材料 金屬及加工工藝(4)

第8講金屬材料及

加工工藝（Ⅳ）——常用金屬材料3/16/20241造型材料與工藝3/16/20242造型材料與工藝3/16/20243造型材料與工藝8.5常用金屬材料按金屬材料構(gòu)成元素分為黑色金屬（鐵和以鐵為基體的合金）純鐵碳鋼合金鋼鑄鐵有色金屬（鐵以外的金屬及其合金）金、銀鋁、鋁合金銅、銅合金鈦、鈦合金3/16/20244造型材料與工藝按金屬材料主要性能和用途分為金屬結(jié)構(gòu)材料金屬功能材料3/16/20245造型材料與工藝按金屬材料加工工藝分為鑄造金屬材料變形金屬材料粉末冶金材料3/16/20246造型材料與工藝按金屬材料的密度分為輕金屬（密度<4.5g/cm3）重金屬（密度>4.5g/cm3）3/16/20247造型材料與工藝8.5.1鋼鐵材料工業(yè)上應用最廣泛的金屬材料是鋼鐵材料，其產(chǎn)量約占金屬材料總產(chǎn)量的90%以上。鋼鐵材料之間主要的區(qū)別是含碳量不同，根據(jù)含碳量多少，鋼鐵材料可分為三大類：

3/16/20248造型材料與工藝工業(yè)純鐵——含碳量不超過0.02%的鐵碳合金，工業(yè)純鐵雖然塑性好，但強度低，很少用作結(jié)構(gòu)材料和外觀材料。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。鋼的種類繁多，根據(jù)化學成分，可分為碳素鋼和合金鋼兩大類，廣泛應用于各個領域。3/16/20249造型材料與工藝鑄鐵——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)工藝簡單，成本低廉，可用來制造各種具有復雜結(jié)構(gòu)和形狀的零件。常用的鑄鐵材料有灰口鑄鐵、可鍛鑄鐵和球墨鑄鐵。3/16/202410造型材料與工藝1．鋼的分類（1）碳素鋼碳素鋼又稱碳鋼，含碳量低于2.11%的鐵碳合金。除鐵、碳及限量以內(nèi)的硅、錳、磷、硫、氧等雜質(zhì)外，不含具他合金元素。碳作為鋼中的主要元素，其含量對鋼的組織結(jié)構(gòu)和性能有決定性影響。通常含碳量增加，鋼的強度、硬度增大，塑性、韌性和可焊性降低。3/16/202411造型材料與工藝碳素鋼按含碳量可分為：低碳鋼（含碳量0.25%以下）——低碳鋼具有低強度、高塑性、高韌性及良好的加工性和焊接性，適合制造形狀復雜和需焊接的零件和構(gòu)件。中碳鋼（含碳量0.25%～0.6%）——中碳鋼具有一定的強度、塑性和適中的韌性，經(jīng)熱處理而具有良好的綜合力學性能，多用于制造要求強韌性的齒輪、軸承等機械零件。高碳鋼（含碳量0.6%以上）——高碳鋼具有較高的強度和硬度，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。

3/16/202412造型材料與工藝碳素鋼按質(zhì)量可分為普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼和高級優(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。碳素鋼是一種用量大、用途廣的金屬材料，多制成不同規(guī)格的板材、管材、型材、線材及鑄件，廣泛用于建筑、橋梁、車輛、化工等各領域。3/16/202413造型材料與工藝（2）合金鋼以碳素鋼為基礎適量加入一種或幾種合金元素的鋼，具有較高的綜合機械性能和某些特殊的物埋、化學性能。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、鉬、鎢、鈦、硼等。如鉻可使鋼的耐磨性、硬度和高溫強度增加；鎳可使鋼鋼材的耐熱性、低溫抗沖擊性、耐腐蝕性增加，主要用作強韌鋼、耐酸鋼等；錳可增加高溫的抗拉強度和硬度，與鉻的合金鋼可作強韌鋼，與硅的合金鋼可作彈簧鋼，與硫的合金鋼可作易切削鋼；硅可使鋼的耐熱性、耐蝕性增加，增加低合金鋼的強度，改善電磁性能，可用作強韌鋼、彈簧鋼以及電氣用的硅鋼板。3/16/202414造型材料與工藝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（總含量5%～10%）和高合金鋼（總含量10%以上）；合金鋼按合金元素種類分為鉻鋼、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）。3/16/202415造型材料與工藝3/16/202416造型材料與工藝3/16/202417造型材料與工藝3/16/202418造型材料與工藝2．常用鋼材的品種及用途鋼材是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?？刹捎密堉?、擠壓、拉拔、焊接、冷彎等工藝加工，廣泛用于各工業(yè)部門。3/16/202419造型材料與工藝（1）型鋼具有一定幾何形狀截面，且長度和截面周長之比相當大的直條鋼材。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陀廓尺寸來表示。3/16/202420造型材料與工藝3/16/202421造型材料與工藝3/16/202422造型材料與工藝3/16/202423造型材料與工藝3/16/202424造型材料與工藝（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。常見的鋼板品種有：3/16/202425造型材料與工藝常見的鋼板品種有：①鋼帶：又稱帶鋼，是長度很長、大多成卷供應的鋼板。寬度在600mm以下的稱為窄帶鋼，超過600mm的稱為寬帶鋼。分為熱軋帶鋼和冷軋帶鋼。前者在熱軋機上軋制，厚度1～6mm。主要作為冷軋用帶鋼以及焊縫鋼管、冷彎和焊接型鋼的原料；后者用熱軋帶鋼再冷軋而成，厚度0.1～3mm，具有表面光潔、平整，尺可精度高，機械性能好等優(yōu)點，大多加工成涂層帶鋼，供汽車、洗衣機、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。3/16/202426造型材料與工藝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、鉻等金屬保護層或涂覆有機涂層、塑料等非金屬保護層的制品。包括鍍鋅鋼板、鍍錫鋼板、無錫鋼板、鍍鋁鋼板及有機涂層鋼板等，具有良好的抗蝕性和外觀裝飾性，在工業(yè)上廣泛使用。3/16/202427造型材料與工藝鍍鋅鋼板——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）又稱鍍鋅鐵皮，俗稱白鐵皮。鍍鋅鋼板廣泛用于建筑、車輛、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，具有良好的耐腐蝕性、焊接性，深沖壓時有潤滑性，并能進行彩色印刷。廣泛用來制作罐頭盒、食品容器及輕便耐蝕器皿等。3/16/202428造型材料與工藝無錫鋼板——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、飲料等罐裝包裝材料。鍍鋁鋼板——表面鍍有純鋁或含硅量為5%～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（可抵抗二氧化硫、硫化氫和二氧化氮等氣體的腐蝕），多用作汽車排氣系統(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。3/16/202429造型材料與工藝有機涂層鋼板——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涂料或薄膜，一般采用輥涂法或?qū)訅悍ㄉa(chǎn)。有機涂層鋼板既有鋼板的強度，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，故有彩色鋼板之稱。廣泛用作建筑材料、汽車制造、電器工業(yè)和電冰箱、洗衣機等的原材料。3/16/202430造型材料與工藝花紋鋼板——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)熱軋、冷軋或鉆切加工制成。廣泛用于造船、汽車、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的總稱。鋼中的主要合金元素鉻的含量通常達12%以上，主要用來制造在各種腐蝕介質(zhì)中工作的零件或構(gòu)件。3/16/202431造型材料與工藝（3）鋼管中空的棒狀鋼材，截面多為圓形，也有方形、矩形和異形。按生成方法分為無縫鋼管和焊縫鋼管。無縫鋼管采用熱軋、冷軋、擠壓、冷拔等方法生產(chǎn)，由于截面封閉無焊縫，具有較高的承載壓力，適合作高強度鋼管、特殊鋼管和厚壁鋼管。焊縫鋼管用鋼板或鋼帶卷曲成筒狀焊接而成，表面質(zhì)量好，尺寸精度高，生成效率高，成本低。按焊縫形狀可分為直縫焊管和螺旋縫焊營。生產(chǎn)薄壁管和大直徑管采用焊接方法比較方便。鋼管廣泛用來輸送流體和制造機械構(gòu)件。

3/16/202432造型材料與工藝（4）鋼絲用不同質(zhì)量的熱軋盤條冷拔拉制而成的線狀鋼材。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（小于0.lmm）、較細（0.1～0.5mm）、細（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；按化學成份分為低碳、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。

3/16/202433造型材料與工藝3/16/202434造型材料與工藝8.5.2有色金屬材料有色金屬除鐵、錳、鉻外的83種金屬都叫有色金屬。有色金屬的分類，各個國家并不完全統(tǒng)一。大致上按其密度、價格，在地殼中的儲量及分布情況，被人們發(fā)現(xiàn)和使用的早晚等分為五大類：輕有色金屬、貴有色金屬、稀有金屬、貴金屬、半金屬。3/16/202435造型材料與工藝有色金屬合金由一種有色金屬作為基體，加入另一種金屬或非金屬組成的既具有基體金屬通性又具有某些特定性能的物質(zhì)稱為有色金屬合金。有色金屬合金分類方法很多。按基體金屬可分為銅合金、鋁合金、鈦合金、鎳合金等;按其生產(chǎn)方法，又可分為鑄造合金；根據(jù)組成合金的元素數(shù)目，可分為二元合金、三元合金、四元合金和多元合金。一般合金組分的總含量小于2.5%者為低合金；含量為2.5%~10%者為中合金；含量大于10%者為高合金。3/16/202436造型材料與工藝3/16/202437造型材料與工藝3/16/202438造型材料與工藝

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。鋁具有較優(yōu)良的特性。純鋁密度小，約為2.7g/cm3，相當于銅的三分之一，屬輕金屬，熔點660℃。鋁的導電、導熱性優(yōu)良，僅次于銅，具導電率約為銅的64%。鋁在結(jié)晶后具有面心立方晶格，具有很高的塑性，可進行各種塑性加工。純鋁為銀白色，在大氣中鋁與氧的親合力很大，能形成一層致密的三氧化二鋁氧化膜，隔絕空氣防止進一步氧化，因此在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。3/16/202439造型材料與工藝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、強度高，比強度值接近或超過鋼，具有優(yōu)良的導電、導熱性和抗蝕性，易加工，耐沖壓，并且可陽極氧化成各種顏色。3/16/202440造型材料與工藝（1）鋁合金的分類A.變形鋁合金又稱可壓力加工鋁合金，塑性良好，可通過軋制、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。變形鋁合金按性能和使用特點，可分為防銹鋁合金、硬鋁合金、超硬鋁合金和鍛造鋁合金，廣泛用作工程結(jié)構(gòu)材料、工業(yè)造型材料和建筑裝潢材料等。3/16/202441造型材料與工藝B.鑄造鋁合金按主要合金元素可分為鋁-硅系、鋁-銅系、鋁-鎂系和鋁-鋅系合金，具有良好的鑄造性能和一定的力學性能，但塑性差，不能進行塑性加工。多采用砂型、金屬型、熔模殼型的鑄造方法，生產(chǎn)各種形狀復雜，承載不大，重量較輕且有一定耐蝕、耐熱要求的鑄件。3/16/202442造型材料與工藝（2）常見鋁合金品種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字等幾大類別，而每一類別又有若干品種，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、耐蝕、耐磨等特點，表面再經(jīng)陽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、門窗框體材料、墻面和吊頂骨架支承材料等。3/16/202443造型材料與工藝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)陽極氧化、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。3/16/202444造型材料與工藝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，它不但對氧氣、光線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，可與塑料薄膜復合成復合薄膜，因此，鋁箔廣泛用干各種商品的包裝。鋁箔的主要包裝性能是防潮性、保香性、遮光性和反射性。

3/16/202445造型材料與工藝鋁箔的主要包裝性能防潮性：鋁箔的防潮性能極優(yōu)良，厚鋁箔的防潮性更為突出。在藥品防潮萬面，鋁箔的應用特別引人注目，如藥品的泡罩包裝等。保香性：鋁箔具有卓越的保香性。食品和化妝品的香味是很重要的質(zhì)量指標。香味通常是由極微量的揮發(fā)性物質(zhì)產(chǎn)生的，人們通過鋁箔包裝材料來阻隔香味，除了可防止內(nèi)裝物的香味擴散以外，還可防止外部異味的滲入。3/16/202446造型材料與工藝遮光性：鋁箔是一種極好的遮光材料。采用鋁箔包裝材料，能阻隔光線對商品的直接照射，對提高商品的保存壽命起了重要的作用。反射性：鋁箔具有金屬光澤，對紫外線、紅外線等各種射線有強力的反射作用。3/16/202447造型材料與工藝

④鋁塑復合膜：通常鋁箔較少單獨用于包裝，因為鋁箔很柔軟，不適宜高速包裝，往往要進行二次加工才能把鋁箔的特性進一步發(fā)揮出來。對鋁箔進行樹脂涂布或把鋁箔與其他塑料進行復合，能使鋁箔的機械強度增加，并具有熱封性能，從而適應現(xiàn)代包裝機的高速自動包裝。3/16/202448造型材料與工藝由于復合薄膜是由兩種或兩種以上的不同性質(zhì)的材料復合在一起的多層薄膜，因此在材料的性能上可以相互取長補短。人們可以根據(jù)內(nèi)容物的包裝要求，選用不同的基材和不同的復合工藝，獲得能滿足各種包裝性能要求的材料。鋁塑復合膜具有優(yōu)良的防潮性、阻氣性、遮光性、衛(wèi)生性、耐化學性、耐氣候性、熱封性和機械加工適應性等，是理想的包裝材料。鋁塑復合膜已廣泛地用于食品、日化、藥品和具他各類商品的包裝。3/16/202449造型材料與工藝常用的鋁塑復合膜有AL/PE，用于包裝巧克力等；OPP/PE/AL/PE，用于包裝奶粉、茶葉、化妝品和藥品等；PET/AL/CPP，為三層耐蒸煮材料，用于包裝肉、禽類等軟罐頭；OPP/AL/PE，用于包裝榨菜、奶粉和藥品等。3/16/202450造型材料與工藝

⑤真空鍍鋁膜：是一種新穎的包裝裝潢材料，是將高純度鋁絲置于高真空裝置中，將鋁絲加熱到熔融點以上，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合膜。與鋁箔相似，鍍鋁層具有美麗的金屬光澤，有優(yōu)良的阻氣性和防潮性，光線的反射率高而透過率極低，遮光性良好，適合各類商品的包裝。真空鍍鋁膜的基材可采用聚脂薄膜、雙向拉伸聚丙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜、聚乙烯薄膜和紙等。另外，鍍鋁前在薄膜基材上涂布一層透明的顏色，就可獲得多種顏色的金屬光澤，這些五彩繽紛的材料特別適用于禮品包裝。3/16/202451造型材料與工藝真空鍍鋁膜若與聚乙烯進行復合則具有更大的應用范圍，如PET/鍍鋁/PE，在PET膜上印刷圖案及商標，把印刷好的PET膜的進行真空鍍鋁，然后與PE進行復合，即組成復合膜，這類材料具有高光澤的金屬質(zhì)感，阻氣性和防潮性好，機械強度高，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。3/16/202452造型材料與工藝2.銅及銅合金銅及銅合金是歷史上應用最早的有色金屬，工業(yè)上常用的有紫銅黃銅青銅白銅3/16/202453造型材料與工藝純銅具有玫瑰色，表面氧化后呈紫色，故又稱紫銅。純銅的熔點為1083℃，密度8.9g/㎝3，具有面心立方晶格，無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。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，拉制成極細的銅絲。純銅的化學穩(wěn)定性高，在大氣、淡大中均有優(yōu)良的抗蝕性，在非氧化性酸（如鹽酸、氫氟酸等）溶液中也能耐蝕，但在海水和氧化性酸（如硝酸、濃硫酸等）中易被腐蝕。純銅的導電、導熱性極好，僅次于銀。抗磁性強，常用作電工導體和各種防磁器械等。

3/16/202454造型材料與工藝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。變形銅合金具有良好的塑性，可利用壓力加工成型，制成板、帶、管、棒和線材；鑄造銅合金塑性差，不能利用壓力加工，但鑄造性良好，廣泛用于生產(chǎn)強度高、致密性好的鑄件。鑄造銅合金在工藝美術萬面也有廣泛應用，多用于鑄造仿古銅器。3/16/202455造型材料與工藝（1）黃銅（Cu-Zn合金）以鋅為主要合金元素的銅合金。分為普通黃銅（僅含鋅的二元合金）和特殊黃銅（含鋅及其他合金元素的多元合金）。黃銅色澤美觀，具有高貴的黃金般色澤，導電導熱性強，耐腐蝕性能、機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，用作導熱導電元件、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。3/16/202456造型材料與工藝（2）青銅

除黃銅、白銅以外的其他銅基合金統(tǒng)稱為青銅，常用的合金元素有錫、鋁、硅、錳、鉻等。根據(jù)合金元素種類，青銅分為普通青銅和特殊青銅。3/16/202457造型材料與工藝普通青銅是以錫為主要合金元素，含錫量為5%～20%，又稱錫青銅（Cu-Sn合金），其色澤呈青灰色，具有很強的抗腐蝕性。根據(jù)成分中錫的合量，錫青銅又分為加工錫青銅和鑄造錫青銅。加工錫青銅含錫量低于6%～7%，具有良好的力學性能和工藝性能，耐磨，可加工成各種規(guī)格的板、帶、管、棒材；鑄造錫青銅含錫量10%～14%，質(zhì)地較為堅硬，鑄造性好，可用于生產(chǎn)形狀復雜、輪廓清晰的鑄件。3/16/202458造型材料與工藝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械性能、耐磨性和耐蝕性。