践能力。

金属成型工艺概述一、基础知识金属成型是在许多行业中使用的重要工艺,例如汽车,家用电器,器皿,航空航天以及许多其他行业。

金属成形工艺包括：金属液态成形、金属塑性成形、金属材料的连接成形、表面成形及强化技术，此外还有非金属材料的成形。

a.金属液态成形主要是铸造；b.金属塑性成形主要有：锻造、轧制、挤压、拉拔、板料冲压；c.金属材料的连接成形有：焊接、粘接；d.表面成形及强化技术有：喷涂与气相沉积；e.非金属材料的成形主要有：工程塑料或橡胶的成形、工程陶瓷及复合材料的成形。

二、金属液态成形2.1金属液态成形工艺是将金属进行熔炼，得到所需成分并具有足够的流动性的液态金属，然后将液态金属浇入到铸型腔中，冷却凝固后得到具有与型腔一样形状和尺寸的铸件。

金属液态成形工艺俗称铸造，应用广泛。

其特点为：a.最适合铸造形状复杂，特别是具有复杂内腔的毛坯或零件。

b.铸件的大小几乎不受限制，铸件壁厚可由0.5mm到1m，重量可从几克到几百吨。

c.适用于铸造的材料范围广，价格低廉。

2.2铸造在机械制造中应用极其广泛，在各种类型的机器设备中，如机床、内燃机等铸件所占的比例很大。

但铸件存在着许多不足，如铸件内部组织粗大，成分不均匀，力学性能较差，而且铸造工艺复杂，铸件质量不稳定，废品率高，生产条件差等。

常用铸造合金有铸铁、铸钢、铸造有色金属及其合金等。

a.铸铁按碳的存在形式不同，分为白口铸铁、灰口铸铁、麻口铸铁。

此外根据铸铁性能的不同还分为：球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁、耐磨铸铁、耐热铸铁、耐蚀铸铁等。

b.常用铸钢分为碳素铸钢和合金铸钢两大类。

c.铸造有色金属及合金主要包括：铸造铝合金、铸造铜合金。

铸造方法分为：砂型铸造、特种铸造、d.砂型铸造有：手工造型、机器造型。

e.特种铸造有：金属型成形、熔模铸造、压力铸造、离心铸造、陶瓷型成形、壳型铸造、挤压铸造、气化模铸造等。

三、金属塑性成形3.1金属塑性成形（也称为压力加工）是利用金属在外力作用下所产生的塑性变形，来获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的生产方法。

填空题1．常用毛坯的成形方法有铸造、、粉末冶金、、、非金属材料成形和快速成形.2.根据成形学的观点,从物质的组织方式上,可把成形方式分为、、.1．非金属材料包括、、、三大类.2．常用毛坯的成形方法有、、粉末冶金、、焊接、非金属材料成形和快速成形3.钢的常用热处理工艺有退火、、、4.快速成形的主要工艺方法有立体光固化、、、三维打印等。

作业2 铸造工艺基础专业_________班级________学号_______姓名___________2-1 判断题（正确的画O，错误的画×）1．浇注温度是影响铸造合金充型能力和铸件质量的重要因素。

提高浇注温度有利于获得形状完整、轮廓清晰、薄而复杂的铸件。

因此，浇注温度越高越好。

（×）2．合金收缩经历三个阶段。

其中，液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔、缩松的基本原因，而固态收缩是铸件产生内应力、变形和裂纹的主要原因。

（O）3．结晶温度范围的大小对合金结晶过程有重要影响。

铸造生产都希望采用结晶温度范围小的合金或共晶成分合金，原因是这些合金的流动性好，且易形成集中缩孔，从而可以通过设置冒口，将缩孔转移到冒口中，得到合格的铸件。

（O）4．为了防止铸件产生裂纹，在零件设计时，力求壁厚均匀；在合金成分上应严格限制钢和铸铁中的硫、磷含量；在工艺上应提高型砂及型芯砂的退让性。

（O）5．铸造合金的充型能力主要取决于合金的流动性、浇注条件和铸型性质。

所以当合金的成分和铸件结构一定时；控制合金充型能力的唯一因素是浇注温度。

（×）6．铸造合金在冷却过程中产生的收缩分为液态收缩、凝固收缩和固态收缩。

共晶成分合金由于在恒温下凝固，即开始凝固温度等于凝固终止温度，结晶温度范围为零。

因此，共晶成分合金不产生凝固收缩，只产生液态收缩和固态收缩，具有很好的铸造性能。

（×）7．气孔是气体在铸件内形成的孔洞。

气孔不仅降低了铸件的力学性能，而且还降低了铸件的气密性。

材料成型专业概论笔记第一章材料成型及控制工程专业是一个具有机械学科典型特征和浓厚材料学科色彩的宽口径专业，主要研究各种材料成形的工艺方法、质量控制以及材料成形的机械化和自动化，是集材料制备与成形及其过程自动化为一体的综合性学科。

1、材料成形的主要技术内容包括哪些方面？（1）金属材料的塑性成形；（2）金属材料的液态成形；（3）金属材料的连接成形；（4）金属粉末成形；（5）非金属材料成形； 2、举例说明材料成形在工业生产中的作用作为制造业的一项基础和主要的生产技术，材料成形技术在国民经济中占有十分重要的地位，并且在一定程度上代表着一个国家的工业技术发展水平。

采用铸造方法可以生产铸钢件、铸铁件及其各种铝、铜、镁、钛及锌等有色合金铸件；采用塑性成形方法，可生产各种金属（黑色金属和有色金属）及其合金的锻件和板料冲压件；采用连接方法生产独立的制件或产品虽然不如铸造和塑性成形方法的多，但据国外权威机构统计，在各类工业制品中半数以上都需要采用一种或多种连接技术才能制成。

3、简述材料成形工艺的主要特点（1）材料利用率高；（2）产品性能好；（3）产品尺寸规格一致；（4）生产率高；（5）一般制件产品尺寸精度比切削加工低、表面粗糙度值比切削加工高。

4、成形工艺一般可分为哪些类型？图5、材料成形技术的发展趋势是什么？三个综合，即过程综合、技术综合、学科综合。

第二章金属液态成形又称为铸造，是将固态金属加热到液态，熔炼合格后注入预先制备好铸模中，经冷却、凝固成形，获得具有一定形状和性能的毛坯、半成品乃至成品零件的一种材料热加工方法。

所铸造出的产品叫铸件。

1、何谓合金的铸造性能？铸造性能有哪些？合金在铸造生产过程中表现出来的工艺性能；铸造性能如流动性、收缩性、吸气性、偏析性等2、合金的流动性决定于合金的哪些固有性质？提高金属液态流动性的主要工艺措施有哪些？液态金属的流动性是金属的固有性质，主要取决于金属的结晶特性和物理性质。

制定工艺时要考虑流动性对铸模复杂程度的影响。

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。

第五章 非金属材料成形非金属材料：除金属以外的工程材料。

工程上常用：塑料、橡胶、陶瓷、复合材料等。

非金属材料成形特点：（1）可以是流态成形，也可以是固态成形，可以制成形状复杂的零件。

例如，塑料可以用注塑、挤塑、压塑成形，还可以用浇注和粘接等方法成形；陶瓷可以用注浆成形，也可用注射、压注等方法成形。

（2）非金属材料的成形通常是在较低温度下成型，成型工艺较简便。

（3）非金属材料的成形一般要与材料的生产工艺结合。

例如，陶瓷应先成形再烧结，复合材料常常是将固态的增强料与呈流态的基料同时成形。

第一节塑料的成形塑料的组成：以合成树脂为主要成分，并加入增塑剂、润滑剂、稳定剂及填料等组成的高分子材料。

在一定的温度和压力下，可以用模具使其成形为具有一定形状和尺寸的塑料制件，当外力解除后，在常温下其形状保持不变。

塑料制品的优点：质量轻，比强度高；耐腐蚀，化学稳定性好；有优良的电绝缘性能、光学性能、减摩、耐磨性能和消声减震性能；加工成形方便成本低。

主要不足：耐热性差、刚性和尺寸稳定性差、易老化等。

塑料的分类：热塑性塑料和热固性塑料两类。

常见热塑性塑料：聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）、ABS塑料、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA，又称有机玻璃）、聚酰胺（PA，俗称尼龙）、聚碳酸酯（PC）、聚甲醛（POM）、聚苯醚（PPO）、聚砜（PSF）、聚四氟乙烯（PTFF）、氯化聚醚（CPT）等。

这些塑料可加热后软化再使用。

常见热固性塑料：酚醛塑料（PF）、氨基塑料（MF）、环氧塑料（EP）等。

这些塑料加热塑化后成形，再加热不能软化使用。

一、工程塑料的成形性能塑料具有高分子聚合物独特的大分子链结构，这种结构决定了塑料的成形性能。

（一）塑料形变与温度的关系热塑性塑料形变特性（力学性能）如图5-1所示。

低于玻璃化温度T g为玻璃态、高于粘流温度T f（或结晶温度T m）温度为粘流态、在玻璃化温度和粘流温度之间为高弹态，当温度高于热分解温度（T d）时，塑料会降解或气化分解。

非金属材料及复合材料成型方法简介第四章第二篇材料成形工艺基础西北工业大学电子教案成型方法⏹塑料件成型⏹陶瓷件成型⏹复合材料成型⏹成型、机械加工、修配和装配⏹挤出成型（挤塑）：利用挤出机将热塑性塑料加热、连续挤出成型为各种断面的制品。

应用：生产塑料板材、棒材、片材、异型材、电缆护层等⏹成型、机械加工、修配和装配⏹注射成型（注塑）：利用注塑机将熔化的塑料快速注入闭合模具型腔内固化成型。

应用：各种塑料制品（电器、设备、民用）⏹成型、机械加工、修配和装配⏹压延成型：使加热塑化的热塑性塑料通过两个以上的相对旋转的滚筒间隙而连续变形的成型方法。

应用：生产连续片状材料返回⏹配料、成型、烧结⏹干压成型：利用冲头对装入模具内的粉末施加压力而成型。

应用：生产形状简单、尺寸↓的制品⏹配料、成型、烧结⏹等静压成型：利用液体和橡胶等对陶瓷坯体施压（受等静压）而成型。

应用：生产性能要求高的电子元件和其他高性能塑料⏹配料、成型、烧结⏹注浆成型：将悬浮着陶瓷颗粒的液体注入多孔模具中，沥干液体后即成型为坯体。

应用：形状复杂、大型薄壁制品⏹配料、成型、烧结⏹热压成型：将具有流动性的料浆，在热压铸机中压缩空气的作用下注入金属模，冷却凝固后成型。

应用：成型复杂制品⏹配料、成型、烧结⏹注射成型：在注射成型机中将粒状粉料注射入金属模具中，冷却后将坯体脱脂后按常规烧结。

应用：复杂零件的大规模生产返回复合材料成型通用方法：颗粒、晶须、短纤维增强复合材料混合→制坯→ 成型纤维增强体增强复合材料增强体预成型→复合⏹金属基复合材料成型⏹树脂基复合材料成型⏹陶瓷基复合材料成型⏹C/C复合材料成型液态金属浸润法：金属基体呈熔融状态时与增强材料浸润结合，凝固成型。

常用方法：常压铸造、液体金属搅拌、真空压力浸渍法、挤压铸造、液态浸渗挤压等•扩散黏结法：在长时间高温和压力下，使固态金属与增强材料（预制坯）的接触面通过原子间相互扩散黏结而成。

粉末冶金法：根据要求将不同金属粉末与陶瓷颗粒、晶须或短纤维均匀混合，放入模具中高温、高压成型。

作业1.热塑性塑料与热固性塑料的主要区别在哪里？答:热塑性塑料是指受热时软化，冷却后硬化的过程能反复进行的塑料。

热固性塑料则是受热软化，冷却固化过程不能重复进行的塑料。

2．塑料的成形方法有哪些？试述各自的应用范围。

答: (1)注射成形:注射成形是生产一般塑料制件最常用的方法，应用于热塑性塑料和部分热固性塑料的成形。

注射成形生产周期短、效率高，易于实现机械化、自动化，而且制品尺寸精确，适用于大批量制造形状复杂件、薄壁件及带有金属或非金属嵌件的塑料制品，如电视机、收录机的外壳等。

(2) 挤出成形:挤出成形是应用最广、适应性最强的加工方法。

配合不同形状和结构的口模，可生产塑料管、棒、板、条、带、丝及各种异型断面的型材，还可进行塑料包覆电线、电缆工作。

(3)压制成形:压制成形是热固性塑料常用的成形方法，也可用于流动性极差的热塑性塑料(如聚四氟乙烯)的成形，如常见的电器开关、插头、插座、轴瓦、汽车方向盘等就是用压制成形的。

(4)吹塑成形:吹塑成形只限于热塑性塑料的成形(如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酰胺等)，常用于成形中空、薄壁、小口径的塑料制品，如塑料瓶、塑料罐、塑料壶等。

还可利用吹塑原理生产各种塑料薄膜。

(5)浇铸成形:浇铸成形主要适用于流动性好、收缩小的热塑性塑料或热固性塑料,尤其适宜制作体积大、重量大、形状复杂的塑料件。

(6)滚塑成形:滚塑是制造大型中空塑料制品最经济的方法，尤其是在模具中使用石棉、氟塑料等不粘材料可生产局部有孔或敞口的塑料制品，因而已越来越多地用于生产大型厚壁的塑料管道、塑料球、塑料桶等。

3．塑料的机械加工与金属材料的机械加工有何区别？答: 塑料零件的机械加工与金属的切削加工方法基本相同，如可以车、铣、刨、钻、扩、铰、镗、锯、锉、攻丝、滚花等。

但在切削时，应充分考虑塑料与金属的性能差异，如塑料的散热性差、热膨胀系数大、弹性大，加工时容易变形、软化、分层、开裂、崩落等。