金屬材料及加工工藝

第六章金屬材料及加工工藝

6.1金屬材料的固有特性

金屬材料是金屬及其合金的總禰。金屬的特性是由金屬結(jié)合鍵的性質(zhì)所決定的。金屬的特性表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①金屬材料幾乎都是具有晶格結(jié)構(gòu)的固體，由金屬鍵結(jié)合而成。②金屬材料是電與熱的良導(dǎo)體。③金屬材料表面具有金屬所特有印色彩與光澤④金屬材料具有良好的展延性。⑤金屬可以制成金屬間化合物，可以與其他金屬或氫、硼、碳、氮、氧、磷與硫等非金屬元素在熔融態(tài)下形成合金，以改善金屬的性能。合金可根據(jù)添加元素的多少，分為二元合金、二元合金等。⑥除了貴金屬之外，幾乎所有金屬曲化學(xué)性能都較為活潑，易于氧化而生銹。第一頁(yè)，共六十一頁(yè)。第六章金屬材料及加工工藝

6.2金屬材料的工藝特性成型加工金屬的成型方法可區(qū)分為鑄造、塑性加工、切削加工、焊接與粉末冶金五類(lèi)。1．鑄造將熔融態(tài)金屬澆入鑄型后，冷卻凝固成為具有一定形狀鑄件的工藝方法。鑄造是生產(chǎn)金屬零件毛坯的主要工藝方法之一，與其他工藝方法相比，鑄造成型生產(chǎn)成本低，工藝靈活性大，適應(yīng)性強(qiáng)，適合生產(chǎn)不同材料、形狀和重量的鑄件，并適合于批量生產(chǎn)。但它的缺點(diǎn)是公差較大，容易產(chǎn)生內(nèi)部缺陷。鑄造按鑄型所用材料及澆注方式分為砂型鑄造、熔模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造以及離心鑄造等。常用的鑄造材料有鑄鐵、鑄鋼、鑄鋁、鑄銅等，通常根據(jù)不同的使用目的、使用壽命和成本等方面來(lái)選用鑄件材料。圖6-2為采用鑄造方法生產(chǎn)的產(chǎn)品。

第二頁(yè)，共六十一頁(yè)。第三頁(yè)，共六十一頁(yè)。第六章金屬材料及加工工藝

6.2金屬材料的工藝特性成型加工(1)砂型鑄造俗稱(chēng)翻砂，用砂粒制造鑄型進(jìn)行鑄造的方法。主要工序有：制造鑄模，制造砂鑄型(即砂型)，澆注金屬液，落砂，清理等。砂型鑄造適應(yīng)性強(qiáng)，幾乎不受鑄件形狀、尺寸、重量及所用金屬種類(lèi)的限制，工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，為鑄造業(yè)廣泛使用。圖6—3砂型鑄造的基本工藝過(guò)程第四頁(yè)，共六十一頁(yè)。第六章金屬材料及加工工藝

6.2金屬材料的工藝特性成型加工(2)熔模鑄造又稱(chēng)失蠟鑄造，為精密鑄造方法之一，是常閑的鑄造方法。熔模鑄造的工藝過(guò)程如圖6-4所示。①制作母模：母模是鑄件的基本模樣，用于制造壓型。可根據(jù)設(shè)計(jì)方案用適當(dāng)?shù)牧现谱髂改?。②制作壓型：壓型是制造蠟?zāi)５奶厥忤T型可采用易熔合金、石膏或硅橡膠制作。用硅橡膠制作壓型時(shí)，將母模均勻的刷上壓型常用鋼或鋁合金加工而成，小批量時(shí)層硅橡膠，然后貼一層紗布，如此反復(fù)五六次，視鑄件的大小決定。外層用石膏固定，待硅橡膠模固化后，取出母模，即翻制得硅橡膠模壓型。第五頁(yè)，共六十一頁(yè)。第六章金屬材料及加工工藝

6.2金屬材料的工藝特性成型加工

③制作蠟?zāi)＃褐圃煜災(zāi)５牟牧嫌惺?、蜂蠟、硬脂酸和松香等，常?0％石蠟和硬脂酸的混合料。將熔化好的蠟料倒入壓型內(nèi)，同時(shí)不斷的翻轉(zhuǎn)壓型，使蠟料均勻形成蠟?zāi)＃灹侠鋮s后便可從壓型中取出，修毛刺后即得蠟?zāi)?。批量生產(chǎn)時(shí)則將多個(gè)蠟?zāi)＝M裝成蠟?zāi)＝M。使用蠟棒粘接蠟?zāi)Ｖ谱鳚沧⒘鞯?，澆注流道要有澆注口和出口。④制作型殼：在蠟?zāi)Ｉ暇鶆虻厮⒁粚幽突鹜苛?如水玻璃溶液)，灑一層耐火砂，使之硬化成殼。如此反復(fù)涂三四次，便形成具有一定厚度的由耐火材料構(gòu)成的型殼(灑耐火砂先細(xì)后粗）。⑤脫蠟：將制作好的型殼放入爐中烘烤，使蠟?zāi)Ｈ刍鞒霾⒒厥?，從而得到一個(gè)中空的型殼。⑥焙燒和造型：將型殼進(jìn)行高溫焙燒，以增加型殼強(qiáng)度。為進(jìn)一步提高型殼強(qiáng)度，防止?jié)沧r(shí)型殼變形或破裂，可將型殼放在箱體中，周?chē)酶缮疤畛洹?/p>

第六頁(yè)，共六十一頁(yè)。第六章金屬材料及加工工藝

6.2金屬材料的工藝特性成型加工⑦澆注：將型殼保持一定溫度，澆注金屬溶液。⑧脫殼：待金屬液凝固后，去除型殼，切去澆口，清理毛刺，獲得所需鑄件。熔模鑄造尺寸精確，鑄件表面光潔，無(wú)分型面，不必再加工或少加工。熔模鑄造工序較多，生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，受型殼強(qiáng)度限制，鑄件重量一般不超過(guò)25kg。適用于多種金屬及合金的中小型、薄壁、復(fù)雜鑄件的生產(chǎn)。第七頁(yè)，共六十一頁(yè)。第八頁(yè)，共六十一頁(yè)。第六章金屬材料及加工工藝

6.2金屬材料的工藝特性成型加工(3)金屬型鑄造用金屬材料制作鑄型進(jìn)行鑄造的方法，又稱(chēng)永久型鑄造或硬型鑄造。鑄型常用鑄鐵、鑄鋼等材料制成，可反復(fù)使用，直至損耗。金屬型鑄造所得鑄件的表面光潔度和尺寸精度均優(yōu)于砂型鑄件，且鑄件的組織結(jié)構(gòu)致密，力學(xué)性能較高。適用于中小型有色金屬(如鋁、銅、鎂及其合金等)鑄件和鑄鐵鑄件的生產(chǎn)。(4)壓力鑄造簡(jiǎn)稱(chēng)壓鑄。在壓鑄機(jī)上，用壓射活塞以較高的壓力和速度將壓室內(nèi)的金屬液壓射到模腔中，并在壓力作用下使金屬液迅速凝固成鑄件的鑄造方法。屬于精密鑄造方法。鑄件尺寸精確，表面光潔，組織致密，生產(chǎn)效率高。適合生產(chǎn)小型、薄壁的復(fù)雜鑄件，并能使鑄件表面獲得清晰的花紋、匿案及文字等。主要用于鋅、鋁、鎂、銅及其合金等鑄件的生產(chǎn)。

第九頁(yè)，共六十一頁(yè)。第六章金屬材料及加工工藝

6.2金屬材料的工藝特性成型加工(5)離心鑄造將液態(tài)金屬澆入沿垂直軸或水平軸旋轉(zhuǎn)的鑄型中，在離心力作用下金屬液附著于鑄型內(nèi)壁，經(jīng)冷卻凝固成為鑄件的鑄造方法。離心鑄造的鑄件組織致密，力學(xué)性能好，可減少氣孔、夾渣等缺陷。常用于制造各種金屬的管形或空心圓筒形鑄件，也可制造其他形狀的鑄件。第十頁(yè)，共六十一頁(yè)。第六章金屬材料及加工工藝

6.2金屬材料的工藝特性成型加工

2．金屬塑性加工(1)鍛造

金屬塑性加工方法之一。鍛造是利用手錘、鍛錘或壓力設(shè)備上的模具對(duì)加熱的金屬坯料施力，使金屬材料在不分離條件下產(chǎn)生塑性變形，以獲得形狀、尺寸和性能符合要求的零件。為了使金屬材料在高塑性下成型，通常鍛造是在熱態(tài)下進(jìn)行，因此鍛造也禰為熱鍛。

按成型是否用模具通常分為：自由鍛（如圖6-5）

模鍛（如圖6-6）

按加工方法分為：手工鍛造（圖6-7）和機(jī)械鍛造。

在現(xiàn)代金屬裝飾工藝中，常用的鍛造方法是手工鍛造。第十一頁(yè)，共六十一頁(yè)。第十二頁(yè)，共六十一頁(yè)。圖6-7為鍛銅浮雕。是手工鍛造作品。手工鍛造是一種古老的金屬加工工藝，是以手工鍛打的方式，在金屬板上鍛錘出各種高低凹凸不平的浮雕效果。第十三頁(yè)，共六十一頁(yè)。第六章金屬材料及加工工藝

6.2金屬材料的工藝特性成型加工手工自由鍛：是指在金屬板上自由鍛造成型。具體過(guò)程是(以紫銅浮雕為例)：①首先將銅皮用汽油噴燈進(jìn)行加溫，燒至紅色，這一過(guò)程稱(chēng)為“退火”，目的是使銅的分子結(jié)構(gòu)重組，使之變軟。②將設(shè)計(jì)好的圖案畫(huà)在銅皮上，用鏨子將輪廓鏨出。③根據(jù)預(yù)先的設(shè)計(jì)將銅皮放在沙袋上，用錘子和鏨子鍛出大的凹凸起伏。④將銅皮用膠固定在一張平板上，用各種型號(hào)和形狀的鏨子鏨出一些精細(xì)的造型，其司需要多次退火。⑤將制作好的作品放在鐵墊板上，找平，然后整理好邊緣。⑥將作品需要拋光印地方進(jìn)行拋光，然后進(jìn)行電鍍、化學(xué)著色、防腐等后處理。

第十四頁(yè)，共六十一頁(yè)。第六章金屬材料及加工工藝

6.2金屬材料的工藝特性成型加工手工模鍛：是指先做好母模再進(jìn)行鍛造成型，具體過(guò)程是(以紫銅浮雕為例)：①首先按設(shè)計(jì)構(gòu)思，制作好浮雕泥胚。②將泥胚翻制成玻璃鋼。③將銅皮用汽油噴燈過(guò)火，燒至紅色，進(jìn)行退火。④將浮雕按區(qū)域分成幾個(gè)大塊面。⑤將鍛好的塊面焊接在一起，找平，然后拋光。⑥將作品進(jìn)行或電鍍、或化學(xué)著色、或防腐等后處理。第十五頁(yè)，共六十一頁(yè)。第六章金屬材料及加工工藝

6.2金屬材料的工藝特性成型加工(2)軋制金屬塑性加工工藝之一。如圖6—8所示，利用兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軋輥印壓力使金屬坯料通過(guò)一個(gè)特定空間產(chǎn)生塑性變形，以獲得所要求的截面形狀并同時(shí)改變其組織性能。通過(guò)軋制可將鋼坯加工成不同截面形狀的原材料，如圓鋼、方鋼、角鋼、下字鋼、工字鋼、槽鋼、z字鋼、鋼軌等。按軋制方式分為橫軋、縱軋和斜軋；按軋制溫度分為熱軋和冷軋。熱軋是將材料加熱到再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行軋制，熱軋變形抗力小，變形量大，生產(chǎn)效率高，適合軋制較大斷面尺寸，塑性較差或變形量較大的材料。冷軋則是在室溫下對(duì)材料進(jìn)行軋制。與熱軋相比，冷軋產(chǎn)品尺寸精確，表面光潔，機(jī)械強(qiáng)度高。冷軋變形抗力大，變形量小，適于軋制塑性好，尺寸小的線(xiàn)材、薄板材等。第十六頁(yè)，共六十一頁(yè)。第十七頁(yè)，共六十一頁(yè)。第六章金屬材料及加工工藝

6.2金屬材料的工藝特性成型加工

(3)擠壓將金屬放入擠壓筒內(nèi)，用強(qiáng)大的壓力使坯料從模孔中擠出，從而獲得符合?？捉孛娴呐髁匣蛄慵〖庸し椒ǎ鐖D69所示。常用的擠壓方法有：正擠壓、反擠壓、復(fù)合擠壓、徑向擠壓。適合于擠壓加工的材料主要有低碳鋼、有色金屬及其合金。通過(guò)擠壓可以得到多種截面形狀的型材或零件。

(4)拔制金屬塑性加工方法之一。女口圖6-10所示，用拉力使大截面的金屬坯料強(qiáng)行穿過(guò)一定形狀的?？?，以獲得所需斷面形狀和尺寸的小截面毛坯或制品的工藝過(guò)程。拉拔生產(chǎn)主要用來(lái)制造各種細(xì)線(xiàn)材、薄壁管及各種特殊幾何形狀的型材。拔制產(chǎn)品尺寸精確，表面光潔并具有一定機(jī)械性能。低碳鋼及多數(shù)有色金屬及合金部可拔制成型，多用來(lái)生產(chǎn)管材、棒材、線(xiàn)材和異型材等。第十八頁(yè)，共六十一頁(yè)。第六章金屬材料及加工工藝

6.2金屬材料的工藝特性成型加工(5)沖壓金屬塑性加工方法之一，又稱(chēng)板料沖壓。如圖6-11所示，在壓力作用下利用模具使金屬板料分離或產(chǎn)生塑性變形，以獲得所需工件的工藝方法。按沖壓加工溫度分為熱沖壓和冷沖壓。前者適合變形抗力高，塑性較差的板料加工；后者則在室溫下進(jìn)行，是薄板常用的沖壓方法。

按沖壓加工功能分為沖裁加工和成型加工。沖裁加工又稱(chēng)分離加工，包括沖孔、落料、修邊、剪裁等。成型加工是使材料發(fā)生塑性變形，包括彎曲、拉深、卷邊等。第十九頁(yè)，共六十一頁(yè)。第六章金屬材料及加工工藝

6.2金屬材料的工藝特性成型加工3．切削加工又稱(chēng)為冷加工。利用切削刀具在切削機(jī)床上(或用手工)將金屬工件的多余加工量切去，以達(dá)到規(guī)定的形狀、尺寸和表面質(zhì)量的工藝過(guò)程。按加工方式分為車(chē)削、銑削、刨削、磨削、鉆削、鏜削及鉗工等，是最常見(jiàn)的金屬加工方法。

圖6—12和圖6—13為銑削工序和車(chē)削工序示意圖。第二十頁(yè)，共六十一頁(yè)。第二十一頁(yè)，共六十一頁(yè)。第六章金屬材料及加工工藝

6.2金屬材料的工藝特性成型加工4．焊接加工焊接加工是充分利用金屬材料在高溫作用下易熔化的特性，使金屬與金屬發(fā)生相互連接的一種工藝，是金屬加工的一種輔助手段。

常用的焊接方法有熔焊、壓焊和釬焊，如圖6—14所示。

金屬的焊接性能是指金屬能否適應(yīng)焊接加工而形成完整的具有一定使用性能的焊接接頭印特性。金屬焊接性的好壞取于金屬材料本身的化學(xué)成分和焊接方法。材料化學(xué)成分是影響材料焊接性的最基本因素。材料化學(xué)成分含量不同，其焊接性也不同。如碳鋼的含碳量越高，焊接接頭的淬硬傾向越大，就易于產(chǎn)生裂紋，表明碳鋼印焊接性隨著含碳量的增加而變差。通常，低碳鋼有良好的焊接性，高碳鋼、高合金鋼、鑄鐵和鋁合金的焊接性較差，中碳鋼則介于兩者之間。第二十二頁(yè)，共六十一頁(yè)。第六章金屬材料及加工工藝

6.2金屬材料的工藝特性成型加工第二十三頁(yè)，共六十一頁(yè)。第六章金屬材料及加工工藝

6.2金屬材料的工藝特性成型加工5.粉末冶金粉末冶金是以金屬粉末或金屬化合物粉末為原料狀和性能的材料或制品的工藝方法。其主要工序?yàn)椋孩俜勰┰系闹迫『蜏?zhǔn)備。②將粉末加工成所需形狀的坯料。經(jīng)混合、成形和燒結(jié)，獲得所需

形狀③將坯料在低于主要組元熔點(diǎn)的溫度下進(jìn)行燒結(jié)，使之獲得最終的

性能。

常用的金屬粉末有鐵、銅、鎳、鉆、鎢、鉬、鉻和鈦等粉末；合金粉末有鎳青銅合金、鈦合金、高溫合金、低合金鋼和不銹鋼等。

第二十四頁(yè)，共六十一頁(yè)。第六章金屬材料及加工工藝

6.2金屬材料的工藝特性熱處理通過(guò)加熱和冷卻的方法，改變金屬內(nèi)部或表面的絹織結(jié)構(gòu)，以獲得預(yù)期性能的工藝方法。根據(jù)熱處理時(shí)加熱冷卻規(guī)范的基本特點(diǎn)及其對(duì)組織性能的影響，金屬熱處理可分為普通熱處理、表面熱處理和特殊熱處理。

1.普通熱處理普通熱處理包括退火、正火、淬火和回火處理(如圖6—15所示)。①退火是將金屬加熱到臨界溫度(Ac3：或Ac1，)以上，保溫一段時(shí)間后度冷卻，使其組織結(jié)構(gòu)接近均衡狀態(tài)，從而消除或減少內(nèi)應(yīng)力，均化組織和成分，有利于加工作業(yè)。第二十五頁(yè)，共六十一頁(yè)。第六章金屬材料及加工工藝

6.2金屬材料的工藝特性熱處理

②正火是將金屬加熱保溫后，在室溫下空氣中進(jìn)行冷卻，是一種特殊的退火處理。③淬火是將金屬加熱至臨界溫度以上，保溫后快速冷卻至室溫，以達(dá)到強(qiáng)化金屬組織，提高金屬的強(qiáng)度、硬度等機(jī)械性能。④回火是將淬火后的金屬重新加熱，再進(jìn)行保溫冷卻。其目的是為了消除淬火應(yīng)力，以達(dá)到所要求的組織和性能。圖6—15普通熱處理過(guò)程示意圖第二十六頁(yè)，共六十一頁(yè)。第六章金屬材料及加工工藝

6.2金屬材料的工藝特性熱處理2．表面熱處理表面熱處理包括表面淬火和化學(xué)熱處理：①表面淬火是通過(guò)快速加熱金屬表面層至所要求的溫度，然后進(jìn)行淬火，以提高金屬表面的硬度和耐磨性。②化學(xué)熱處理是將金屬工件置于一定活性介質(zhì)中加熱保溫，使介質(zhì)元素滲入工件表面，改變其表面的化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)，使表面達(dá)到預(yù)期要求的性能。常用的化學(xué)熱處理包括滲碳、滲氮和氨碳共滲

(又稱(chēng)氰化)。3．特殊熱處理特殊熱處理是利用一些特殊工藝方法進(jìn)行熱處理，通常有形變熱處

理、磁場(chǎng)熱處理等。第二十七頁(yè)，共六十一頁(yè)。第六章金屬材料及加工工藝

6.2金屬材料的工藝特性表面處理技術(shù)金屬材料表面處理及裝飾的功效一方面是保護(hù)作用，另一方面是裝飾作用。

1．金屬材料的表面前處理在對(duì)金屬材料或制品進(jìn)行表面處理之前，應(yīng)有前處理或預(yù)處理工序，以使金屬材料或制品的表面達(dá)到可以進(jìn)行表面處理的狀態(tài)。

金屬制品表面的前處理工藝和方法很多，其中主要包括有金屬表面的機(jī)械處理、化學(xué)處理和電化學(xué)處理等。

機(jī)械處理：通過(guò)切削、研磨、噴砂等加工清理制品表面的銹蝕及氧化皮等，將表面加工成平滑或具有凹凸模樣；

化學(xué)處理：主要是清理制品表面的油污、銹蝕及氧化皮等；

電化學(xué)處理：主要用以強(qiáng)化化學(xué)除油和浸蝕的過(guò)程，有時(shí)也可用于弱浸蝕時(shí)活化金屬制品的表面狀態(tài)。第二十八頁(yè)，共六十一頁(yè)。第六章金屬材料及加工工藝

6.2金屬材料的工藝特性表面處理技術(shù)2．金屬材料的表面裝飾技術(shù)金屬材料表面裝飾技術(shù)是保護(hù)和美化產(chǎn)品外觀(guān)的手段，主要分為表面著色工藝和肌理工藝。

(1)金屬表面著色工藝金屬表面著色工藝是采用化學(xué)、電解、物理、機(jī)械、熱處理等方法，使金屬表面形成各種色澤的膜層、鍍層或涂層。

①化學(xué)著色：在特定的溶液之中，通過(guò)金屬表面與溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在金

屬表面生成帶色的基體金屬化合物膜層曲方法。

②電解著色：在特定的溶液中，通過(guò)電解處理方法，使金屬表面發(fā)生反應(yīng)而生成帶色膜層。

③陽(yáng)極氧化染色：在特定的溶液中，以化學(xué)或電解的方法對(duì)金屬進(jìn)行處理，生成能吸附染料的膜層，在染料作用下著色，或使金屬與染

料微粒共析形成復(fù)合帶色鍍層。第二十九頁(yè)，共六十一頁(yè)。第六章金屬材料及加工工藝

6.2金屬材料的工藝特性表面處理技術(shù)

④鍍覆著色：采用電鍍、化學(xué)鍍、真空蒸發(fā)沉積度和氣相鍍等方法，

在金屬表面沉積金屬、金屬氧化物或合金等，形成均勻

膜層。

⑤涂覆著色：采用浸涂、刷涂、噴涂等方法，在金屬表面涂覆有機(jī)涂

層。

⑥琺瑯著色：在金屬表面覆蓋玻璃質(zhì)材料，經(jīng)高溫?zé)菩纬赡印?/p>

⑦熱處理著色：利用加熱的方法，使金屬表面形成帶色氧化膜。

⑧傳統(tǒng)著色技術(shù)：包括做假銹、汞齊鍍、熱浸鍍錫、鎏金、鎏銀以及

亮斑等。

(2)金屬表面肌理工藝金屬表面肌理工藝是通過(guò)鍛打、刻劃、打磨、腐蝕等工藝在金屬表面制作出肌理效果。

第三十頁(yè)，共六十一頁(yè)。第六章金屬材料及加工工藝

6.2金屬材料的工藝特性表面處理技術(shù)

①表面鍛打：使用不同形狀的錘頭在金屬表面進(jìn)行鍛打，從而形成

不同形狀的點(diǎn)狀肌理，層層疊疊，十分具有裝飾性。②表面拋光：利用機(jī)械或手工以研磨材料將金屬表面磨光的方法。

表面拋光又有磨光、鏡面、絲光、噴砂等效果。

③表面鑲嵌：在金屬表面刻畫(huà)出陰紋，嵌入金銀絲或金銀片等質(zhì)地

較軟的金屬材料，然后打磨平整。呈現(xiàn)纖巧華美的裝

飾效果。④表面蝕刻：是使用化學(xué)酸進(jìn)行腐蝕而得到的一種斑駁、滄桑的裝

飾效果，如圖6-16所示。

第三十一頁(yè)，共六十一頁(yè)。具體方法如下：首先在金屬表面涂上一層瀝青，接著將設(shè)計(jì)好的紋飾在瀝青的表面刻畫(huà)，將需腐蝕部分的金屬露出。下面就可以進(jìn)行腐蝕了，腐蝕可以視作品的大小，選擇進(jìn)入化學(xué)酸溶液內(nèi)腐蝕和噴刷溶液腐蝕。一般來(lái)說(shuō)，小型作品選擇浸入式腐蝕?；瘜W(xué)酸具有極強(qiáng)的腐蝕性，在進(jìn)行腐蝕操作時(shí)一定要注意安全保護(hù)。第三十二頁(yè)，共六十一頁(yè)。第六章金屬材料及加工工藝

6.3常用的金屬材料分類(lèi)

①按金屬材料構(gòu)成元素分為黑色金屬材料和有色金屬材料。

A:黑色金屬材料包括鐵和以鐵為基體的合金。如純鐵、碳鋼、合金鋼、鑄鐵鐵合金等，簡(jiǎn)稱(chēng)鋼鐵材料。B:有色金屬包括鐵以外的金屬及其合金。常用的有金、銀、鋁及鋁合金、銅及銅合金、鈦及鈦合金等。

②按金屬材料主要性能和用途分為金屬結(jié)構(gòu)材料和金屬功能材料。

③按金屬材料加工工藝分為鑄造金屬材料、變形金屬材料和粉末冶金材料。

④按金屬材料密度分為輕金屬(密度<4．5g／cm3)和重金屬(密度>4．5g／cm3)。第三十三頁(yè)，共六十一頁(yè)。第六章金屬材料及加工工藝

6.3常用的金屬材料鋼鐵鋼鐵材料鋼鐵材料可分為三大類(lèi)：

工業(yè)純鐵——含碳量不超過(guò)0.02％的鐵碳合金。工業(yè)純鐵雖然塑性好，

但強(qiáng)度低，很少用作結(jié)構(gòu)材料和外觀(guān)材料。鋼——含碳量為0.02％—2.11％的鐵碳合金，另含有少量磷、硫等雜質(zhì)元素。鋼的種類(lèi)繁多，根據(jù)化學(xué)成分，可分為碳素鋼和合

金鋼兩大類(lèi)，廣泛應(yīng)用于名個(gè)領(lǐng)域。鑄鐵——含碳量為2.11％－4.0％的鐵碳合金。鑄鐵是一種使用歷史悠

久的重要工程材料，其熔點(diǎn)低，具有良好的鑄造性能、切削性

能及耐磨性和減振性，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，可用來(lái)制造

各種具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和形狀的零件。常田的鑄鐵材料有灰口鑄鐵，

可鍛鑄鐵和球墨鑄鐵。第三十四頁(yè)，共六十一頁(yè)。第六章金屬材料及加工工藝

6.3常用的金屬材料鋼鐵1．鋼的分類(lèi)

(1)碳素鋼碳素鋼按含碳量可分為：低碳鋼——含碳量0.25％以下。低碳鋼具有低強(qiáng)度、高塑性、高韌性及良好加工性和焊接性，適合制造形狀復(fù)雜和需焊接

的零件和件。中碳鋼——含碳量0.25％—0.6％。中碳鋼具有一定的強(qiáng)度、塑性和適中的韌性，經(jīng)熱處理而具有良好的綜合力學(xué)性能，

多用于制造要求強(qiáng)韌性印齒輪、軸承等機(jī)械零件。高碳鋼——含碳量0．6％以上。高碳鋼具有較高的強(qiáng)度和硬度，耐磨性好，塑性和韌性較低，主要用于制造工具、刃具、

彈簧及耐磨零件等。

第三十五頁(yè)，共六十一頁(yè)。第六章金屬材料及加工工藝

6.3常用的金屬材料鋼鐵碳素鋼按質(zhì)量可分為普通鋼、優(yōu)質(zhì)剛和高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。碳素鋼按用途可分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊性能鋼。

(2)合金鋼以碳素鋼為基礎(chǔ)適量加入一種或幾種合金元素的鋼，具有較高的綜合機(jī)械性能和某些特殊的物理、化學(xué)性能。合金元素可改善鋼的使用性能和工藝性能，常用的有硅、錳、鉻、鎳、鋁、鎢、鈦、硼等。如鉻可使鋼的耐磨性、硬度和高溫強(qiáng)度增加。合金鋼按合金元素總含量分為低合金鋼(總含量5％以下)、中合金鋼5％～10％)和高合金鋼(總含量10％以上)；合金鋼按合金元素種類(lèi)分為鉻鋼、鎳鋼、錳鋼、硅鋼、鉻鎳鋼、錳硅鋼等；合金鋼按用途分為合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼和特種合金鋼(如不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼等)。第三十六頁(yè)，共六十一頁(yè)。第六章金屬材料及加工工藝

6.3常用的金屬材料鋼鐵2．常用鋼材的品種及用途鋼材由鋼坯或鋼錠加工而成的產(chǎn)品。通常分為型鋼、鋼板、鋼管、鋼絲等4大類(lèi)。可采用軋制、擠壓、拉拔、焊接、冷彎等工藝加工，廣泛用于各工業(yè)部門(mén)。(1)型鋼具有一定幾何形狀截面、長(zhǎng)度和截面周長(zhǎng)之比相當(dāng)大的直條鋼材。

按生成方法可分為：熱軋型鋼、彎曲型鋼、擠壓型鋼、拔制型鋼和焊接型鋼等；按截面形狀可分為圓鋼、方鋼、

扁鋼、六角鋼、角鋼、工字鋼、槽鋼和異形鋼等。型鋼的規(guī)格常以反映截面形狀的主要輪廓尺寸來(lái)表示。第三十七頁(yè)，共六十一頁(yè)。第六章金屬材料及加工工藝

6.3常用的金屬材料鋼鐵(2)鋼板用鋼坯或鋼錠軋制而成、且寬厚比很大的矩形板材。

按生成方法可分為：熱軋鋼板和冷軋鋼板；

按質(zhì)量分為：普通鋼板、優(yōu)質(zhì)鋼板和復(fù)合鋼板；

按表面處理方式分為：鍍層鋼板和涂層鋼板；

按厚度分為：薄鋼板(厚度小于4mm)、厚鋼板(厚度4—60mm)和

特厚鋼板(厚度大于60mm)。鋼板可按要求剪裁、彎曲、沖壓和焊接成各種構(gòu)件和產(chǎn)品。

①鋼帶：又稱(chēng)帶鋼，為長(zhǎng)度很長(zhǎng)，大多成卷供應(yīng)的鋼板。寬度在600mm以下的稱(chēng)為窄帶鋼，超過(guò)600mm的禰為寬帶鋼。

分為熱軋帶鋼和冷軋帶鋼。前者大多加工成涂層帶鋼，

供汽車(chē)、洗衣機(jī)、電冰箱外殼等沖壓件用。冷軋帶鋼還廣泛用于制造焊縫鋼管、彈簧、鋸條、刀片及各種沖壓

制品。

第三十八頁(yè)，共六十一頁(yè)。第六章金屬材料及加工工藝

6.3常用的金屬材料鋼鐵②覆層鋼板：在具有良好深沖壓性能的低碳鋼板表面鍍覆錫、鋅、

鋁、鉻等金屬保護(hù)層或涂覆有機(jī)涂層、塑料等非金

屬保護(hù)層的制品。包括：鍍鋅鋼板、鍍錫鋼板、無(wú)錫鋼板、鍍鋁鋼板及有機(jī)

涂層鋼板等，具有良好的抗蝕性和外觀(guān)裝飾性。鍍鋅鋼板——表面鍍鋅的低碳鋼板。鍍鋅能有效地防止鋼材腐蝕，延長(zhǎng)使用壽命。鍍鋅方法分為熱鍍法和電鍍法。鍍

鋅薄鋼板(厚度約0.4-1.2mm)又禰鍍鋅鐵皮，俗稱(chēng)

白鐵皮。鍍鋅鋼板廣泛用子建筑、車(chē)輛、家電、日

用品等行業(yè)。鍍錫鋼板——表面鍍有純錫層的低碳鋼薄板，俗稱(chēng)馬口鐵。鍍錫

方法有熱鍍和電鍍兩種。鍍錫鋼板表面金屬光澤強(qiáng)，

具有良好的耐腐蝕性、焊接性，深；中壓時(shí)有潤(rùn)滑

性，并能進(jìn)行彩色印刷。廣泛田來(lái)制作罐頭盒、食

品容器及輕便耐蝕器皿等。第三十九頁(yè)，共六十一頁(yè)。第六章金屬材料及加工工藝

6.3常用的金屬材料鋼鐵

無(wú)錫鋼板——不鍍錫卻可替代鍍錫鋼板使用的薄鋼板。一般采用電解鉻酸法處理鋼板表面：先在低碳鋼板表面鍍一層金屬鉻，然后再鍍鉻的水合氧化物。無(wú)錫鋼板生產(chǎn)成本低，可代替鍍錫鋼板，用作啤酒飲料等罐裝包裝料。鍍鋁鋼板——表面鍍有純鋁或含硅量為5％一10％鋁合金的覆層鋼板，多用熱鍍法、電泳法和真空蒸鍍法生產(chǎn)。具有良好的抗高溫氧化性、熱反射性和優(yōu)異的耐大氣腐蝕性，多用作汽車(chē)排氣系統(tǒng)、耐熱部件及建筑材料等。真空蒸鍍鋁鋼板可作為罐體、瓶蓋等包裝材料，部分代替鍍錫鋼板。有機(jī)涂層鋼板——覆層鋼板的一種，通常在冷軋鋼板、鍍鋅鋼板或鍍鋁鋼板表面涂覆有機(jī)涂料或薄膜，一般采用輥涂法或?qū)訅悍ㄉa(chǎn)。有機(jī)涂層鋼板既有鋼板的強(qiáng)度，又有良好的耐腐蝕性、耐久性和耐擦洗性。表面制成不同色彩和花紋圖案，裝飾性極強(qiáng)，故有彩色鋼板稱(chēng)。

第四十頁(yè)，共六十一頁(yè)。第六章金屬材料及加工工藝

6.3常用的金屬材料鋼鐵

花紋鋼板——表面帶有凹凸花紋的鋼板?；y主要起防滑和裝飾作用，可經(jīng)軋、冷軋或鉆切加工制成。廣泛用于造船、汽車(chē)、交通、建筑等行業(yè)。不銹鋼板——不銹鋼是指在大氣、水、酸、堿和鹽溶液或其他腐蝕介質(zhì)中具有高耐蝕性的合金鋼印總稱(chēng)。鋼中的主要合金元素鉻的含量通常達(dá)12％以上，主要用來(lái)制造在各種腐蝕介質(zhì)中工作的零件或構(gòu)件。

(3)鋼管按生成方法分為：無(wú)縫鋼管和焊縫鋼管。

無(wú)縫鋼管：采用熱軋、冷軋、擠壓、冷拔等方法生產(chǎn)。

焊縫鋼管：用鋼板或鋼帶卷曲成筒狀焊接而成，按焊縫形狀可分為直

縫焊管和螺旋縫焊管。生產(chǎn)薄壁管和大直徑管采用焊接方法比較方便。鋼管廣泛用來(lái)輸送流體和制造機(jī)械構(gòu)件。第四十一頁(yè)，共六十一頁(yè)。第六章金屬材料及加工工藝

6.3常用的金屬材料鋼鐵(4)鋼絲由不同質(zhì)量的熱軋盤(pán)條冷拔拉制而成的線(xiàn)狀鋼材。

按截面形狀可分為：圓形、橢圓形、三角形和異形鋼絲；

按尺寸分為：特細(xì)(小于0.1mm)、較細(xì)(0.1—0.5mm)、細(xì)(0.5-1.5mm)、中等(1.5—3mm)、粗(3.0—6.0mm)、較粗(6.0—8.0mm)、特粗(大于8.0mm)鋼絲；

按化學(xué)成分分為：低碳、中碳、高碳鋼絲和低合金、中合金、高

合金鋼絲；

按表面狀態(tài)分為：拋光、磨光、酸洗、氧化處理和鍍層鋼絲等；

按用途分為：普通鋼絲、結(jié)構(gòu)鋼絲、彈簧鋼絲、不銹鋼絲、電工

鋼絲、鋼繩鋼絲等。第四十二頁(yè)，共六十一頁(yè)。第六章金屬材料及加工工藝

6.3常用的金屬材料有色金屬材料1．鋁及鋁合金鋁及鋁合金是工業(yè)用量最大的有色金屬，是一種常用的現(xiàn)代材料。

特點(diǎn)：a.純鋁密度小，約為2.7g／cm3，相當(dāng)于銅的三分之一，屬輕金屬。b.熔點(diǎn)660℃。c.鋁的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性?xún)?yōu)良，僅次于銅，其導(dǎo)電率約為銅的64％。d.鋁具有很高的塑性，可進(jìn)行各種塑性加工。e.純鋁為銀白色，大氣中有良好的抗氧性，但氯離子和堿離子能破壞鋁

的氧化膜，不耐酸、堿、鹽的腐蝕。鋁合金是以鋁為基加入其他合金元素(銅、硅、鎂、鋅、錳、鎳等)而組成的合金。鋁合金質(zhì)輕、強(qiáng)度高，比強(qiáng)度值接近或超過(guò)鋼，具有優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性和抗蝕性，易加工，耐沖壓，并且可陽(yáng)極氧化成各種顏色。第四十三頁(yè)，共六十一頁(yè)。第六章金屬材料及加工工藝

6.3常用的金屬材料

有色金屬材料(1)鋁合金的分類(lèi)鋁合金通常分為變形鋁合金和鑄造鋁合金。

變形鋁合金：又可稱(chēng)壓力加工鋁合金，塑性良好，可通過(guò)軋制、擠

壓、拔制、鍛造等冷、熱加工制成板、棒、管和型材

等產(chǎn)品，是優(yōu)良的輕型材料。又細(xì)分為防銹鋁合金、

硬鋁合金、超硬鋁合金。鑄造鋁合金：具有良好的鑄造性能和一定的力學(xué)性能，但塑性差，

不能進(jìn)行塑性加工。多采用砂型、金屬型、熔模殼型

的鑄造方法，生產(chǎn)各種形狀復(fù)雜，承載不大，重量較

輕且有一定耐蝕、耐熱要求的鑄件。按主要合金元素

細(xì)分分為鋁—硅系、鋁—銅系、鋁—鎂系和鋁—鋅系

合金。第四十四頁(yè)，共六十一頁(yè)。第六章金屬材料及加工工藝

6.3常用的金屬材料有色金屬材料

(2)常見(jiàn)鋁合金制品

①鋁合金型材：利用塑性加工將鋁合金坯錠加工成不同斷面形狀及尺寸規(guī)格的鋁材。按斷面形狀分為角、槽、丁字、工字、z字等幾大類(lèi)別，而每一類(lèi)別又有若干品種，如角型材分為直角、銳角、鈍角、帶圓頭、異形等。鋁合金型材具有質(zhì)輕、高強(qiáng)、耐蝕、耐磨等特點(diǎn)，表面再經(jīng)陽(yáng)極氧化或噴涂處理而更具裝飾性。廣泛用作產(chǎn)品造型材料、展示材料、門(mén)窗框體材料、墻面和吊頂骨架支承材料等。

②鋁合金裝飾板：鋁合金板材經(jīng)輥壓、冷彎等工藝制成的具有一定形狀的裝飾板，表面經(jīng)眶極氧化、噴漆、覆膜或精加工等處理可獲得各種色彩或肌理。鋁合金裝飾板質(zhì)輕，耐久性和耐蝕性好，不易磨損，造型優(yōu)美，安裝方便。品種有鋁合金花紋板、波紋板和壓型板等，廣泛用作建筑物墻面、屋面裝飾材料和展示材料。第四十五頁(yè)，共六十一頁(yè)。第六章金屬材料及加工工藝

6.3常用的金屬材料有色金屬材料

③鋁箔：鋁箔是金屬箔中用量最大且用途最廣的一種包裝材料，鋁箔采用壓延方法壓制而成，它不但對(duì)氧氣、光線(xiàn)和水蒸汽具有高阻隔性，而且具有艷麗的金屬光澤，可印制美麗的圖案，可與塑料薄膜復(fù)合成復(fù)合薄膜，因此，鋁箔廣泛用于各種商品的包裝。鋁箔的主要包裝性能是防潮性、保香性、遮光性和反射性。

④鋁塑復(fù)合膜：通常鋁箔較少單獨(dú)用于包裝，因?yàn)殇X箔很柔軟，不適宜高速包裝，往往要進(jìn)行二次加工才能把鋁箔的特性進(jìn)一步發(fā)揮出來(lái)。對(duì)鋁箔進(jìn)行樹(shù)脂涂布或把鋁箔與其他塑料進(jìn)行復(fù)合，能使鋁箔的機(jī)械強(qiáng)度增加，并具有熱封性能，從而適應(yīng)現(xiàn)代包裝機(jī)的高速自動(dòng)包裝。

第四十六頁(yè)，共六十一頁(yè)。第六章金屬材料及加工工藝

6.3常用的金屬材料有色金屬材料

⑤真空鍍鋁膜：是一種新穎的包裝裝潢材料，是將高純度鋁絲置千高

真空裝置中，將鋁絲加熱到熔融點(diǎn)以上，鋁絲蒸發(fā)形

成鋁蒸氣，蒸氣分子連續(xù)沉積在被涂基材上而形成的

一種復(fù)合膜。鍍鋁層具有美麗的金屬光澤，有優(yōu)良的

阻氣性和防潮性，光線(xiàn)的反射率高而透過(guò)率極低，遮

光性良好，適合各類(lèi)商品的包裝。

真空鍍鋁膜若與聚乙烯進(jìn)行復(fù)合則具有更大印應(yīng)用范圍，如PET／鍍鋁／PE，在PET膜上印刷圖案及商標(biāo)，把印刷好的PET膜的進(jìn)行真空鍍鋁，然后與PE進(jìn)行復(fù)合，即組成復(fù)合膜，這類(lèi)材料具有高光澤的金屬質(zhì)感，阻氣性和防潮性好，機(jī)械強(qiáng)度高，可采用熱封，是一種良好的包裝裝潢材料，深受包裝裝潢界的歡迎。

第四十七頁(yè)，共六十一頁(yè)。第六章金屬材料及加工工藝

6.3常用的金屬材料有色金屬材料2．銅及銅合金銅及銅合金是歷史上應(yīng)用最早的有色金屬，工業(yè)上常用的有紫銅、黃銅、青銅、白銅等。特點(diǎn)：a.純銅具有玫瑰色，表面氧化后呈紫色，故又稱(chēng)紫銅。

b.純銅的熔點(diǎn)為1083℃，密度8.98／cm3。c.純銅質(zhì)地柔軟,有極好的延展性，具有良好的加工性和焊接性，易冷、

熱加工成形，可輾壓成極薄的銅箔，拉制成極細(xì)的銅絲。d.純銅的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性極好，僅次于銀。e.抗磁性強(qiáng)，常用作電工導(dǎo)體和各種防磁器械等。銅合金是以銅為基加入一定量的其他合金元素(鋅、錫、鋁、硅、鎳等)而組成的合金。按化學(xué)組成分為黃銅、青銅、白銅；按加工方法分為變形銅合金和鑄造銅合金。

第四十八頁(yè)，共六十一頁(yè)。第六章金屬材料及加工工藝

6.3常用的金屬材料有色金屬材料(1)黃銅(CuZn合金)

以鋅為主要合金元素印銅合金。黃銅色澤美觀(guān)，具有高貴的黃金般色澤，

導(dǎo)電導(dǎo)熱性強(qiáng)，耐腐蝕性能、機(jī)械性能和工藝性能良好，易于切削、拋光

及焊接。可制成板材、帶材、管材、棒材和型材，用作導(dǎo)熱導(dǎo)電元件、耐

蝕結(jié)構(gòu)件、彈性元件、冷沖壓件和深沖壓件、日用五金及裝飾材料等。(2)青銅

除黃銅、白銅以外的其他銅基合金統(tǒng)稱(chēng)為青銅，常用的合金元素有錫、鋁、

硅、錳、鉻等。青銅分為普通青銅和特殊青銅。

普通青銅：以錫為主要合金元素，含錫量為5％—20％，又稱(chēng)錫青銅(Cu-Sn

合金)。色澤呈青灰色，具有很強(qiáng)的抗腐蝕性。又分為加工錫青銅

和鑄造錫青銅。第四十九頁(yè)，共六十一頁(yè)。第六章金屬材料及加工工藝

6.3常用的金屬材料有色金屬材料a.加工錫青銅：含錫量低于6％～7％，具有良好的力學(xué)性能和工藝性能，耐

磨，可加工成各種規(guī)格板、帶、管、棒材；b.鑄造錫青銅：含錫量10％—14％，質(zhì)地較為堅(jiān)硬，鑄造性好，可用于生產(chǎn)

形狀復(fù)雜的復(fù)雜、輪廓清晰的鑄件。特殊青銅：泛指不含錫的青銅，如鋁青銅、鈹青銅、錳青銅等。大多數(shù)特殊青

銅比普通青銅具有更高的機(jī)械性能、耐磨性和耐蝕性。(3)白銅(CuNi合金)

以鎳為主要合金元素的銅合金，色澤呈自色，質(zhì)地較軟，耐腐蝕性好。銅合金中鎳含量的增加，自銅的強(qiáng)度、硬度、彈性和耐蝕性等性能相應(yīng)提高。普通白銅：僅由銅和鎳組成的合金。特殊白銅：銅和鎳組成的合金中，若再加入鋅、鋁、錳等合金元素。如鋅白銅、

鋁白銅、錳白銅等。工業(yè)上白銅分為結(jié)構(gòu)白銅和電工白銅。第五十頁(yè)，共六十一頁(yè)。第六章金屬材料及加工工藝

6.4金屬材料在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)例：

(1)金屬椅(圖6-17)