金属材料简介【ppt】.ppt

设计材料与工艺金属 mentalmaterials groupmember 一 金属材料的固有特性 金属材料的性能包括很多 可分为物理性能 化学性能 力学性能 工艺性能 1 of 6 物理性能 密度 特有的色彩与光泽 导热导电性 光学性能 磁性能 延展性电性能 超导性能 形状记忆性能 热膨胀性等 利用 电镀金利用金的色彩光泽 飞机用铝合金利用密度 电热器用铜制作利用导热导电 永磁材料利用磁性能等等 化学性能 耐热性 耐蚀性 耐晒性 催化特性 感光特性 抗氧化性等 利用 不锈钢利用耐蚀性 高温合金利用耐热性等等 一 金属材料的固有特性 金属材料的性能包括很多 可分为物理性能 化学性能 力学性能 工艺性能 of 6 力学特性 硬度 强度 塑性 韧性 冲击 疲劳 弹性 利用 如刀具利用硬度 结构材料利用强度 变形加工利用塑性 弹性材料利用弹性和疲劳性能 装甲钢利用冲击性能等等 工艺性能 工艺性能是指加工成为一定形状的零件的难易程度 如锻造性能 冲压性能 铸造性能 焊接性 热处理性能等等 其中又可细分 如铸造性能里面有流动性 收缩性等 热处理性能里面有淬透性 淬硬性 氧化脱碳性 白点敏感性等等 利用 机械锻造 加工 二 金属的美学特性 Thefeelingofmental 金属材料的感觉特性是由金属的触觉质感和视觉质感所形成的 此外还包括物理属性 即材料表面传达给人的知觉系统的信息 如材料的肌理 色彩 光泽 质地等 of 6 光滑 冷峻 坚硬 色泽 二 金属的美学特性 1 of 6 从心理学角度来说 人们容易并且喜欢接触光滑的经过加工的金属表面 因为这样的金属表面带给人以细腻 高贵 光洁 凉爽等感受 从而愉悦人的心灵 人们不喜欢表面锈蚀的金属件 因为它会产生粗 钻 涩 乱 脏等不快心理 视觉质感是触觉质感的综合和补充 一般材料的感觉特性是相对于人的触感而言的 由于人类长期触觉经验的积淀 大部分触觉感受已转化为视觉的间接感受 二 金属的美学特性 1 of 6 对已熟悉的材料 可根据以往的触觉经验通过视觉印象判断该材料的材质 从而形成材料的视觉质感 由于视觉质感对于触觉质感的间接性 经验性 知觉性 也就是具有相对的不真实性 利用这一特点 可以用各种表面处理工艺手段 以近乎乱真的视觉质感达到触觉质感的错觉感 例如同一质地的钢板材料 不经任何加工处理给人以朴实 自然的感觉 而表面经摘磨加工的钢材 给人以摘致 光滑 眩目 滚华等感觉 总的来说金属的感觉特性是人性 坚硬 光滑 理性 拘谨 现代 科技 冷漠 凉爽 笨重 二 金属的美学特性 1 of 6 二 金属的美学特性 1 of 6 线状 二 金属的美学特性 1 of 6 线状 二 金属的美学特性 1 of 6 面材 二 金属的美学特性 1 of 6 块材 三 金属材料的分类 1 of 6 黑色金属通常以铁 锰 铬为基的合金称黑色金属 以铁为基的合金称为钢 有色金属以其余合金为基的合金称有色金属 有色金属通常按其元素名称命名 如铝及铝合金 铜及铜合金 按金属的颜色来分类 三 金属材料的分类 1 of 6 按照它们的性质 用途 用途分布及其储量等的不同 又将其分为四类 重金属 铜 镍 钴 铅 锌 锡 锑 铋 汞和镉等 轻金属 铝 镁 钠 钙和钾 贵金属 金 银和铂族金属 铂 钌 铑 钯 锇和铱 等八个元素 稀有金属 锂 铍 铷 铯 四 常用的黑色金属材料 1 of 6 分类 钢铁 按冶炼方法分类按金相组织按化化学成分按品质分类按形状分按脱氧程度按用途 四 常用的黑色金属材料 1 of 6 钢 工具钢 量具工具钢 冷模工具钢 热模工具钢 特殊性能钢 耐冲击低温钢 不锈耐酸钢 耐候钢 电工用钢 结构钢 建筑结构钢 机器制造用钢 按用途分 四 常用的黑色金属材料 1 of 6 按金相组织 1 按平衡状态及退火组织分为 亚共析钢 共析钢 过共析钢和莱氏体钢 2 按正火组织分为 珠光体钢 贝氏体钢 马氏体钢 奥氏体钢 3 按加热氏有无相变和室温时的金相组织分为 铁素体钢 奥氏体钢 马氏体钢 双相钢 四 常用的黑色金属材料 1 of 6 按化化学成分碳素钢分为 普通碳素钢 优质碳素钢和高级碳素钢 合金钢分为 低合金钢 中合金钢和高合金钢 四 常用的黑色金属材料 1 of 6 碳素钢简称碳钢除铁碳外主要含有少量SiMnSP杂质 总含量不超过2 按含碳量分为 低碳钢 含碳量小于0 25 中碳钢 含碳量0 25 0 6 高碳钢 含碳量大于0 6 四 常用的黑色金属材料 1 of 6 按形状分板材板材 0 2 4 0mm薄钢板4 20mm中厚钢板大于20mm厚钢板管材 无缝 热轧 冷拔和抵压 有缝 焊接管 直缝管 螺旋管 型材 角钢 槽钢 工字钢 圆钢 方钢 扁钢和六角钢线材 钢筋 钢丝和铁丝 四 常用的黑色金属材料 1 of 6 根据需要 钢材的几种分类方法可以混合使用 按照使用性能和用途综合分类如下 五 常见的有色金属 1 of 6 有色金属是指铁 铬 锰三种金属以外的所有金属 大致按其密度 价格 在地壳中的储量及分布情况和被人们发现与使用情况的早晚等可将有色金属分为以下五类 1 轻有色金属 指密度小于4 5的有色金属 包括铝 镁 钾 钠 钙 锶 钡 2 重有色金属 指密度大于4 5的有色金属 包括铜 铅 锌 镍 钴 锡 锑 汞 镉 铋等 3 贵金属 指在地壳中含量少 开采和提取都比较困难 对氧和其它试剂稳定 价格比一般金属贵的有色金属 包括金 银 铂 钯 锇 铱 钌 铑 4 半金属 一般指硅 硒 碲 砷和硼五种元素 其物理化学性质介于金属和非金属之间 如砷是非金属 但它能传热和导电 稀有金属 稀有金属并不是说稀少 只是指在地壳中分布不广 开采冶炼较难 在工业应用较晚 故称为稀有金属 包括锂 铍 铷 铯 钛 锆 铪 钒 铌 钽 钨 钼 铼 镓 铟 锗 鉈等 稀有金属 稀有金属并不是说稀少 只是指在地壳中分布不广 开采冶炼较难 在工业应用较晚 故称为稀有金属 包括锂 铍 铷 铯 钛 锆 铪 钒 铌 钽 钨 钼 铼 镓 铟 锗 鉈等 六 钢材的命名规则及常用的钢材 1 of 6 1 碳素钢的编号 1 碳素结构钢一般结构钢和工程用热轧钢板 型钢均属此类 按照GB700 88的规定 钢的牌号由代表屈服强度的字母 屈服强度值 质量等级符号 脱氧方法符号等四部分按顺序组成 如Q235 A F Q235 B等 符号的规定为 Q 钢材屈服点 屈服强度 屈 字汉语拼音首位字母 A B C D 分别为质量等级 F 沸腾钢 b 半镇静钢 例如Q235 A F的意义为 GBT00 88与GBT00 79所规定的碳素结构钢的牌号 技术要求和内容形式均有变化 新旧GB700标准牌号对照如表1 1 供参考 2 优质碳素结构钢钢号用两位数字表示 这两位数字表示平均含碳量的万分之几 如45号钢表示钢中平均含碳量为0 45 08钢表示平均含碳量为0 08 优质碳素结构钢在供应时既保证化学成分又保证机械性能 而且钢中含的有害元素及非金属夹杂物比普通碳素钢的少 含锰量较高的钢 须将锰元素标出 如平均碳含量为0 50 锰含量为0 7 1 0 的钢 其钢号为 50锰 或 50Mn 1 of 6 六 钢材的命名规则及常用的钢材 七 新型的合金材料 1 of 6 钛合金 钛合金 强度高 钛合金的密度一般在4 51g cm3左右 仅为钢的60 纯钛的强度才接近普通钢的强度 一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度 因此钛合金的比强度 强度 密度 远大于其他金属结构材料 可制出单位强度高 刚性好 质轻的零 部件 目前飞机的发动机构件 骨架 蒙皮 紧固件及起落架等都使用钛合金 热强度高 使用温度比铝合金高几百度 在中等温度下仍能保持所要求的强度 抗蚀性好 钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作 其抗蚀性远优于不锈钢 对点蚀 酸蚀 应力腐蚀的抵抗力特别强 对碱 氯化物 氯的有机物品 硝酸 硫酸等有优良的抗腐蚀能力 但钛对具有还原性氧及铬盐介质的抗蚀性差 低温性能好 钛合金在低温和超低温下 仍能保持其力学性能 低温性能好 间隙元素极低的钛合金 如TA7 在 253 下还能保持一定的塑性 因此 钛合金也是一种重要的低温结构材料 铜锌合金 1 多数合金熔点低于其组分中任一种组成金属的熔点 2 硬度一般比其组分中任一金属的硬度大 特例 钠钾合金是液态的 用于原子反应堆里的导热剂 3 合金的导电性和导热性低于任一组分金属 利用合金的这一特性 可以制造高电阻和高热阻材料 还可制造有特殊性能的材料 4 抗腐蚀能力强 七 新型的合金材料 1 of 6 锇镁合金轻质合金铝锂合金具有高比强度 断裂强度 密度 高比刚度且相对密度小的特点 如用作现代飞机蒙皮材料 一架大型客机可减轻重量50kg 以波音747为例 每减轻1kg 一年可获利2000美元 钛合金比钢轻 耐腐蚀 无磁性 强度高 是用于航空和舰艇的理想材料 高电阻电热合金储氢合金 低温型镍氢电池 氢气净化器 在氢能利用过程中 氢的储运是重要环节 1969年荷兰飞利浦公司研制出LaNi5储氢合金 具有大量的可逆地吸收 释放氢气的性质 其合金氢化物LaNi5H6中氢的密度与液态氢相当 约为氢气密度的1000倍 超耐热合金 电气烧烤炉 七 新型的合金材料 1 of 6 形状记忆合金它们具有高弹性 金属橡胶性能 高强度等特点 在较低温度下受力发生塑性变形后 经过加热 又恢复到受热前的形状 如Ni Ti Ag Cd Cu Cd Cu Al Ni Cu Al Zn等合金 可用于调节装置的弹性元件 如离合器 节流阀 控温元素等 热引擎材料 医疗材料 牙齿矫正材料 等 新型金属功能材料除上述几类以外 还有能降低噪音的减振合金 具有替代 增强和修复人体器官和组织的生物医学材料 具有在材料或结构中植入传感器 信号处理器 通信与控制器及执行器 使材料或结构具有自诊断 自适应 甚至损伤自愈合等智能功能与生命特征的智能材料等 七 新型的合金材料 1 of 6 魔力水车就是中国科技馆一件介绍 形状记忆合金 的展品 展品将形状记忆合金材料做成片状 在特定的温度下 水车可以没有外部动力 自行旋转 七 新型的合金材料 1 of 6 镍钛记忆合金 花瓣 在相应的温度下慢慢绽放 八 金属材料的常用加工工艺 1 of 6 金属材料常用的加工工艺分为冷加工和热加工 此外还有化学加工 如电镀 电解 电腐蚀等 现在更先进的加工方法还有等离子加工 气相沉积加工等 冷加工 通常指金属的切削加工 视频 用切削工具 包括刀具 磨具和磨料 把坯料或工件上多余的材料层切去成为切屑 使工件获得规定的几何形状 尺寸和表面质量的加工方法 任何切削加工都必须具备3个基本条件 切削工具 工件和切削运动 切削工具应有刃口 其材质必须比工件坚硬 不同的刀具结构和切削运动形式构成不同的切削方法 用刃形和刃数都固定的刀具进行切削的方法有车削 钻削 镗削 铣削 刨削 拉削和锯切等 用刃形和刃数都不固定的磨具或磨料进行切削的方法有磨削 研磨 珩磨和抛光等 八 金属材料的常用加工工艺 1 of 6 热加工 在金属学中 把高于金属再结晶温度的加工叫热加工 热加工可分为金属铸造 热扎 锻造 视频 焊接和金属热处理等工艺 有时也将热切割 热喷涂等工艺包括在内 热加工能使金属零件在成形的同时改善它的组织 或者使已成形的零件改变结晶状态以改善零件的机械性能 铸造 焊接是将金属熔化再凝固成型 热扎 锻造是将金属加热到塑性变形阶段 再进行成型加工 如合金钢需加热到形成均匀奥氏体后 进行热扎 锻造 温度低塑性不好 易产生裂纹 温度过高金属件易过分氧化 影响加工件质量 金属热处理只改变金属件的金相组织 它包括 退火 正火 淬火 回火等 九 冲压成型基本原理和方法 1 of 6 冲压加工是借助于常规或专用冲压设备的动力 使板料在模具里直接受到变形力并进行变形 从而获得一定形状 尺寸和性能的产品零件的生产技术 板料 模具和设备是冲压加工的三要素 按冲压加工温度分为热冲压和冷冲压 前者适合变形抗力高 塑性较差的板料加工 后者则在室温下进行 是薄板常用的冲压方法 它是金属塑性加工的主要方法之一 也隶属于材料成型工程技术 冲压主要是按工艺分类 可分为分离工序和成形工序两大类 分离工序也称冲裁 其目的是使冲压件沿一定轮廓线从板料上分离 同时保证分离断面的质量要求 成形工序的目的是使板料在不破坯的条件下发生塑性变形 制成所需形状和尺寸的工件 在实际生产中 常常是多种工序综合应用于一个工件 冲裁 弯曲 剪切 拉深 胀形 旋压 矫正是几种主要的冲压工艺 十 金属的连接方法 1 of 6 铆接 使用铆钉连接两件或两件以上的工件叫铆接 1 活动铆接 结合件可以相互转动 不是刚性连接 如 剪刀 钳子 2 固定铆接 结合件不能相互活动 这是刚性连接 如 角尺 三环锁上的铭牌 桥梁建筑 3 密封铆接 铆缝严密 不漏气体 液体 这是刚性连接 螺栓联结 螺栓联结是用螺栓穿过被联结的两机件通孔 然后套上垫圈 拧紧螺母 它主要用在两边允许装拆 而被联结间厚度又不很大的场合 其连接方式有两种 一是普通螺栓联结 其特点是螺杆与通孔之间有较大间隙 加工精度低 装拆方便 但需另有定位装置 另一种是铰制孔 配合 螺栓联结 其特点是螺杆与通孔间没有间隙 采用基孔制过度配合 H7 m6 H7 n6 能精确固定被联结件位置 并能承受横向载荷 但加工精度要求高 十 金属的连接方法 1 of 6 焊接 焊接焊接是被焊工件的材质 同种或异种 通过加热或加压或两者并用 并且用或不用填充材料 使工件的材质达到原子间的结合而形成永久性连接的工艺过程 焊接过程中 工件和焊料熔化形成熔融区域 熔池冷却凝固后便形成材料之间的连接 这一过程中 通常还需要施加压力 焊接的能量来源有很多种 包括气体焰 电弧 视频 激光 电子束 摩擦和超声波等 十一 金属的表面预处理方法 1 of 6 钢材的表面处理方法主要有 手工方法 机械方法和化学方法三种 目前 常用机械方法中的喷砂处理 1 手工方法适用于一些较小的物件表面及没有条件用机械方法进行表面处理的设备表面 喷砂机 十一 金属的表面预处理方法 1 of 6 2 机械方法适用于大型金属表面的处理 有干喷砂法 湿喷砂法 密闭喷砂法 抛丸法 滚磨法和高压水流除锈法等 滚磨法适用于成批小零件的除锈 高压水流法是一种新的大面积高效除锈方法 化学方法 也称酸洗法 主要适用于对表面处理要求不高 形状复杂的零部件以及在无喷砂设备条件的除锈场合 十一 金属的表面预处理方法 1 of 6 金属成分中不含铁类的金属叫有色金属 常用的有铝 锌 镁 铜 铅 铬 镉等及其合金和镀层 在一般环境中 有色金属一般不需涂刷保护层 因为其氧化产物具有比钢铁氧化物强得多的附着力和抗渗透能力 但当其处于高盐 高湿 酸雾 碱性等腐蚀环境中 或因装饰等原因 也需要进行涂装 有色金属基层的处理及底漆 十一 金属的表面预处理方法 1 of 6 铝及其合金的表面处理及技巧铝是一种比较活泼的金属 银白色 具有光泽 密度2 7g cm3 熔点660 纯铝机械强度较低 通常加入镁 铜 锌等制成合金 具有质量轻 强度大的特点 所以在国民经济各个行业得到广泛应用 常见品种如表2所示 铝及铝合金常见品种 十一 金属的表面预处理方法 1 of 6 纯铝具有较好的防锈性能 制成合金后 在强度提高的同时 防锈性能有所下降 此外 铝及其合金表面光滑 不利于涂层附着 其加工过程中 也会带来油污和灰尘 影响附着力 为了提高它们的防腐能力 需要进行表面处理和涂装保护 1 油 锈及污物的清除与其他表面一样 除油是表面处理的第一道重要工序 要注意铝表面不能用强碱清洗 一般采用有机溶剂和表面活性剂方法除油 除去表面锈蚀和污物时 要尽量不损伤原有完整的氧化膜 所以通常不能采用硬物刮擦 可以用细砂纸或研磨膏轻轻打磨表面 必要时 可采用竹片除去旧涂膜等污物 2 表面转化处理对于新的铝合金表面 氧化是一种较好的铝合金表面防锈方法 一般有化学氧化法 酸性 碱性 磷酸一铬酸盐 和电化学氧化法 化学转化后的表面要在24h内涂上底漆 否则需要涂磷化底漆 以免影响附着力 十二 金属的表面处理方法 1 of 6 金属材料表面处理技术与金属热处理和表面热处理不是一个类型的慨念 金属材料表面处理 一般把金属表面防护和改性称之为金属材料表面处理 金属表面热处理 改变金属材料表面组织结构和力学性能指标称为金属表面热处理 金属的表面改性 也称表面优化 就是借助离子束 激光 等离子体等新技术手段 改变材料表面及近表面的组分 结构与性质 从而获得用传统的冶金和表面处理技术无法得到的新薄层材料 或者使传统材料具有更好的性能 现代先进的表面改性技术主要有物理气相沉积 简称PVD 化学气相沉积 简称CVD 等离子体化学气相沉积 简称PCVD 离子注入和离子束沉积 表面防护的内容 电镀 涂装 化学处理层 电镀包括 镀锌 铜 铬 铅 银 镍 锡 镉等 涂装包括 油漆涂装 静电喷粉 喷塑工艺 化学处理包括 发黑处理 磷化处理 十二 金属的表面处理方法 1 of 6 机械抛光化学抛光磷化涂装喷漆喷塑电镀电泳氧化发黑着色染色阳极氧化 表面处理 十二 金属的表面处理方法 1 of 6 金属表面处理工艺在产品设计中的应用对材料的认识是实现产品设计的前提和保证 早在1919年成立的包豪斯学校就十分重视材料及其质感的研究和实际练习 该院的教师伊顿曾经写道 当学生们陆续发现可以利用各种材料时 他们就能创造出更具有独特材质感的作品 设计中 除了少数材料所固定的特征以外 大部分的材料都可以通过表面处理的方式来改变产品表面所需的色彩 光泽 肌理等需要 通过改变产品表面的色彩 光泽 纹理 质地等方式 可以直接提高产品的审美功能 从而增加产品的附加值 在产品造型设计中要根据产品的性能 使用环境 材料性质等条件正确选择表面处理工艺与面试材料 使材料的颜色 光泽 肌理及加工工艺特性与产品的形态 功能 工作环境匹配适宜 以获得大方美观的外观效果 给人美的感受 十二 金属的表面处理方法 1 of 6 十二 金属的表面处理方法 1 of 6 表面精加工处理 A 切削和研削定义 利用刀具或砂轮对金属表面进行加工的工艺 效果 得到高精度的表面 B 研磨定义 是可以达到把金属表面加工成平滑面效果的工艺 效果 可以得到光面 镜面 梨皮面的效果 C 表面蚀刻定义 使用化学酸进行腐蚀而使得金属表面得到的一种斑驳 沧桑装饰效果的加工工艺原理 用耐药薄膜覆盖整个金属表面 然后用机械或者化学方法除去需要凹下去部分的保护膜 使这部分金属裸露 接着浸入药液中 使裸露的部分溶解而形成凹陷 获得纹样 最后用其他药液去除保护膜 金属蚀刻 十三 优秀的金属制品 1 of 6 十三 优秀的金属制品 1 of 6 产品名称 带塞子的抛光不锈钢容器设计师 斯蒂芬 纽拜设计讲解 这些视觉效果柔和的枕头造型与其坚硬的钢质地形成了强烈的对比 抛光研磨工艺的应用使得这些枕头看起来并不如我们想象的那样坚硬 外观柔和而灵活 简直就像我们平常见到的普通枕头 十三 优秀的金属制品 1 of 6 产品名称 桌台设计设计师 罗恩 阿拉德 AonArad 设计讲解 镜面抛光工艺的应用 使得普通的餐桌变得及其生动活泼 想象一下坐在桌子旁吃水果并欣赏桌上风景的情景吧 即使坐在旁边也是一种享受 十三 优秀的金属制品 1 of 6 产品名称 BUSLINKPRO2超