金屬材料加工工藝簡介

1、第六章第六章 金屬材料及加工工藝金屬材料及加工工藝 在鋼、鐵和合金 為代表的現(xiàn)代工業(yè)社會， 金屬材料以其優(yōu)良的力 學性能、加工性能和獨 特的表面特性，成為現(xiàn) 代產品設計中的一大主 流材質(圖61)。 第六章第六章 金屬材料及加工工藝金屬材料及加工工藝 6.1金屬材料的固有特性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合鍵的 性質所決定的。金屬的特性表現(xiàn)在以下幾個方面： 金屬材料幾乎都是具有晶格結構的固體，由金屬鍵結合而成。 金屬材料是電與熱的良導體。 金屬材料表面具有金屬所特有印色彩與光澤 金屬材料具有良好的展延性。 金屬可以制成金屬間化合物，可以與其他金屬或氫、硼

2、、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。 除了貴金屬之外，幾乎所有金屬曲化學性能都較為活潑，易于氧 化而生銹。 第六章第六章 金屬材料及加工工藝金屬材料及加工工藝 6.2金屬材料的工藝特性金屬材料的工藝特性 成型加工成型加工 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。 1鑄造鑄造 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 生產成本低，工藝靈活性大，適應性強，適合生產不同材料、形狀和重量的鑄

3、 件，并適合于批量生產。但它的缺點是公差較大，容易產生內部缺陷。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選用鑄件材料。 圖6-2為采用鑄造方法生產的產品。 第六章第六章 金屬材料及加工工藝金屬材料及加工工藝 6.2金屬材料的工藝特性金屬材料的工藝特性 成型加工成型加工 (1)砂型鑄造 俗稱翻砂，用砂粒制造鑄型進行鑄造的方法。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 性強，幾乎不受鑄件形狀、尺寸、重量及所用金屬

4、種類的限制，工藝 設備簡單，成本低，為鑄造業(yè)廣泛使用。 圖63 砂型鑄造的基本工藝過程 第六章第六章 金屬材料及加工工藝金屬材料及加工工藝 6.2金屬材料的工藝特性金屬材料的工藝特性 成型加工成型加工 (2)熔模鑄造 又稱失蠟鑄造，為精密鑄造方法之一，是常閑的鑄造方法。熔模 鑄造的工藝過程如圖6-4所示。 制作母模： 母模是鑄件的基本模樣，用于制造壓型?？筛鶕?jù)設計方案用適當?shù)牧?制作母模。 制作壓型：壓型是制造蠟模的特殊鑄型可采用易熔合金、石膏或 硅橡膠制作。用硅橡膠制作壓型時，將母模均勻的刷上壓型常用鋼或 鋁合金加工而成，小批量時層硅橡膠，然后貼一層紗布，如此反復五 六次，視鑄件的大小決定。

5、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。 第六章第六章 金屬材料及加工工藝金屬材料及加工工藝 6.2金屬材料的工藝特性金屬材料的工藝特性 成型加工成型加工 制作蠟模：制造蠟模的材料有石蠟、蜂蠟、硬脂酸和松香等，常用50 石蠟和硬脂酸的混合料。將熔化好的蠟料倒入壓型內，同時不斷的翻轉壓型， 使蠟料均勻形成蠟模，待蠟料冷卻后便可從壓型中取出，修毛刺后即得蠟模。 批量生產時則將多個蠟模組裝成蠟模組。使用蠟棒粘接蠟模制作澆注流道，澆 注流道要有澆注口和出口。 制作型殼：在蠟模上均勻地刷一層耐火涂料(如水玻璃溶液)，灑一層耐火 砂，使之硬化成殼。如此反復涂三四次，便形成具有一

6、定厚度的由耐火材料構 成的型殼(灑耐火砂先細后粗）。 脫蠟：將制作好的型殼放入爐中烘烤，使蠟模熔化流出并回收，從而得到 一個中空的型殼。 焙燒和造型：將型殼進行高溫焙燒，以增加型殼強度。為進一步提高型殼 強度，防止?jié)沧r型殼變形或破裂，可將型殼放在箱體中，周圍用干砂填充。 第六章第六章 金屬材料及加工工藝金屬材料及加工工藝 6.2金屬材料的工藝特性金屬材料的工藝特性 成型加工成型加工 澆注：將型殼保持一定溫度，澆注金屬溶液。 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，無分型面，不必再加 工或少加工。熔模鑄造工序較多，生產周期較長，受型殼

7、強度限制， 鑄件重量一般不超過25kg。適用于多種金屬及合金的中小型、薄壁、 復雜鑄件的生產。 第六章第六章 金屬材料及加工工藝金屬材料及加工工藝 6.2金屬材料的工藝特性金屬材料的工藝特性 成型加工成型加工 (3)金屬型鑄造 用金屬材料制作鑄型進行鑄造的方法，又稱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 組織結構致密，力學性能較高。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。 (4)壓力鑄造 簡稱壓鑄。在壓鑄機上，用壓射活塞以較高的壓力和速度將壓室內 的金屬液壓射到

8、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，生產效率高。適合生產小型、薄壁的復雜鑄件，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。 第六章第六章 金屬材料及加工工藝金屬材料及加工工藝 6.2金屬材料的工藝特性金屬材料的工藝特性 成型加工成型加工 (5)離心鑄造 將液態(tài)金屬澆入沿垂直軸或水平軸旋轉的鑄型中，在離心力作用下 金屬液附著于鑄型內壁，經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

9、制造其他形狀的鑄件。 第六章第六章 金屬材料及加工工藝金屬材料及加工工藝 6.2金屬材料的工藝特性金屬材料的工藝特性 成型加工成型加工 2金屬塑性加工金屬塑性加工 (1)鍛造 金屬塑性加工方法之一。鍛造是利用手錘、鍛錘或壓力設備上 的模具對加熱的金屬坯料施力，使金屬材料在不分離條件下產生塑 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：自由鍛自由鍛（如圖6-5） 模鍛模鍛（如圖6-6） 按加工方法分為：手工鍛造手工鍛造（圖6-7 ）和機械鍛造機械鍛造。 在現(xiàn)代金屬裝飾工藝中，常用的鍛造方法

10、是手工鍛造。 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。 第六章第六章 金屬材料及加工工藝金屬材料及加工工藝 6.2金屬材料的工藝特性金屬材料的工藝特性 成型加工成型加工 手工自由鍛：手工自由鍛：是指在金屬板上自由鍛造成型。 具體過程是(以紫銅浮雕為例)： 首先將銅皮用汽油噴燈進行加溫，燒至紅色，這一過程稱為“退 火”，目的是使銅的分子結構重組，使之變軟。 將設計好的圖案畫在銅皮上，用鏨子將輪 廓鏨出。 根據(jù)預先的設計將銅皮放在沙袋上，用錘子和鏨子鍛出大的凹凸起 伏。 將銅皮用膠固定在一張

11、平板上，用各種型號和形狀的鏨子鏨出一些 精細的造型，其司需要多次退火。 將制作好的作品放在鐵墊板上，找平，然后整理好邊緣。 將作品需要拋光印地方進行拋光，然后進行電鍍、化學著色、防腐 等后處理。 第六章第六章 金屬材料及加工工藝金屬材料及加工工藝 6.2金屬材料的工藝特性金屬材料的工藝特性 成型加工成型加工 手工模鍛：手工模鍛：是指先做好母模再進行鍛造成型， 具體過程是(以紫銅浮雕為例)： 首先按設計構思，制作好浮雕泥胚。 將泥胚翻制成玻璃鋼。 將銅皮用汽油噴燈過火，燒至紅色，進行退火。 將浮雕按區(qū)域分成幾個大塊面。 將鍛好的塊面焊接在一起，找平，然后拋光。 將作品進行或電鍍、或化學著色、或防

12、腐等后處理。 第六章第六章 金屬材料及加工工藝金屬材料及加工工藝 6.2金屬材料的工藝特性金屬材料的工藝特性 成型加工成型加工 (2)軋制軋制 金屬塑性加工工藝之一。如圖68所示，利用兩個旋轉軋輥印壓力 使金屬坯料通過一個特定空間產生塑性變形，以獲得所要求的截面形 狀并同時改變其組織性能。通過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晶溫度以上進行軋制，熱軋變形抗力小，變 形量大，生產效率高，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

13、室溫下對材料進行軋制。與熱軋相比，冷軋產 品尺寸精確，表面光潔，機械強度高。冷軋變形抗力大，變形量小， 適于軋制塑性好，尺寸小的線材、薄板材等。 第六章第六章 金屬材料及加工工藝金屬材料及加工工藝 6.2金屬材料的工藝特性金屬材料的工藝特性 成型加工成型加工 (3)擠壓擠壓 將金屬放入擠壓筒內，用強大的壓力使坯料從?？字袛D出，從 而獲得符合?？捉孛娴?坯料或零件印加工方法，如圖6 9所示。常 用的擠壓方法有：正擠壓、反擠壓、復合擠壓、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。通過擠壓可以 得到多種截面形狀的型材或零件。 (4)拔制拔制 金屬塑性加工方法之一。女口圖6-10

14、所示，用拉力使大截面的 金屬坯料強行穿過一定形狀的?？?，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程。拉拔生產主要用來制造各種細線材、 薄壁管及各種特殊幾何形狀的型材。拔制產品尺寸精確，表面光潔 并具有一定機械性能。低碳鋼及多數(shù)有色金屬及合金部可拔制成型， 多用來生產管材、棒材、線材和異型材等。 第六章第六章 金屬材料及加工工藝金屬材料及加工工藝 6.2金屬材料的工藝特性金屬材料的工藝特性 成型加工成型加工 (5)沖壓沖壓 金屬塑性加工方法之一，又稱板料沖壓。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

15、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。 第六章第六章 金屬材料及加工工藝金屬材料及加工工藝 6.2金屬材料的工藝特性金屬材料的工藝特性 成型加工成型加工 3切削加工切削加工 又稱為冷加工。利用切削刀具在切削機床上(或用手 工)將金屬工件的多余加工量切去，以達到規(guī)定的形狀、 尺寸和表面質量的工藝過程。 按加工方式分為車削、銑削、刨削、磨削、鉆削、鏜 削及鉗工等，是最常見的金屬加工方法。 圖61

16、2和圖61 3為銑削工序和車削工序示意圖。 第六章第六章 金屬材料及加工工藝金屬材料及加工工藝 6.2金屬材料的工藝特性金屬材料的工藝特性 成型加工成型加工 4焊接加工焊接加工 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614所示。 金屬的焊接性能是指金屬能否適應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成分和焊接方法。材料化學成分是 影響材料焊接性的最基本因素。材料化學成分含量不同，其 焊接性也不同。如碳鋼的含碳量越高，焊接

17、接頭的淬硬傾向 越大，就易于產生裂紋，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。 第六章第六章 金屬材料及加工工藝金屬材料及加工工藝 6.2金屬材料的工藝特性金屬材料的工藝特性 成型加工成型加工 第六章第六章 金屬材料及加工工藝金屬材料及加工工藝 6.2金屬材料的工藝特性金屬材料的工藝特性 成型加工成型加工 5. 粉末冶金粉末冶金 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。 其主要工序為： 粉末原料的制取和準備。 將粉末加工成所需形狀的坯料。經混合、成形和燒結，獲

18、得所需 形狀 將坯料在低于主要組元熔點的溫度下進行燒結，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。 第六章第六章 金屬材料及加工工藝金屬材料及加工工藝 6.2金屬材料的工藝特性金屬材料的工藝特性 熱處理熱處理 通過加熱和冷卻的方法，改變金屬內部或表面的絹織結構， 以獲得預期性能的工藝方法。根據(jù)熱處理時加熱冷卻規(guī)范的基 本特點及其對組織性能的影響，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 普通熱處理包括退火、正火、淬火和回火處理(如圖615所示)。 退火是將

19、金屬加熱到臨界溫度(Ac3：或Ac1，)以上，保溫一段 時間后度冷卻，使其組織結構接近均衡狀態(tài)，從而消除或減少 內應力，均化組織和成分，有利于加工作業(yè)。 第六章第六章 金屬材料及加工工藝金屬材料及加工工藝 6.2金屬材料的工藝特性金屬材料的工藝特性 熱處理熱處理 正火是將金屬加熱保溫后， 在室溫下空氣中進行冷卻，是 一種特殊的退火處理。 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，以達到強化金屬組織，提 高金屬的強度、硬度等機械性 能。 回火是將淬火后的金屬重新 加熱，再進行保溫冷卻。其目 的是為了消除淬火應力，以達 到所要求的組織和性能。圖 615 普通熱處理過程示意圖 第六章

20、第六章 金屬材料及加工工藝金屬材料及加工工藝 6.2金屬材料的工藝特性金屬材料的工藝特性 熱處理熱處理 2表面熱處理表面熱處理 表面熱處理包括表面淬火和化學熱處理： 表面淬火是通過快速加熱金屬表面層至所要求的溫度，然后進行 淬火，以提高金屬表面的硬度和耐磨性。 化學熱處理是將金屬工件置于一定活性介質中加熱保溫，使介質 元素滲入工件表 面，改變其表面的化學成分和組織結構，使表面達 到預期要求的性能。常用的化學熱處理 包括滲碳、滲氮和氨碳共滲 (又稱氰化)。 3特殊熱處理特殊熱處理 特殊熱處理是利用一些特殊工藝方法進行熱處理，通常有形變熱處 理、磁場熱處理等。 第六章第六章 金屬材料及加工工藝金屬

21、材料及加工工藝 6.2金屬材料的工藝特性金屬材料的工藝特性 表面處理技術表面處理技術 金屬材料表面處 理及裝飾的功效一方面是保護作用，另一方面是裝飾作用。 1金屬材料的表面前處理金屬材料的表面前處理 在對金屬材料或制品進行表面處理之前，應有前處理或預處理工序， 以使金屬材料或制品的表面達到可以進行表面處理的狀態(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 械處理、化學處理和電化學處理等。 機械處理：機械處理：通過切削、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； 化學處理化學處理：主要是清理制品表面的油污、銹蝕及氧化皮等； 電化學處理：

22、電化學處理：主要用以強化化學除油和浸蝕的過程，有時也可用于弱浸 蝕時活化金屬制品的表面狀態(tài)。 第六章第六章 金屬材料及加工工藝金屬材料及加工工藝 6.2金屬材料的工藝特性金屬材料的工藝特性 表面處理技術表面處理技術 2金屬材料的表面裝飾技術金屬材料的表面裝飾技術 金屬材料表面裝飾技術是保護和美化產品外觀的手段，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 金屬表面著色工藝是采用化學、電解、物理、機械、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。 化學著色：在特定的溶液之中，通過金屬表面與溶液發(fā)生化學反應，在金 屬表面生成帶色的基體金屬化合物膜層曲方法

23、。 電解著色：在特定的溶液中，通過電解處理方法，使金屬表面發(fā)生反應而 生成帶色 膜層。 陽極氧化染色：在特定的溶液中，以化學或電解的方法對金屬進行處理， 生成能吸附染料的膜層，在染料作用下著色，或使金屬與染 料微粒共析形成復合帶色鍍層。 第六章第六章 金屬材料及加工工藝金屬材料及加工工藝 6.2金屬材料的工藝特性金屬材料的工藝特性 表面處理技術表面處理技術 鍍覆著色：采用電鍍、化學鍍、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。 涂覆著色：采用浸涂、刷涂、噴涂等方法，在金屬表面涂覆有機涂 層。 琺瑯著色：在金屬表面覆蓋玻璃質材料，經高溫燒制形成膜層。

24、 熱處理著色：利用加熱的方法，使金屬表面形成帶色氧化膜。 傳統(tǒng)著色技術：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 金屬表面肌理工藝是通過鍛打、刻劃、打磨、腐蝕等工藝在金屬表面 制作出肌理效果。 第六章第六章 金屬材料及加工工藝金屬材料及加工工藝 6.2金屬材料的工藝特性金屬材料的工藝特性 表面處理技術表面處理技術 表面鍛打：使用不同形狀的錘頭在金屬表面進行鍛打，從而形成 不同形狀的點狀肌理，層層疊疊，十分具有裝飾性。 表面拋光：利用機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。 表面鑲嵌：在金屬表面刻

25、畫出陰紋，嵌入金銀絲或金銀片等質地 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。 表面蝕刻：是使用化學酸進行腐蝕而得到的一種斑駁、滄桑的裝 飾效果，如圖6-16所示。 具體方法如下： 首先在金屬表面涂上一層瀝青，接著將設計好的紋飾在瀝青的表面刻畫，將需腐蝕部分 的金屬露出。下面就可以進行腐蝕了，腐蝕可以視作品的大小，選擇進入化學酸溶液內腐蝕和 噴刷溶液腐蝕。一般來說，小型作品選擇浸入式腐蝕?；瘜W酸具有極強的腐蝕性，在進行腐蝕 操作時一定要注意安全保護。 第六章第六章 金屬材料及加工工藝金屬材料及加工工藝 6.3 常用的金屬材料常用的金屬材料 分類分類 按金屬材料構成元素分為黑色金

26、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，簡稱鋼鐵材料。 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。 按金屬材料主要性能和用途分為金屬結構材料和金屬功能材料。 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。 按金屬材料密度分為輕金屬(密度45g cm3)。 第六章第六章 金屬材料及加工工藝金屬材料及加工工藝 6.3 常用的金屬材料常用的金屬材料 鋼鐵鋼鐵 一一鋼鐵材料鋼鐵材料 鋼鐵材料可分為三大類： 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

27、好， 但強度低，很少用作結構材料和外觀材料。 鋼含碳量為0.022.11的鐵碳合金，另含有少量磷、硫等 雜質元素。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，廣泛應用于名個領域。 鑄鐵含碳量為2.114.0 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，生產工藝簡單，成本低廉，可用來制造 各種具有復雜 結構和形狀的零件。常田的鑄鐵材料有灰口鑄鐵， 可鍛鑄鐵和球墨鑄鐵。 第六章第六章 金屬材料及加工工藝金屬材料及加工工藝 6.3 常用的金屬材料常用的金屬材料 鋼鐵鋼鐵 1鋼的分類 (1)碳素鋼 碳素鋼按含碳量可分為：

28、 低碳鋼含碳量0.25以下。低碳鋼具有低強度、高塑性、高韌 性及良好加工性和焊接性，適合制造形狀復雜和需焊接 的零件和件。 中碳鋼含碳量0.250.6。中碳鋼具有一定的強度、塑性 和適中的韌性，經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印齒輪、軸承等機械零件。 高碳鋼含碳量06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。 第六章第六章 金屬材料及加工工藝金屬材料及加工工藝 6.3 常用的金屬材料常用的金屬材料 鋼鐵鋼鐵 碳素鋼按質量可分為普通鋼、優(yōu)質剛和高級優(yōu)質鋼。 碳素鋼按用途可分為結構鋼、工具鋼和特殊性能鋼。 (2

29、)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理、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、鋁、鎢、鈦、硼 等。如鉻可使鋼的耐磨性、硬度和高溫強度增加。 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510)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構鋼、合金工具鋼和特種合金鋼(如不銹 鋼、耐熱鋼、耐磨鋼等)。 第六章第六章 金屬材料及加工工藝金屬材料及加工工藝 6.3 常用的金屬材料常用的金屬材料 鋼鐵鋼鐵 2常用鋼

30、材的品種及用途 鋼材由鋼坯或鋼錠加工而成的產品。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。 (1)型鋼 具有一定幾何形狀截面、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輪廓尺寸來表示。 第六章第六章 金屬材料及加工工藝金屬材料及加工工藝 6.3 常用的金屬材料常用的金屬材料 鋼鐵鋼鐵 (2)鋼板 用鋼坯或鋼錠軋制而成、且寬厚比很大的矩形板材。 按按生成

31、方法可分為：熱軋鋼板和冷軋鋼板； 按按質量分為：普通鋼板、優(yōu)質鋼板和復合鋼板； 按按表面處理方式分為：鍍層鋼板和涂層鋼板； 按按厚度分為：薄鋼板(厚度小于4mm)、厚鋼板(厚度460mm)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件和產品。 鋼帶：又稱帶鋼，為長度很長，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、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。 第六章第六章 金屬材料及加工工藝金屬材料及加工工藝

32、 6.3 常用的金屬材料常用的金屬材料 鋼鐵鋼鐵 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。 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)又禰鍍鋅鐵皮，俗稱 白鐵皮。鍍鋅鋼板廣泛用子建筑、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

33、腐蝕性、焊接性，深；中壓時有潤滑 性，并能進行彩色印刷。廣泛田來制作罐頭盒、食 品容器及輕便耐蝕器皿等。 第六章第六章 金屬材料及加工工藝金屬材料及加工工藝 6.3 常用的金屬材料常用的金屬材料 鋼鐵鋼鐵 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。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， 多用作汽車排氣系統(tǒng)、耐熱部件及建筑材料等

34、。 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 或層壓法生產。 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，故有彩色鋼板稱。 第六章第六章 金屬材料及加工工藝金屬材料及加工工藝 6.3 常用的金屬材料常用的金屬材料 鋼鐵鋼鐵 花紋鋼板表面帶有凹凸花紋的鋼板。 花紋主要起防滑和裝飾作用，可經 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

35、其他腐蝕介質中具 有高耐蝕性的合金鋼印總稱。 鋼中的主要合金元素鉻的含量通常 達1 2以上，主要用來制造在各種腐蝕介質中工作的零件或構件。 (3)鋼管 按生成方法分為：無縫鋼管和焊縫鋼管。 無縫鋼管無縫鋼管：采用熱軋、冷軋、擠壓、冷拔等方法生產。 焊縫鋼管：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 流體和制造機械構件。 第六章第六章 金屬材料及加工工藝金屬材料及加工工藝 6.3 常用的金屬材料常用的金屬材料 鋼鐵鋼鐵 (4)鋼絲 由不同質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：

36、圓形、橢圓形、三角形和異形鋼絲； 按尺寸分為：特細(小于0.1 mm)、較細(0.10.5mm)、細(0.5- 1.5mm)、中等(1.53mm)、粗(3.06.0mm)、較粗 (6.08.0mm) 、特粗(大于8.0mm)鋼絲； 按化學成分分為：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、結構鋼絲、彈簧鋼絲、不銹鋼絲、電工 鋼絲、鋼繩鋼絲等。 第六章第六章 金屬材料及加工工藝金屬材料及加工工藝 6.3 常用的金屬材料常用的金屬材料 有色金屬材料有色金屬材料 1鋁及鋁合金鋁及鋁合金 鋁及鋁合金是工業(yè)用量最

37、大的有色金屬，是一種常用的現(xiàn)代材料。 特點： a. 純鋁密度小，約為2.7gcm3，相當于銅的三分之一，屬輕金屬。 b. 熔點660。 c. 鋁的導電、導熱性優(yōu)良，僅次于銅，其導電率約為銅的64。 d. 鋁具有很高的塑性，可進行各種塑性加工。 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。 第六章第六章 金屬材料及加工工藝金屬材料及加工工藝 6.3

38、 常用的金屬材料常用的金屬材料 有色金屬材料有色金屬材料 (1)鋁合金的分類 鋁合金通常分為變形鋁合金和鑄造鋁合金。 變形鋁合金變形鋁合金：又可稱壓力加工鋁合金，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 等產品，是優(yōu)良的輕型材料。又細分為防銹鋁合金、 硬鋁合金、超硬鋁合金。 鑄造鋁合金：鑄造鋁合金：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。按主要合金元素 細分分為鋁硅系、鋁銅系、鋁鎂系和鋁鋅系 合金。 第六章第六章 金屬材料及加工

39、工藝金屬材料及加工工藝 6.3 常用的金屬材料常用的金屬材料 有色金屬材料有色金屬材料 (2)常見鋁合金制品 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。鋁合金型材具有質輕、 高 強、耐蝕、耐磨 等特點， 表面再經陽極氧化或噴涂處理 而更具裝飾性。 廣泛用作產品造型材料、 展示材料、門 窗框體材料、墻面和吊頂骨架支承材料等。 鋁合金裝飾板：鋁合金板材經輥壓、冷彎等工藝制成的具有一定形狀的裝 飾板，表面經眶極氧化、噴漆、覆膜或精加工等處理可獲

40、得各種色彩或肌理。鋁合金裝飾板質輕，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。 第六章第六章 金屬材料及加工工藝金屬材料及加工工藝 6.3 常用的金屬材料常用的金屬材料 有色金屬材料有色金屬材料 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 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。 鋁塑復合膜：通常

41、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。 第六章第六章 金屬材料及加工工藝金屬材料及加工工藝 6.3 常用的金屬材料常用的金屬材料 有色金屬材料有色金屬材料 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。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，

42、遮 光性良好， 適合各類商品的包裝。 真空鍍鋁膜若與聚乙烯進行復合則具有更大印應用范圍，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。 第六章第六章 金屬材料及加工工藝金屬材料及加工工藝 6.3 常用的金屬材料常用的金屬材料 有色金屬材料有色金屬材料 2銅及銅合金銅及銅合金 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、白銅等。 特點： a. 純銅具有玫瑰色，表面氧化后呈紫色

43、，故又稱紫銅。 b. 純銅的熔點為1083，密度8.98cm3。 c. 純銅質地柔軟,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。 d. 純銅的導電、導熱性極好，僅次于銀。 e. 抗磁性強，常用作電工導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。 第六章第六章 金屬材料及加工工藝金屬材料及加工工藝 6.3 常用的金屬材料常用的金屬材料 有色金屬材料有色金屬材料 (1)黃銅 (Cu Zn合金) 以鋅為主要合金元素

44、印銅合金。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?？芍瞥砂宀?、帶材、管材、棒材和型材，用作導熱導電元件、耐 蝕結構件、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：普通青銅：以錫為主要合金元素，含錫量為520，又稱錫青銅(Cu-Sn 合金)。色澤呈青灰色，具有很強的抗腐蝕性。又分為加工錫青銅 和鑄造錫青銅。 第六章第六章 金屬材料及加工工藝金屬材料及加工工藝 6.3 常用的金屬材料常

45、用的金屬材料 有色金屬材料有色金屬材料 a. 加工錫青銅：含錫量低于67，具有良好的力學性能和工藝性能，耐 磨，可加工成各種規(guī)格板、帶、管、棒材； b. 鑄造錫青銅：含錫量1014，質地較為堅硬，鑄造性好，可用于生產 形狀復雜的復雜、輪廓清晰的鑄件。 特殊青銅：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。 (3)白銅(Cu Ni合金) 以鎳為主要合金元素的銅合金，色澤呈自色，質地較軟，耐腐蝕性 好。銅合金中鎳含量的增加，自銅的強度、硬度、彈性和耐蝕性等 性能相應提高。 普通白銅：普通白銅：僅由銅和鎳組成的合金。 特殊白銅：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)上白銅分為結構白銅和電工白銅。 第六章第六章 金屬材料及加工工藝金屬材料及加工工藝 6.4 金屬材料在設計中的應用金屬材料在設計中的應用 l設計實例： (1)金屬椅(圖6-17) 由設計師馬里奧博塔(Maro Botta)設計的金屬椅。椅架采 用鋼管彎曲焊接而成，椅面和 椅背則由鋼板沖孔彎折而成。 此款設計充分利用金屬材料本 身固有的剛性和柔性來達到穩(wěn) 固結實和