材料-金属及加工工艺4

2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,1,第8讲金属材料及加工工艺（）,常用金属材料,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,2,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,3,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,4,8.5常用金属材料,按金属材料构成元素分为黑色金属（铁和以铁为基体的合金）纯铁碳钢合金钢铸铁有色金属（铁以外的金属及其合金）金、银铝、铝合金铜、铜合金钛、钛合金,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,5,按金属材料主要性能和用途分为金属结构材料金属功能材料,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,6,按金属材料加工工艺分为铸造金属材料变形金属材料粉末冶金材料,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,7,按金属材料的密度分为轻金属（密度4.5g/cm3）,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,8,8.5.1钢铁材料,工业上应用最广泛的金属材料是钢铁材料，其产量约占金属材料总产量的90%以上。钢铁材料之间主要的区别是含碳量不同，根据含碳量多少，钢铁材料可分为三大类：,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,9,工业纯铁含碳量不超过0.02%的铁碳合金，工业纯铁虽然塑性好，但强度低，很少用作结构材料和外观材料。钢含碳量为0.02%2.11%的铁碳合金，另含有少量磷、硫等杂质元素。钢的种类繁多，根据化学成分，可分为碳素钢和合金钢两大类，广泛应用于各个领域。,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,10,铸铁含碳量为2.11%4.0%的铁碳合金，铸铁是一种使用历史悠久的重要工程材料，其熔点低，具有良好的铸造性能、切削性能及耐磨性和减振性，生产工艺简单，成本低廉，可用来制造各种具有复杂结构和形状的零件。常用的铸铁材料有灰口铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁。,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,11,1钢的分类,（1）碳素钢碳素钢又称碳钢，含碳量低于2.11%的铁碳合金。除铁、碳及限量以内的硅、锰、磷、硫、氧等杂质外，不含具他合金元素。碳作为钢中的主要元素，其含量对钢的组织结构和性能有决定性影响。通常含碳量增加，钢的强度、硬度增大，塑性、韧性和可焊性降低。,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,12,碳素钢按含碳量可分为：,低碳钢（含碳量0.25%以下）低碳钢具有低强度、高塑性、高韧性及良好的加工性和焊接性，适合制造形状复杂和需焊接的零件和构件。中碳钢（含碳量0.25%0.6%）中碳钢具有一定的强度、塑性和适中的韧性，经热处理而具有良好的综合力学性能，多用于制造要求强韧性的齿轮、轴承等机械零件。高碳钢（含碳量0.6%以上）高碳钢具有较高的强度和硬度，耐磨性好，塑性和韧性较低，主要用于制造工具、刃具、弹簧及耐磨零件等。,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,13,碳素钢按质量可分为普通钢、优质钢和高级优质钢。碳素钢按用途可分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。碳素钢是一种用量大、用途广的金属材料，多制成不同规格的板材、管材、型材、线材及铸件，广泛用于建筑、桥梁、车辆、化工等各领域。,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,14,（2）合金钢,以碳素钢为基础适量加入一种或几种合金元素的钢，具有较高的综合机械性能和某些特殊的物埋、化学性能。合金元素可改善钢的使用性能和工艺性能，常用的有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钛、硼等。如铬可使钢的耐磨性、硬度和高温强度增加；镍可使钢钢材的耐热性、低温抗冲击性、耐腐蚀性增加，主要用作强韧钢、耐酸钢等；锰可增加高温的抗拉强度和硬度，与铬的合金钢可作强韧钢，与硅的合金钢可作弹簧钢，与硫的合金钢可作易切削钢；硅可使钢的耐热性、耐蚀性增加，增加低合金钢的强度，改善电磁性能，可用作强韧钢、弹簧钢以及电气用的硅钢板。,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,15,合金钢按合金元素总含量分为低合金钢（总含量5%以下）、中合金钢（总含量5%10%）和高合金钢（总含量10%以上）；合金钢按合金元素种类分为铬钢、镍钢、锰钢、硅钢、铬镍钢、锰硅钢等；合金钢按用途分为合金结构钢、合金工具钢和特种合金钢（如不锈钢、耐热钢、耐磨钢等）。,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,16,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,17,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,18,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,19,2常用钢材的品种及用途,钢材是由钢坯或钢锭加工而成的产品，通常分为型钢、钢板、钢管、钢丝等4大类。可采用轧制、挤压、拉拔、焊接、冷弯等工艺加工，广泛用于各工业部门。,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,20,（1）型钢,具有一定几何形状截面，且长度和截面周长之比相当大的直条钢材。按生成方法可分为热轧型钢、弯曲型钢、挤压型钢、拔制型钢和焊接型钢等；按截面形状可分为圆钢、方钢、扁钢、六角钢、角钢、工字钢、槽钢和异形钢等。型钢的规格常以反映截面形状的主要陀廓尺寸来表示。,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,21,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,22,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,23,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,24,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,25,（2）钢板,用钢坯或钢锭轧制而成，且宽厚比很大的矩形板材。按生成方法可分为热轧钢板和冷轧钢板；按质量分为普通钢板、优质钢板和复合钢板；按表面处理方式分为镀层钢板和涂层钢板；按厚度分为薄钢板（厚度小于4mm）、厚钢板（厚度460mm）和特厚钢板（厚度大于60mm）。钢板可按要求剪裁、弯曲、冲压和焊接成各种构件和产品。常见的钢板品种有：,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,26,常见的钢板品种有：,钢带：又称带钢，是长度很长、大多成卷供应的钢板。宽度在600mm以下的称为窄带钢，超过600mm的称为宽带钢。分为热轧带钢和冷轧带钢。前者在热轧机上轧制，厚度16mm。主要作为冷轧用带钢以及焊缝钢管、冷弯和焊接型钢的原料；后者用热轧带钢再冷轧而成，厚度0.13mm，具有表面光洁、平整，尺可精度高，机械性能好等优点，大多加工成涂层带钢，供汽车、洗衣机、电冰箱外壳等冲压件用。冷轧带钢还广泛用于制造焊缝钢管、弹簧、锯条、刀片及各种冲压制品。,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,27,覆层钢板：在具有良好深冲压性能的低碳钢板表面镀覆锡、锌、铝、铬等金属保护层或涂覆有机涂层、塑料等非金属保护层的制品。包括镀锌钢板、镀锡钢板、无锡钢板、镀铝钢板及有机涂层钢板等，具有良好的抗蚀性和外观装饰性，在工业上广泛使用。,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,28,镀锌钢板表面镀锌的低碳钢板。镀锌能有效地防止钢材腐蚀，延长使用寿命。镀锌方法分为热镀法和电镀法。镀锌薄钢板（厚度约0.41.2mm）又称镀锌铁皮，俗称白铁皮。镀锌钢板广泛用于建筑、车辆、家电、日用品等行业。镀锡钢板表面镀有纯锡层的低碳钢薄板，俗称马口铁。镀锡方法有热镀和电镀两种。镀锡钢板表面金属光泽强，具有良好的耐腐蚀性、焊接性，深冲压时有润滑性，并能进行彩色印刷。广泛用来制作罐头盒、食品容器及轻便耐蚀器皿等。,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,29,无锡钢板不镀锡却可替代镀锡钢板使用的薄钢板。一般采用电解铬酸法处理钢板表面：先在低碳钢板表面镀一层金属铬，然后再镀铬的水合氧化物。无锡钢板生产成本低，可代替镀锡钢板，用作啤酒、饮料等罐装包装材料。镀铝钢板表面镀有纯铝或含硅量为5%10%铝合金的覆层钢板，多用热镀法、电泳法和真空蒸镀法生产。具有良好的抗高温氧化性、热反射性和优异的耐大气腐蚀性（可抵抗二氧化硫、硫化氢和二氧化氮等气体的腐蚀），多用作汽车排气系统、耐热部件及建筑材料等。真空蒸镀铝钢板可作为罐体、瓶盖等包装材料，部分代替镀锡钢板。,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,30,有机涂层钢板覆层钢板的一种，通常在冷轧钢板、镀锌钢板或镀铝钢板表面涂覆有机涂料或薄膜，一般采用辊涂法或层压法生产。有机涂层钢板既有钢板的强度，又有良好的耐腐蚀性、耐久性和耐擦洗性。表面制成不同色彩和花纹图案，装饰性极强，故有彩色钢板之称。广泛用作建筑材料、汽车制造、电器工业和电冰箱、洗衣机等的原材料。,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,31,花纹钢板表面带有凹凸花纹的钢板。花纹主要起防滑和装饰作用，可经热轧、冷轧或钻切加工制成。广泛用于造船、汽车、交通、建筑等行业。不锈钢板不锈钢是指在大气、水、酸、碱和盐溶液或其他腐蚀介质中具有高耐蚀性的合金钢的总称。钢中的主要合金元素铬的含量通常达12%以上，主要用来制造在各种腐蚀介质中工作的零件或构件。,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,32,（3）钢管,中空的棒状钢材，截面多为圆形，也有方形、矩形和异形。按生成方法分为无缝钢管和焊缝钢管。无缝钢管采用热轧、冷轧、挤压、冷拔等方法生产，由于截面封闭无焊缝，具有较高的承载压力，适合作高强度钢管、特殊钢管和厚壁钢管。焊缝钢管用钢板或钢带卷曲成筒状焊接而成，表面质量好，尺寸精度高，生成效率高，成本低。按焊缝形状可分为直缝焊管和螺旋缝焊营。生产薄壁管和大直径管采用焊接方法比较方便。钢管广泛用来输送流体和制造机械构件。,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,33,（4）钢丝,用不同质量的热轧盘条冷拔拉制而成的线状钢材。按截面形状可分为圆形、椭圆形、三角形和异形钢丝；按尺寸分为特细（小于0.lmm）、较细（0.10.5mm）、细（0.51.5mm）、中等（1.53mm）、粗（3.06.0mm）、较粗（6.08.0mm）、特粗（大于8.0mm）钢丝；按化学成份分为低碳、中碳、高碳钢丝和低合金、中合金、高合金钢丝；按表面状态分为抛光、磨光、酸洗、氧化处理和镀层钢丝等；按用途分为普通钢丝、结构钢丝、弹簧钢丝、不锈钢丝、电工钢丝、钢绳钢丝等。,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,34,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,35,8.5.2有色金属材料,有色金属除铁、锰、铬外的83种金属都叫有色金属。有色金属的分类，各个国家并不完全统一。大致上按其密度、价格，在地壳中的储量及分布情况，被人们发现和使用的早晚等分为五大类：轻有色金属、贵有色金属、稀有金属、贵金属、半金属。,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,36,有色金属合金由一种有色金属作为基体，加入另一种金属或非金属组成的既具有基体金属通性又具有某些特定性能的物质称为有色金属合金。有色金属合金分类方法很多。按基体金属可分为铜合金、铝合金、钛合金、镍合金等;按其生产方法，又可分为铸造合金；根据组成合金的元素数目，可分为二元合金、三元合金、四元合金和多元合金。一般合金组分的总含量小于2.5%者为低合金；含量为2.5%10%者为中合金；含量大于10%者为高合金。,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,37,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,38,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,39,1.铝及铝合金铝及铝合金是工业用量最大的有色金属，是一种常用的现代材料。铝具有较优良的特性。纯铝密度小，约为2.7g/cm3，相当于铜的三分之一，属轻金属，熔点660。铝的导电、导热性优良，仅次于铜，具导电率约为铜的64%。铝在结晶后具有面心立方晶格，具有很高的塑性，可进行各种塑性加工。纯铝为银白色，在大气中铝与氧的亲合力很大，能形成一层致密的三氧化二铝氧化膜，隔绝空气防止进一步氧化，因此在大气中有良好的抗氧性，但氯离子和碱离子能破坏铝的氧化膜，不耐酸、碱、盐的腐蚀。,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,40,铝合金是以铝为基加入其他合金元素（铜、硅、镁、锌、锰、镍等）而组成的合金。铝合金质轻、强度高，比强度值接近或超过钢，具有优良的导电、导热性和抗蚀性，易加工，耐冲压，并且可阳极氧化成各种颜色。,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,41,（1）铝合金的分类,A.变形铝合金又称可压力加工铝合金，塑性良好，可通过轧制、挤压、拔制、锻造等冷、热加工制成板、棒、管和型材等产品，是优良的轻型材料。变形铝合金按性能和使用特点，可分为防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金和锻造铝合金，广泛用作工程结构材料、工业造型材料和建筑装潢材料等。,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,42,B.铸造铝合金按主要合金元素可分为铝-硅系、铝-铜系、铝-镁系和铝-锌系合金，具有良好的铸造性能和一定的力学性能，但塑性差，不能进行塑性加工。多采用砂型、金属型、熔模壳型的铸造方法，生产各种形状复杂，承载不大，重量较轻且有一定耐蚀、耐热要求的铸件。,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,43,（2）常见铝合金品种,铝合金型材：利用塑性加工将铝合金坯锭加工成不同断面形状及尺寸规格的铝材。按断面形状分为角、槽、丁字、工字、Z字等几大类别，而每一类别又有若干品种，如角型材分为直角、锐角、钝角、带圆头、异形等。铝合金型材具有质轻、高强、耐蚀、耐磨等特点，表面再经阳极氧化或喷涂处理而更具装饰性。广泛用作产品造型材料、展示材料、门窗框体材料、墙面和吊顶骨架支承材料等。,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,44,铝合金装饰板：铝合金板材经辊压、冷弯等工艺制成的具有一定形状的装饰板，表面经阳极氧化、喷漆、覆膜或精加工等处理可获得各种色彩或肌理。铝合金装饰板质轻，耐久性和耐蚀性好，不易磨损，造型优美，安装方便。品种有铝合金花纹板、波纹板和压型板等，广泛用作建筑物墙面、屋面装饰材料和展示材料。,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,45,铝箔：铝箔是金属箔中用量最大且用途最广的一种包装材料，铝箔采用压延方法压制而成，它不但对氧气、光线和水蒸汽具有高阻隔性，而且具有艳丽的金属光泽，可印制美丽的图案，可与塑料薄膜复合成复合薄膜，因此，铝箔广泛用干各种商品的包装。铝箔的主要包装性能是防潮性、保香性、遮光性和反射性。,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,46,铝箔的主要包装性能,防潮性：铝箔的防潮性能极优良，厚铝箔的防潮性更为突出。在药品防潮万面，铝箔的应用特别引人注目，如药品的泡罩包装等。保香性：铝箔具有卓越的保香性。食品和化妆品的香味是很重要的质量指标。香味通常是由极微量的挥发性物质产生的，人们通过铝箔包装材料来阻隔香味，除了可防止内装物的香味扩散以外，还可防止外部异味的渗入。,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,47,遮光性：铝箔是一种极好的遮光材料。采用铝箔包装材料，能阻隔光线对商品的直接照射，对提高商品的保存寿命起了重要的作用。反射性：铝箔具有金属光泽，对紫外线、红外线等各种射线有强力的反射作用。,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,48,铝塑复合膜：通常铝箔较少单独用于包装，因为铝箔很柔软，不适宜高速包装，往往要进行二次加工才能把铝箔的特性进一步发挥出来。对铝箔进行树脂涂布或把铝箔与其他塑料进行复合，能使铝箔的机械强度增加，并具有热封性能，从而适应现代包装机的高速自动包装。,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,49,由于复合薄膜是由两种或两种以上的不同性质的材料复合在一起的多层薄膜，因此在材料的性能上可以相互取长补短。人们可以根据内容物的包装要求，选用不同的基材和不同的复合工艺，获得能满足各种包装性能要求的材料。铝塑复合膜具有优良的防潮性、阻气性、遮光性、卫生性、耐化学性、耐气候性、热封性和机械加工适应性等，是理想的包装材料。铝塑复合膜已广泛地用于食品、日化、药品和具他各类商品的包装。,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,50,常用的铝塑复合膜有AL/PE，用于包装巧克力等；OPP/PE/AL/PE，用于包装奶粉、茶叶、化妆品和药品等；PET/AL/CPP，为三层耐蒸煮材料，用于包装肉、禽类等软罐头；OPP/AL/PE，用于包装榨菜、奶粉和药品等。,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,51,真空镀铝膜：是一种新颖的包装装潢材料，是将高纯度铝丝置于高真空装置中，将铝丝加热到熔融点以上，铝丝蒸发形成铝蒸气，蒸气分子连续沉积在被涂基材上而形成的一种复合膜。与铝箔相似，镀铝层具有美丽的金属光泽，有优良的阻气性和防潮性，光线的反射率高而透过率极低，遮光性良好，适合各类商品的包装。真空镀铝膜的基材可采用聚脂薄膜、双向拉伸聚丙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜、聚乙烯薄膜和纸等。另外，镀铝前在薄膜基材上涂布一层透明的颜色，就可获得多种颜色的金属光泽，这些五彩缤纷的材料特别适用于礼品包装。,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,52,真空镀铝膜若与聚乙烯进行复合则具有更大的应用范围，如PET/镀铝/PE，在PET膜上印刷图案及商标，把印刷好的PET膜的进行真空镀铝，然后与PE进行复合，即组成复合膜，这类材料具有高光泽的金属质感，阻气性和防潮性好，机械强度高，可采用热封，是一种良好的包装装潢材料，深受包装装潢界的欢迎。,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,53,2.铜及铜合金,铜及铜合金是历史上应用最早的有色金属，工业上常用的有紫铜黄铜青铜白铜,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,54,纯铜具有玫瑰色，表面氧化后呈紫色，故又称紫铜。纯铜的熔点为1083，密度8.9g/3，具有面心立方晶格，无同素异构转变。纯铜质地柔软有极好的延展性，具有良好的加工性和焊接性，易冷、热加工成形，可辗压成极薄的铜箔，拉制成极细的铜丝。纯铜的化学稳定性高，在大气、淡大中均有优良的抗蚀性，在非氧化性酸（如盐酸、氢氟酸等）溶液中也能耐蚀，但在海水和氧化性酸（如硝酸、浓硫酸等）中易被腐蚀。纯铜的导电、导热性极好，仅次于银。抗磁性强，常用作电工导体和各种防磁器械等。,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,55,铜合金是以铜为基加入一定量的其他合金元素（锌、锡、铝、硅、镍等）而组成的合金。按化学组成分为黄铜、青铜、白铜；按加工方法分为变形铜合金和铸造铜合金。变形铜合金具有良好的塑性，可利用压力加工成型，制成板、带、管、棒和线材；铸造铜合金塑性差，不能利用压力加工，但铸造性良好，广泛用于生产强度高、致密性好的铸件。铸造铜合金在工艺美术万面也有广泛应用，多用于铸造仿古铜器。,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,56,（1）黄铜（Cu-Zn合金）,以锌为主要合金元素的铜合金。分为普通黄铜（仅含锌的二元合金）和特殊黄铜（含锌及其他合金元素的多元合金）。黄铜色泽美观，具有高贵的黄金般色泽，导电导热性强，耐腐蚀性能、机械性能和工艺性能良好，易于切削、抛光及焊接。可制成板材、带材、管材、棒材和型材，用作导热导电元件、耐蚀结构件、弹性元件、冷冲压件和深冲压件、日用五金及装饰材料等。,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,57,（2）青铜,除黄铜、白铜以外的其他铜基合金统称为青铜，常用的合金元素有锡、铝、硅、锰、铬等。根据合金元素种类，青铜分为普通青铜和特殊青铜。,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,58,普通青铜是以锡为主要合金元素，含锡量为5%20%，又称锡青铜（Cu-Sn合金），其色泽呈青灰色，具有很强的抗腐蚀性。根据成分中锡的合量，锡青铜又分为加工锡青铜和铸造锡青铜。加工锡青铜含锡量低于6%7%，具有良好的力学性能和工艺性能，耐磨，可加工成各种规格的板、带、管、棒材；铸造锡青铜含锡量10%14%，质地较为坚硬，铸造性好，可用于生产形状复杂、轮廓清晰的铸件。,2020年6月7日10时1分,造型材料与工艺,59,特殊青铜泛指不含锡的青铜，如铝青铜、铍青铜、锰青