金属材料的加工工艺

金属材料及加工工艺

在钢、铁和合金为代表的现代工业社会，金属材料以其优良的力学性能、加工性能和独特的表面特性，成为现代产品设计中的一大主流材质(图6—1)。第六章金属材料及加工工艺

6.1金属材料的固有特性

金属材料是金属及其合金的总祢。金属的特性是由金属结合键的性质所决定的。金属的特性表现在以下几个方面：①金属材料几乎都是具有晶格结构的固体，由金属键结合而成。②金属材料是电与热的良导体。③金属材料表面具有金属所特有印色彩与光泽④金属材料具有良好的展延性。⑤金属可以制成金属间化合物，可以与其他金属或氢、硼、碳、氮、氧、磷与硫等非金属元素在熔融态下形成合金，以改善金属的性能。合金可根据添加元素的多少，分为二元合金、二元合金等。⑥除了贵金属之外，几乎所有金属曲化学性能都较为活泼，易于氧化而生锈。第六章金属材料及加工工艺

6.2金属材料的工艺特性成型加工金属的成型方法可区分为铸造、塑性加工、切削加工、焊接与粉末冶金五类。1．铸造将熔融态金属浇入铸型后，冷却凝固成为具有一定形状铸件的工艺方法。铸造是生产金属零件毛坯的主要工艺方法之一，与其他工艺方法相比，铸造成型生产成本低，工艺灵活性大，适应性强，适合生产不同材料、形状和重量的铸件，并适合于批量生产。但它的缺点是公差较大，容易产生内部缺陷。铸造按铸型所用材料及浇注方式分为砂型铸造、熔模铸造、金属型铸造、压力铸造以及离心铸造等。常用的铸造材料有铸铁、铸钢、铸铝、铸铜等，通常根据不同的使用目的、使用寿命和成本等方面来选用铸件材料。图6-2为采用铸造方法生产的产品。

第六章金属材料及加工工艺

6.2金属材料的工艺特性成型加工(1)砂型铸造俗称翻砂，用砂粒制造铸型进行铸造的方法。主要工序有：制造铸模，制造砂铸型(即砂型)，浇注金属液，落砂，清理等。砂型铸造适应性强，几乎不受铸件形状、尺寸、重量及所用金属种类的限制，工艺设备简单，成本低，为铸造业广泛使用。图6—3砂型铸造的基本工艺过程第六章金属材料及加工工艺

6.2金属材料的工艺特性成型加工(2)熔模铸造又称失蜡铸造，为精密铸造方法之一，是常闲的铸造方法。熔模铸造的工艺过程如图6-4所示。①制作母模：母模是铸件的基本模样，用于制造压型。可根据设计方案用适当的料制作母模。②制作压型：压型是制造蜡模的特殊铸型可采用易熔合金、石膏或硅橡胶制作。用硅橡胶制作压型时，将母模均匀的刷上压型常用钢或铝合金加工而成，小批量时层硅橡胶，然后贴一层纱布，如此反复五六次，视铸件的大小决定。外层用石膏固定，待硅橡胶模固化后，取出母模，即翻制得硅橡胶模压型。第六章金属材料及加工工艺

6.2金属材料的工艺特性成型加工

③制作蜡模：制造蜡模的材料有石蜡、蜂蜡、硬脂酸和松香等，常用50％石蜡和硬脂酸的混合料。将熔化好的蜡料倒入压型内，同时不断的翻转压型，使蜡料均匀形成蜡模，待蜡料冷却后便可从压型中取出，修毛刺后即得蜡模。批量生产时则将多个蜡模组装成蜡模组。使用蜡棒粘接蜡模制作浇注流道，浇注流道要有浇注口和出口。④制作型壳：在蜡模上均匀地刷一层耐火涂料(如水玻璃溶液)，洒一层耐火砂，使之硬化成壳。如此反复涂三四次，便形成具有一定厚度的由耐火材料构成的型壳(洒耐火砂先细后粗）。⑤脱蜡：将制作好的型壳放入炉中烘烤，使蜡模熔化流出并回收，从而得到一个中空的型壳。⑥焙烧和造型：将型壳进行高温焙烧，以增加型壳强度。为进一步提高型壳强度，防止浇注时型壳变形或破裂，可将型壳放在箱体中，周围用干砂填充。

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6.2金属材料的工艺特性成型加工⑦浇注：将型壳保持一定温度，浇注金属溶液。⑧脱壳：待金属液凝固后，去除型壳，切去浇口，清理毛刺，获得所需铸件。熔模铸造尺寸精确，铸件表面光洁，无分型面，不必再加工或少加工。熔模铸造工序较多，生产周期较长，受型壳强度限制，铸件重量一般不超过25kg。适用于多种金属及合金的中小型、薄壁、复杂铸件的生产。第六章金属材料及加工工艺

6.2金属材料的工艺特性成型加工(3)金属型铸造用金属材料制作铸型进行铸造的方法，又称永久型铸造或硬型铸造。铸型常用铸铁、铸钢等材料制成，可反复使用，直至损耗。金属型铸造所得铸件的表面光洁度和尺寸精度均优于砂型铸件，且铸件的组织结构致密，力学性能较高。适用于中小型有色金属(如铝、铜、镁及其合金等)铸件和铸铁铸件的生产。(4)压力铸造简称压铸。在压铸机上，用压射活塞以较高的压力和速度将压室内的金属液压射到模腔中，并在压力作用下使金属液迅速凝固成铸件的铸造方法。属于精密铸造方法。铸件尺寸精确，表面光洁，组织致密，生产效率高。适合生产小型、薄壁的复杂铸件，并能使铸件表面获得清晰的花纹、匿案及文字等。主要用于锌、铝、镁、铜及其合金等铸件的生产。

第六章金金属材料及及加工工艺艺6.2金属材料的的工艺特性性成型加工(5)离心铸造将液态金属属浇入沿垂垂直轴或水水平轴旋转转的铸型中中，在离心心力作用下下金属液附着着于铸型内内壁，经冷冷却凝固成成为铸件的的铸造方法法。离心铸铸造的铸件组织织致密，力力学性能好好，可减少少气孔、夹夹渣等缺陷陷。常用于于制造各种金属属的管形或或空心圆筒筒形铸件，，也可制造造其他形状状的铸件。。第六章金金属材料及及加工工艺艺6.2金属材料的的工艺特性性成型加工2．金属塑性性加工(1)锻造金属塑性加加工方法之之一。锻造造是利用手手锤、锻锤锤或压力设设备上的模模具对加热热的金属坯坯料施力，，使金属材材料在不分分离条件下下产生塑性性变形，以以获得形状状、尺寸和和性能符合合要求的零零件。为了了使金属材材料在高塑塑性下成型型，通常锻锻造是在热热态下进行行，因此锻锻造也祢为为热锻。按成型是否否用模具通通常分为：：自由锻（如图6-5）模锻（如图6-6）按加工方法法分为：手工锻造（图6-7）和机械锻造。在现代金属属装饰工艺艺中，常用用的锻造方方法是手工工锻造。图6-7为锻铜浮雕雕。是手工工锻造作品品。手工锻锻造是一种种古老的金金属加工工工艺，是以以手工锻打打的方式，，在金属板板上锻锤出出各种高低低凹凸不平平的浮雕效效果。第六章金金属材料及及加工工艺艺6.2金属材料的的工艺特性性成型加工手工自由锻锻：是指在金属属板上自由由锻造成型型。具体过程是是(以紫铜浮雕雕为例)：①首先将铜铜皮用汽油油喷灯进行行加温，烧烧至红色，，这一过程程称为“退火”，目的是使使铜的分子子结构重组组，使之变变软。②将设计好好的图案画画在铜皮上上，用錾子子将轮廓廓錾出。③根据预先先的设计将将铜皮放在在沙袋上，，用锤子和和錾子锻出出大的凹凸凸起伏。④将铜皮用用胶固定在在一张平板板上，用各各种型号和和形状的錾錾子錾出一一些精细的的造型，其其司需要多多次退火。。⑤将制作好好的作品放放在铁垫板板上，找平平，然后整整理好边缘缘。⑥将作品需需要抛光印印地方进行行抛光，然然后进行电电镀、化学学着色、防防腐等后处处理。第六章金金属材料及及加工工艺艺6.2金属材料的的工艺特性性成型加工手工模锻：：是指先做好好母模再进进行锻造成成型，具体过程是是(以紫铜浮雕雕为例)：①首先按设设计构思，，制作好浮浮雕泥胚。。②将泥胚翻翻制成玻璃璃钢。③将铜皮用用汽油喷灯灯过火，烧烧至红色，，进行退火火。④将浮雕按按区域分成成几个大块块面。⑤将锻好的的块面焊接接在一起，，找平，然然后抛光。。⑥将作品进进行或电镀镀、或化学学着色、或或防腐等后后处理。第六章金金属材料及及加工工艺艺6.2金属材料的的工艺特性性成型加工(2)轧制金属塑性加加工工艺之之一。如图图6—8所示，利用用两个旋转转轧辊印压压力使金属坯料料通过一个个特定空间间产生塑性性变形，以以获得所要要求的截面面形状并同时改改变其组织织性能。通通过轧制可可将钢坯加加工成不同同截面形状状的原材料，如如圆钢、方方钢、角钢钢、下字钢钢、工字钢钢、槽钢、、z字钢、钢轨轨等。按轧制制方式分为为横轧、纵纵轧和斜轧轧；按轧制制温度分为为热轧和冷冷轧。热轧是将材材料加热到到再结晶温温度以上进进行轧制，，热轧变形形抗力小，，变形量大，生生产效率高高，适合轧轧制较大断断面尺寸，，塑性较差差或变形量量较大的材料。。冷轧则是是在室温下下对材料进进行轧制。。与热轧相相比，冷轧轧产品尺寸精确确，表面光光洁，机械械强度高。。冷轧变形形抗力大，，变形量小小，适于轧制塑塑性好，尺尺寸小的线线材、薄板板材等。第六章金金属材料及及加工工艺艺6.2金属材料的的工艺特性性成型加工(3)挤压将金属放入入挤压筒内内，用强大大的压力使使坯料从模模孔中挤出出，从而获获得符合模模孔截面的的坯料料或零件印印加工方法法，如图69所示。常用用的挤压方方法有：正正挤压、反反挤压、复复合挤压、、径向挤压压。适合于于挤压加工工的材料主主要有低碳碳钢、有色色金属及其其合金。通通过挤压可可以得到多多种截面形形状的型材材或零件。。(4)拔制金属塑性加加工方法之之一。女口口图6-10所示，用拉拉力使大截截面的金属属坯料强行行穿过一定定形状的模模孔，以获获得所需断断面形状和和尺寸的小小截面毛坯坯或制品的的工艺过程程。拉拔生生产主要用用来制造各各种细线材材、薄壁管管及各种特特殊几何形形状的型材材。拔制产产品尺寸精精确，表面面光洁并具具有一定机机械性能。。低碳钢及及多数有色色金属及合合金部可拔拔制成型，，多用来生生产管材、、棒材、线线材和异型型材等。第六章金金属材料及及加工工艺艺6.2金属材料的的工艺特性性成型加工(5)冲压金属塑性加加工方法之之一，又称称板料冲压压。如图6-11所示，在压压力作用下下利用模具具使金属板板料分离或或产生塑性性变形，以以获得所需需工件的工工艺方法。。按冲压加工工温度分为为热冲压和和冷冲压。。前者适合合变形抗力力高，塑性性较差的板板料加工；；后者则在在室温下进进行，是薄薄板常用的的冲压方法法。按冲压加工工功能分为为冲裁加工工和成型加加工。冲裁裁加工又称称分离加工工，包括冲冲孔、落料料、修边、、剪裁等。。成型加工工是使材料料发生塑性性变形，包包括弯曲、、拉深、卷卷边等。第六章金金属材料及及加工工艺艺6.2金属材料的的工艺特性性成型加工3．切削加工工又称为冷加加工。利用用切削刀具具在切削机机床上(或用手工)将金属工件件的多余加加工量切去去，以达到到规定的形形状、尺寸寸和表面质质量的工艺艺过程。按加工方式式分为车削削、铣削、、刨削、磨磨削、钻削削、镗削及及钳工等，，是最常见见的金属加加工方法。。图6—12和图6—13为铣削工序序和车削工工序示意图图。第六章金金属材料及及加工工艺艺6.2金属材料的的工艺特性性成型加工4．焊接加工工焊接加工是是充分利用用金属材料料在高温作作用下易熔熔化的特性性，使金属属与金属发发生相互连连接的一种种工艺，是是金属加工工的一种辅辅助手段。。常用的焊接接方法有熔熔焊、压焊焊和钎焊，，如图6—14所示。金属的焊接接性能是指指金属能否否适应焊接接加工而形形成完整的的具有一定定使用性能能的焊接接接头印特性性。金属焊焊接性的好好坏取于金金属材料本本身的化学学成分和焊焊接方法。。材料化学学成分是影影响材料焊焊接性的最最基本因素素。材料化化学成分含含量不同，，其焊接性性也不同。。如碳钢的的含碳量越越高，焊接接接头的淬淬硬倾向越越大，就易易于产生裂裂纹，表明明碳钢印焊焊接性随着着含碳量的的增加而变变差。通通常，低低碳钢有良良好的焊接接性，高碳碳钢、高合合金钢、铸铸铁和铝合合金的焊接接性较差，，中碳钢则则介于两者者之间。第六章金金属材料及及加工工艺艺6.2金属材料的的工艺特性性成型加工第六章金金属材料及及加工工艺艺6.2金属材料的的工艺特性性成型加工5.粉末冶金粉末冶金是是以金属粉粉末或金属属化合物粉粉末为原料料状和性能能的材料或或制品的工工艺方法。。其主要工序序为：①粉末原料料的制取和和准备。②将粉末加加工成所需需形状的坯坯料。经混混合、成形形和烧结，，获得所需需形状③将坯料在在低于主要要组元熔点点的温度下下进行烧结结，使之获获得最终的的性能。常用的金属属粉末有铁铁、铜、镍镍、钻、钨钨、钼、铬铬和钛等粉粉末；合金金粉末有镍镍青铜合金金、钛合金金、高温合合金、低合合金钢和不不锈钢等。。第六章金金属材料及及加工工艺艺6.2金属材料的的工艺特性性热处理通过加热和和冷却的方方法，改变变金属内部部或表面的的绢织结构构，以获获得预期性性能的工艺艺方法。根根据热处理理时加热冷冷却规范的的基本特点点及其对组组织性能的的影响，金金属热处理理可分为普普通热处理理、表面热热处理和特特殊热处理理。1.普通热处理理普通热处理理包括退火火、正火、、淬火和回回火处理(如图6—15所示)。①退火是将将金属加热热到临界温温度(Ac3：或Ac1，)以上，保温温一段时间间后度冷却却，使其组组织结构接接近均衡状状态，从而而消除或减减少内应力力，均化组组织和成分分，有利于于加工作业业。第六章金金属材料及及加工工艺艺6.2金属材料的的工艺特性性热处理②正火是将金金属加热保保温后，在在室温下空空气中进行行冷却，是是一种特殊殊的退火处处理。③淬火是将将金属加热热至临界温温度以上，，保温后快快速冷却至至室温，以以达到强化化金属组织织，提高金金属的强度度、硬度等等机械性能能。④回火是将将淬火后的的金属重新新加热，再再进行保温温冷却。其其目的是为为了消除淬淬火应力，，以达到所所要求的组组织和性能能。图6—15普通热处理理过程示意意图第六章金金属材料及及加工工艺艺6.2金属材料的的工艺特性性热处理2．表面热处处理表面热处理理包括表面面淬火和化化学热处理理：①表面淬火火是通过快快速加热金金属表面层层至所要求求的温度，，然后进行行淬火，以以提高金属属表面的硬硬度和耐磨磨性。②化学热处处理是将金金属工件置置于一定活活性介质中中加热保温温，使介质质元素渗入工工件表面面，改变其其表面的化化学成分和和组织结构构，使表面面达到预期要求求的性能。。常用的化化学热处理理包括渗渗碳、渗氮氮和氨碳共共渗(又称氰化)。3．特殊热处处理特殊热处理理是利用一一些特殊工工艺方法进进行热处理理，通常有有形变热处处理、磁场热热处理等。。第六章金金属材料及及加工工艺艺6.2金属材料的的工艺特性性表面处理技技术金属材料表表面处理理及装饰的的功效一方方面是保护护作用，另另一方面是是装饰作用用。1．金属材料料的表面前前处理在对金属材材料或制品品进行表面面处理之前前，应有前前处理或预预处理工序序，以使金属材材料或制品品的表面达达到可以进进行表面处处理的状态态。金属制品表表面的前处处理工艺和和方法很多多，其中主主要包括有有金属表面面的机械处理、化化学处理和和电化学处处理等。机械处理：：通过切削、、研磨、喷喷砂等加工工清理制品品表面的锈锈蚀及氧化化皮等，将表面面加工成平平滑或具有有凹凸模样样；化学处理：主要是清清理制品表表面的油污污、锈蚀及及氧化皮等等；电化学处理理：主要用以强强化化学除除油和浸蚀蚀的过程，，有时也可可用于弱浸浸蚀时活化金金属制品的的表面状态态。第六章金金属材料及及加工工艺艺6.2金属材料的的工艺特性性表面处理技技术2．金属材料料的表面装装饰技术金属材料表表面装饰技技术是保护护和美化产产品外观的的手段，主主要分为表表面着色工艺和肌理理工艺。(1)金属表面着着色工艺金属表面着着色工艺是是采用化学学、电解、、物理、机机械、热处处理等方法法，使金属属表面形成各各种色泽的的膜层、镀镀层或涂层层。①化学着色：：在特定的的溶液之中中，通过金金属表面与与溶液发生生化学反应应，在金属表面生成成带色的基基体金属化化合物膜层层曲方法。。②电解着色：：在特定的的溶液中，，通过电解解处理方法法，使金属属表面发生生反应而生成带色膜膜层。③阳极氧化染染色：在特特定的溶液液中，以化化学或电解解的方法对对金属进行行处理，生成能吸附附染料的膜膜层，在染染料作用下下着色，或或使金属与与染料微粒共析析形成复合合带色镀层层。第六章金金属材料及及加工工艺艺6.2金属材料的的工艺特性性表面处理技技术④镀覆着色：：采用电镀镀、化学镀镀、真空蒸蒸发沉积度度和气相镀镀等方法，，在金属表面面沉积金属属、金属氧氧化物或合合金等，形形成均匀膜层。⑤涂覆着色：：采用浸涂涂、刷涂、、喷涂等方方法，在金金属表面涂涂覆有机涂涂层。⑥珐琅着色：：在金属表表面覆盖玻玻璃质材料料，经高温温烧制形成成膜层。⑦热处理着色色：利用加加热的方法法，使金属属表面形成成带色氧化化膜。⑧传统着色技技术：包括括做假锈、、汞齐镀、、热浸镀锡锡、鎏金、、鎏银以及及亮斑等。(2)金属表面肌肌理工艺金属表面肌肌理工艺是是通过锻打打、刻划、、打磨、腐腐蚀等工艺艺在金属表表面制作出出肌理效果果。第六章金金属材料及及加工工艺艺6.2金属材料的的工艺特性性表面处理技技术①表面锻打：：使用不同同形状的锤锤头在金属属表面进行行锻打，从从而形成不同形状的的点状肌理理，层层叠叠叠，十分分具有装饰饰性。②表面抛光：：利用机械械或手工以以研磨材料料将金属表表面磨光的的方法。表面抛光又又有磨光、、镜面、丝丝光、喷砂砂等效果。。③表面镶嵌：：在金属表表面刻画出出阴纹，嵌嵌入金银丝丝或金银片片等质地较软的金属属材料，然然后打磨平平整。呈现现纤巧华美美的装饰效果。④表面蚀刻：：是使用化化学酸进行行腐蚀而得得到的一种种斑驳、沧沧桑的装饰效果，如如图6-16所示。具体方法如如下：首先在金属属表面涂上上一层沥青青，接着将将设计好的的纹饰在沥沥青的表面面刻画，将将需腐蚀部部分的金属属露出。下下面就可以以进行腐蚀蚀了，腐蚀蚀可以视作作品的大小小，选择进进入化学酸酸溶液内腐腐蚀和喷刷刷溶液腐蚀蚀。一般来来说，小型型作品选择择浸入式腐腐蚀。化学学酸具有极极强的腐蚀蚀性，在进进行腐蚀操操作时一定定要注意安安全保护。。第六六章章金金属属材材料料及及加加工工工工艺艺6.3常用用的的金金属属材材料料分类类①按金金属属材材料料构构成成元元素素分分为为黑黑色色金金属属材材料料和和有有色色金金属属材材料料。。A:黑色色金金属属材材料料包包括括铁铁和和以以铁铁为为基基体体的的合合金金。。如如纯纯铁铁、、碳碳钢钢、、合合金金钢钢、、铸铁铁铁铁合合金金等等，，简简称称钢钢铁铁材材料料。。B:有色色金金属属包包括括铁铁以以外外的的金金属属及及其其合合金金。。常常用用的的有有金金、、银银、、铝铝及及铝铝合合金、、铜铜及及铜铜合合金金、、钛钛及及钛钛合合金金等等。。②按金金属属材材料料主主要要性性能能和和用用途途分分为为金金属属结结构构材材料料和和金金属属功功能能材材料料。。③按金金属属材材料料加加工工工工艺艺分分为为铸铸造造金金属属材材料料、、变变形形金金属属材材料料和和粉粉末末冶冶金金材材料。。④按金金属属材材料料密密度度分分为为轻轻金金属属(密度度<4．5g／cm3)和重重金金属属(密度度>4．5g／cm3)。第六六章章金金属属材材料料及及加加工工工工艺艺6.3常用用的的金金属属材材料料钢铁铁钢铁铁材材料料钢铁铁材材料料可可分分为为三三大大类类：：工业业纯纯铁铁———含碳碳量量不不超超过过0.02％的的铁铁碳碳合合金金。。工工业业纯纯铁铁虽虽然然塑塑性性好好，，但强强度度低低，，很很少少用用作作结结构构材材料料和和外外观观材材料料。。钢———含碳碳量量为为0.02％—2.11％的的铁铁碳碳合合金金，，另另含含有有少少量量磷磷、、硫硫等等杂质质元元素素。。钢钢的的种种类类繁繁多多，，根根据据化化学学成成分分，，可可分分为为碳碳素素钢钢和和合合金钢钢两两大大类类，，广广泛泛应应用用于于名名个个领领域域。。铸铁铁———含碳碳量量为为2.11％－－4.0％的的铁铁碳碳合合金金。。铸铸铁铁是是一一种种使使用用历历史史悠悠久的的重重要要工工程程材材料料，，其其熔熔点点低低，，具具有有良良好好的的铸铸造造性性能能、、切切削削性性能及及耐耐磨磨性性和和减减振振性性，，生生产产工工艺艺简简单单，，成成本本低低廉廉，，可可用用来来制制造造各种种具具有有复复杂杂结结构构和和形形状状的的零零件件。。常常田田的的铸铸铁铁材材料料有有灰灰口口铸铸铁铁，，可锻锻铸铸铁铁和和球球墨墨铸铸铁铁。。第六六章章金金属属材材料料及及加加工工工工艺艺6.3常用用的的金金属属材材料料钢铁铁1．钢钢的的分分类类(1)碳素素钢钢碳素素钢钢按按含含碳碳量量可可分分为为：：低碳碳钢钢———含碳碳量量0.25％以以下下。。低低碳碳钢钢具具有有低低强强度度、、高高塑塑性性、、高高韧韧性及及良良好好加加工工性性和和焊焊接接性性，，适适合合制制造造形形状状复复杂杂和和需需焊焊接接的零零件件和和件件。。中碳碳钢钢———含碳碳量量0.25％—0.6％。。中中碳碳钢钢具具有有一一定定的的强强度度、、塑塑性性和适适中中的的韧韧性性，，经经热热处处理理而而具具有有良良好好的的综综合合力力学学性性能能，，多用用于于制制造造要要求求强强韧韧性性印印齿齿轮轮、、轴轴承承等等机机械械零零件件。。高碳碳钢钢———含碳碳量量0．6％以以上上。。高高碳碳钢钢具具有有较较高高的的强强度度和和硬硬度度，，耐耐磨性性好好，，塑塑性性和和韧韧性性较较低低，，主主要要用用于于制制造造工工具具、、刃刃具具、、弹簧簧及及耐耐磨磨零零件件等等。。第六六章章金金属属材材料料及及加加工工工工艺艺6.3常用用的的金金属属材材料料钢铁铁碳素素钢钢按按质质量量可可分分为为普普通通钢钢、、优优质质刚刚和和高高级级优优质质钢钢。。碳素素钢钢按按用用途途可可分分为为结结构构钢钢、、工工具具钢钢和和特特殊殊性性能能钢钢。。(2)合金金钢钢以碳碳素素钢钢为为基基础础适适量量加加入入一一种种或或几几种种合合金金元元素素的的钢钢，，具具有有较较高高的的综合合机机械械性性能能和和某某些些特特殊殊的的物物理理、、化化学学性性能能。。合合金金元元素素可可改改善善钢钢的的使用用性性能能和和工工艺艺性性能能，，常常用用的的有有硅硅、、锰锰、、铬铬、、镍镍、、铝铝、、钨钨、、钛钛、、硼硼等。。如如铬铬可可使使钢钢的的耐耐磨磨性性、、硬硬度度和和高高温温强强度度增增加加。。合金金钢钢按按合合金金元元素素总总含含量量分分为为低低合合金金钢钢(总含含量量5％以以下下)、中中合合金金钢5％～～10％)和高高合合金金钢钢(总含含量量10％以以上上)；合金金钢钢按按合合金金元元素素种种类类分分为为铬铬钢钢、、镍镍钢钢、、锰锰钢钢、、硅硅钢钢、、铬铬镍镍钢钢、、锰硅硅钢钢等等；；合金金钢钢按按用用途途分分为为合合金金结结构构钢钢、、合合金金工工具具钢钢和和特特种种合合金金钢钢(如不不锈锈钢、、耐耐热热钢钢、、耐耐磨磨钢钢等等)。第六六章章金金属属材材料料及及加加工工工工艺艺6.3常用用的的金金属属材材料料钢铁铁2．常常用用钢钢材材的的品品种种及及用用途途钢材材由由钢钢坯坯或或钢钢锭锭加加工工而而成成的的产产品品。。通通常常分分为为型型钢钢、、钢钢板板、、钢钢管、、钢钢丝丝等等4大类类。。可可采采用用轧轧制制、、挤挤压压、、拉拉拔拔、、焊焊接接、、冷冷弯弯等等工工艺艺加工工，，广广泛泛用用于于各各工工业业部部门门。。(1)型钢钢具有有一一定定几几何何形形状状截截面面、、长长度度和和截截面面周周长长之之比比相相当当大大的的直直条条钢材材。。按生生成成方方法法可可分分为为：：热热轧轧型型钢钢、、弯弯曲曲型型钢钢、、挤挤压压型型钢钢、、拔拔制制型型钢钢和和焊接接型型钢钢等等；；按按截截面面形形状状可可分分为为圆圆钢钢、、方方钢钢、、扁钢钢、、六六角角钢钢、、角角钢钢、、工工字字钢钢、、槽槽钢钢和和异异形形钢钢等等。。型钢钢的的规规格格常常以以反反映映截截面面形形状状的的主主要要轮轮廓廓尺尺寸寸来来表表示示。。第六六章章金金属属材材料料及及加加工工工工艺艺6.3常用用的的金金属属材材料料钢铁铁(2)钢板板用钢钢坯坯或或钢钢锭锭轧轧制制而而成成、、且且宽宽厚厚比比很很大大的的矩矩形形板板材材。。按生成方法可分分为：热轧钢钢板和冷轧钢钢板；按质量分为：普普通钢板、优优质钢板和复复合钢板；按表面处理方式式分为：镀层层钢板和涂层层钢板；按厚度分为：薄薄钢板(厚度小于4mm)、厚钢板(厚度4—60mm)和特厚钢板(厚度大于60mm)。钢板可按要求求剪裁、弯曲曲、冲压和焊焊接成各种构构件和产品。。①钢带：：又称称带钢钢，为为长度度很长长，大大多成成卷供供应的的钢板板。宽宽度在在600mm以下的的称为为窄带带钢，，超过过600mm的祢为为宽带带钢。。分为热热轧带带钢和和冷轧轧带钢钢。前前者大大多加加工成成涂层层带钢钢，供汽车车、洗洗衣机机、电电冰箱箱外壳壳等冲冲压件件用。。冷轧轧带钢钢还广泛用用于制制造焊焊缝钢钢管、、弹簧簧、锯锯条、、刀片片及各各种冲冲压制品。。第六章章金金属材材料及及加工工工艺艺6.3常用的的金属属材料料钢铁②覆层钢钢板：：在具具有良良好深深冲压压性能能的低低碳钢钢板表表面镀镀覆锡锡、锌锌、铝、铬铬等金金属保保护层层或涂涂覆有有机涂涂层、、塑料料等非非金属保护护层的的制品品。包括：：镀锌锌钢板板、镀镀锡钢钢板、、无锡锡钢板板、镀镀铝钢钢板及及有机机涂层钢钢板等等，具具有良良好的的抗蚀蚀性和和外观观装饰饰性。。镀锌钢钢板——表面镀镀锌的的低碳碳钢板板。镀镀锌能能有效效地防防止钢钢材腐腐蚀，，延长使使用寿寿命。。镀锌锌方法法分为为热镀镀法和和电镀镀法。。镀锌薄钢钢板(厚度约约0.4-1.2mm)又祢镀镀锌铁铁皮，，俗称称白铁皮皮。镀镀锌钢钢板广广泛用用子建建筑、、车辆辆、家家电、、日用品等等行业业。镀锡钢钢板——表面镀镀有纯纯锡层层的低低碳钢钢薄板板，俗俗称马马口铁铁。镀镀锡方法有有热镀镀和电电镀两两种。。镀锡锡钢板板表面面金属属光泽泽强，，具有良良好的的耐腐腐蚀性性、焊焊接性性，深深；中中压时时有润润滑性，并并能进进行彩彩色印印刷。。广泛泛田来来制作作罐头头盒、、食品容器器及轻轻便耐耐蚀器器皿等等。第六章章金金属材材料及及加工工工艺艺6.3常用的的金属属材料料钢铁无锡钢钢板——不镀锡锡却可可替代代镀锡锡钢板板使用用的薄薄钢板板。一一般采采用电电解铬酸酸法处处理钢钢板表表面：：先在在低碳碳钢板板表面面镀一一层金金属铬，，然后后再镀镀铬的的水合合氧化化物。。无锡锡钢板板生产产成本本低，可可代替替镀锡锡钢板板，用用作啤啤酒饮饮料等等罐装装包装装料。。镀铝钢钢板——表面镀镀有纯纯铝或或含硅硅量为为5％一10％铝合合金的的覆层层钢板，多多用热热镀法法、电电泳法法和真真空蒸蒸镀法法生产产。具具有良良好的抗抗高温温氧化化性、、热反反射性性和优优异的的耐大大气腐腐蚀性，多多用作作汽车车排气气系统统、耐耐热部部件及及建筑筑材料料等。。真空蒸蒸镀铝铝钢板板可作作为罐罐体、、瓶盖盖等包包装材材料，，部分分代替镀镀锡钢钢板。。有机涂涂层钢钢板——覆层钢钢板的的一种种，通通常在在冷轧轧钢板板、镀镀锌钢钢板或或镀铝钢钢板表表面涂涂覆有有机涂涂料或或薄膜膜，一一般采采用辊辊涂法法或层压压法生生产。。有有机机涂层层钢板板既有有钢板板的强强度，，又有有良好的的耐腐腐蚀性性、耐耐久性性和耐耐擦洗洗性。。表表面面制成成不同同色彩和和花纹纹图案案，装装饰性性极强强，故故有彩彩色钢钢板称称。第六章章金金属材材料及及加工工工艺艺6.3常用的的金属属材料料钢铁花纹钢钢板——表面带带有凹凹凸花花纹的的钢板板。花花纹主主要起起防滑滑和装装饰作作用，，可经经轧、冷冷轧或或钻切切加工工制成成。广广泛用用于造造船、、汽车车、交交通、、建筑筑等行业业。。不锈钢钢板——不锈钢钢是指指在大大气、、水、、酸、、碱和和盐溶溶液或或其他他腐蚀蚀介质质中具具有高耐耐蚀性性的合合金钢钢印总总称。。钢钢中中的主主要合合金元元素铬铬的含含量通通常达12％以上上，主主要用用来制制造在在各种种腐蚀蚀介质质中工工作的的零件件或构构件。。(3)钢管按生成成方法法分为为：无无缝钢钢管和和焊缝缝钢管管。无缝钢钢管：采用用热轧轧、冷冷轧、、挤压压、冷冷拔等等方法法生产产。焊缝钢钢管：：用钢板板或钢钢带卷卷曲成成筒状状焊接接而成成，按按焊缝缝形状状可分分为直直缝焊管管和螺螺旋缝缝焊管管。生产薄薄壁管管和大大直径径管采采用焊焊接方方法比比较方方便。。钢管管广泛泛用来来输送送流体和和制造造机械械构件件。第六章章金金属材材料及及加工工工艺艺6.3常用的的金属属材料料钢铁(4)钢丝由不同同质量量的热热轧盘盘条冷冷拔拉拉制而而成的的线状状钢材材。按截面面形状状可分分为：：圆形形、椭椭圆形形、三三角形形和异异形钢钢丝；；按尺寸寸分为为：特特细(小于0.1mm)、较细细(0.1——0.5mm)、细(0.5-1.5mm)、中等等(1.5——3mm)、粗(3.0—6.0mm)、较粗粗(6.0——8.0mm)、特粗粗(大于8.0mm)钢丝；；按化学学成分分分为为：低低碳、、中碳碳、高高碳钢钢丝和和低合合金、、中合合金、、高合金钢钢丝；；按表面面状态态分为为：抛抛光、、磨光光、酸酸洗、、氧化化处理理和镀镀层钢钢丝等等；按用途途分为为：普普通钢钢丝、、结构构钢丝丝、弹弹簧钢钢丝、、不锈锈钢丝丝、电电工钢丝、钢绳绳钢丝等。。第六章金金属材料及及加工工艺艺6.3常用的金属属材料有色金属材材料1．铝及铝合合金铝及铝合金金是工业用用量最大的的有色金属属，是一种种常用的现现代材料。。特点：a.纯铝密度小小，约为2.7g／cm3，相当于铜铜的三分之之一，属轻轻金属。b.熔点660℃。c.铝的导电、、导热性优优良，仅次次于铜，其其导电率约约为铜的64％。d.铝具有很高高的塑性，，可进行各各种塑性加加工。e.纯铝为银白白色，大气气中有良好好的抗氧性性，但氯离离子和碱离离子能破坏坏铝的氧化膜，，不耐酸、、碱、盐的的腐蚀。铝合金是以以铝为基加加入其他合合金元素(铜、硅、镁镁、锌、锰锰、镍等)而组成的合金金。铝合金金质轻、强强度高，比比强度值接接近或超过过钢，具有有优良的导电、导热热性和抗蚀蚀性，易加加工，耐冲冲压，并且且可阳极氧氧化成各种种颜色。第六章金金属材料及及加工工艺艺6.3常用的金属属材料有色金属材材料(1)铝合金的分分类铝合金通常常分为变形形铝合金和和铸造铝合合金。变形铝合金金：又可称压压力加工铝铝合金，塑塑性良好，，可通过轧轧制、挤压、拔制、、锻造等冷冷、热加工工制成板、、棒、管和和型材等产品，是是优良的轻轻型材料。。又细分为为防锈铝合合金、硬铝合金、、超硬铝合合金。铸造铝合金金：具有良好的的铸造性能能和一定的的力学性能能，但塑性性差，不能进行塑塑性加工。。多采用砂砂型、金属属型、熔模模壳型的铸造方法法，生产各各种形状复复杂，承载载不大，重重量较轻且有一定定耐蚀、耐耐热要求的的铸件。按按主要合金金元素细分分为铝铝—硅系、铝—铜系、铝—镁系和铝—锌系合金。第六章金金属材料及及加工工艺艺6.3常用的金属属材料有色金属材材料(2)常见铝合金金制品①铝合金型材材：利用塑塑性加工将将铝合金坯坯锭加工成成不同断面面形状及尺尺寸规格的铝材。按按断面形状状分为角、、槽、丁字字、工字、、z字等几大类别，而每每一类别又又有若干品品种，如角角型材分为为直角、锐锐角、钝角、、带圆头、、异形等。。铝合金型型材具有质质轻、高高强、耐蚀、、耐磨等等特点，，表面面再经阳极极氧化或喷喷涂处理而更具装饰饰性。广广泛用作作产品造型型材料、展展示材材料、门窗框体材料料、墙面和和吊顶骨架架支承材料料等。②铝合金装饰饰板：铝合合金板材经经辊压、冷冷弯等工艺艺制成的具具有一定形形状的装饰板，表面面经眶极氧氧化、喷漆漆、覆膜或或精加工等等处理可获获得各种色彩彩或肌理。。铝合金装装饰板质轻轻，耐久性性和耐蚀性性好，不易磨损，，造型优美美，安装方方便。品种种有铝合金金花纹板、、波纹板和压型型板等等，广泛用用作建筑物物墙面、屋屋面装饰材材料和展示材料。。第六章金金属材料及及加工工艺艺6.3常用的金属属材料有色金属材材料③铝箔：铝箔箔是金属箔箔中用量最最大且用途途最广的一一种包装材材料，铝箔采用压延延方法压制制而成，它它不但对氧氧气、光线线和水蒸汽汽具有高阻隔隔性，而且且具有艳丽丽的金属光光泽，可印印制美丽的的图案，可与与塑料薄膜膜复合成复复合薄膜，，因此，铝铝箔广泛用用于各种商品品的包装。。铝箔的的主要包包装性能是是防潮性、、保香性、遮光性性和反射性性。④铝塑复合膜膜：通常铝铝箔较少单单独用于包包装，因为为铝箔很柔柔软，不适适宜高速包装，往往往要进行二二次加工才才能把铝箔箔的特性进进一步发挥挥出来。对对铝箔进行树树脂涂布或或把铝箔与与其他塑料料进行复合合，能使铝铝箔的机械械强度增加，，并具有热热封性能，，从而适应应现代包装装机的高速速自动动包装。第六章金金属材料及及加工工艺艺6.3常用的金属属材料有色金属材材料⑤真空镀铝膜膜：是一种种新颖的包包装装潢材材料，是将将高纯度铝铝丝置千高高真空装置中中，将铝丝丝加热到熔熔融点以上上，铝丝蒸蒸发形成铝蒸气，，蒸气分子子连续沉积积在被涂基基材上而形形成的一种复合膜膜。镀铝层层具有美丽丽的金属光光泽，有优优良的阻气性和防防潮性，光光线的反射射率高而透透过率极低低，遮光性良好，，适合合各类商品品的包装。。真空镀铝膜膜若与聚乙乙烯进行复复合则具有有更大印应应用范围，，如PET／镀铝／PE，在PET膜上印刷图图案及商标标，把印刷刷好的PET膜的进行真真空镀铝，，然后与PE进行复合，，即组成复复合膜，这这类材料具具有高光泽泽的金属质质感，阻气气性和防潮潮性好，机机械强度高高，可采用用热封，是是一种良好好的包装装装潢材料，，深受包装装装潢界的的欢迎。第六章金金属材料及及加工工艺艺6.3常用的金属属材料有色金属材材料2．铜及铜合合金铜及铜合金金是历史上上应用最早早的有色金金属，工业业上常用的的有紫铜、、黄铜、青铜、白铜铜等。特点：a.纯铜具有玫玫瑰色，表表面氧化后后呈紫色，，故又称紫紫铜。b.纯铜的熔点点为1083℃℃，密度8.98／cm3。c.纯铜质地柔柔软,有极好的延延展性，具具有良好的的加工性和和焊接性，，易冷、热加工成形形，可辗压压成极薄的的铜箔，拉拉制成极细细的铜丝。。d.纯铜的导电电、导热性性极好，仅仅次于银。。e.抗磁性强，，常用作电电工导体和和各种防磁磁器械等。。铜合金是以以铜为基加加入一定量量的其他合合金元素(锌、锡、铝铝、硅、镍镍等)而组成的合金金。按化学学组成分为为黄铜、青青铜、白铜铜；按加工工方法分为为变形铜合合金和铸造铜合合金。第六章金金属材料及及加工工艺艺6.3常用的金属属材料有色金属材材料(1)黄铜(CuZn合金)以锌为主要要合金元素素印铜合金金。黄铜色色泽美观，，具有高贵贵的黄金般般色泽，导电导热性性强，耐腐腐蚀性能、、机械性能能和工艺性性能良好，，易于切削削、抛光及焊接。可可制成板材材、带材、、管材、棒棒材和型材材，用作导导热导电元元件、耐蚀结构件、、弹性元件件、冷冲压压件和深冲冲压件、日日用五金及及装饰材料料等。(2)青铜除黄铜、白白铜以外的的其他铜基基合金统称称为青铜，，常用的合合金元素有有锡、铝、、硅、锰、铬铬等。青铜铜分为普通通青铜和特特殊青铜。。普通青铜：：以锡为主要要合金元素素，含锡量量为5％—20％，又称锡锡青铜(Cu-Sn合金)。色泽呈青青灰色，具具有很强的的抗腐蚀性性。又分为为加工锡青青铜和铸造锡青青铜。第六章金金属材料及及加工工艺艺6.3常用的金属属材料有色金属材材料a.加工锡青铜铜：含锡量量低于6％～7％，具有良良好的力学学性能和工工艺性能，，耐磨，可加工工成各种规规格板、带带、管、棒棒材；b.铸造锡青铜铜：含锡量量10％—14％，质地较较为坚硬，，铸造性好好，可用于于生产形状复杂的的复杂、轮轮廓清晰的的铸件。特殊青铜：：泛指不含锡锡的青铜，，如铝青铜铜、铍青铜铜、锰青铜铜等。大多多数特殊青青铜比普通青青铜具有更更高的机械械性能、耐耐磨性和耐耐蚀性。(3)白铜(CuNi合金)以镍为主要要合金元素素的铜合金金，色泽呈呈自色，质质地较软，，耐腐蚀性性好。铜合合金中镍含含量的增加加，自铜的的强度、硬硬度、弹性性和耐蚀性性等性能相相应提高。。普通白铜：：仅由铜和镍镍组成的合合金。特殊白铜：：铜和镍组成成的合金中中，若再加加入锌、铝铝、锰等合合金元素。。如锌白铜铜、铝白铜、锰锰白铜等等。工业上上白铜分为为结构白铜铜和电工白白铜。第六章金金属材料及及加工工艺艺6.4金属材料在在设计中的的应用设计实例：：(1)金属椅(图6-17)由设计师马马里奥·博塔(MaroBotta)设计的金属属椅。椅架架采用钢管管弯曲焊接接而成，椅椅面和椅背背则由钢板板冲孔弯折折而成。此此款设计充充分利用金金属材料本本身固有的的刚性和柔柔性来达到到稳固结实实和柔韧舒舒适的双重重目的。（2）“柔韧度良好好”的扶手椅(图6-19)由设计师罗罗恩·阿拉德(RonArad)设计的扶手手椅，椅子子由四部分分组成，造造型简单明明快。椅子子采用1mm厚的优质钢钢材制成，，钢材经回回火处理，，具有良好好的韧性，，弹性优异异，具有强强烈印象视视觉效果，，给人以华丽丽、精致和和现代之感感。椅子的的各部分由由电脑控制制激光切割割器切割而而成，各部部分卷折后后由螺钉连接而而成，而不不需要焊接接和粘接。。为了使椅椅子发亮的的表面在搬搬运和使用用中不留划划痕，其表表面覆有一层塑塑料膜。第六章金金属材料及及加工工艺艺6.4金属材料在在设计中的的应用(3)皱褶花瓶(匿6—19)由荷兰设计计师马丁·布鲁尔设计的花瓶瓶，由一整整片不锈钢制作而成成，经冲压压、敲打、、弯曲而成。。第六章金金属材料及及加工工艺艺6.4金属材料在在设计中的的应用(4)““猫鱼”剪子子(图6—20)由意大利设设计师富兰兰西斯科·菲利匹(FrancescoFillippi）设计的剪子，将猫猫和鱼的形形象组合成成一把剪刀刀。它由：：两片不锈锈钢绞合而而成。不锈钢钢表面镀钛钛，坚固耐耐用。（5）“鹿特丹丹”桌(图6-21）由设计师亚亚历山大格格尔曼（AlexanderGelman)设计的桌，，有九块板板折叠而成成，，敞开开的顶部可可充当桌面面，起搁物物架的作用用。折叠板板采用白色色镀锌铝板板，折叠板板的边缘钻钻有孔洞，，有竖直铰铰链及不锈锈钢螺钉（（圆头)将各部分边边缘相连接接。(6)“明月椅”(图6-22)由日本设设计师仓仓右四郎(Shirookuramate)设计的扶手手椅，像像一个闪闪着光的幻幻像。设设计者通通过采用能能引起人人们好奇奇心的网状状材料和和对部件件比例的巧巧妙使用用，在其其诗境般的的设计中中向人们们传达了精精制的空空间感和和轻盈感，，正如设设计者所所说：“我喜爱金金属透明明，它不是把把空间世世界拒绝绝在外，它它看上去去漂浮在在空中”。椅子由由9部分镀镍钢丝丝网焊接接而成，，各部分的的边缘相相交焊接接点同时涂涂盖环氧氧树脂，，底部四边边采用钢钢条加固固，以支撑椅椅子的框框架。(7)““ZEN'’灯具(图623)由西班牙牙设计师师塞尔希希·德维萨·伊·巴杰特(SergiDevesaIBajet)设计，此此款灯具具显示了了“一种种温暖和和神秘的的效果””，两个个对称灯灯体采用用锌基合合金材料料经铸造造成型而而得，灯灯体采用用圆销和和销孔结结合成一一体，金金属表面面经抛光光处理，，灯具的的电源开开关安装装在灯体体内的夹夹件上。。在灯具具底部有有一配重重件，以以防止灯灯具倾倒倒。8)““孔洞”椅椅(图6-24)由设计师师皮耶特特罗·阿柔索(PletroArosio)设计的椅椅，采用用整块铝铝板制成成，椅子子的前后后腿与椅椅面为一一个整体体(图6-24(b))，铝合金金板(3mm)采用切割割弯曲成成型(图6—24(c)和(d))，椅面上上的孔洞洞是为了了外观漂漂亮和减减轻自重重。(9)铝制座椅椅(图625)由荷兰设设计师帕帕特·荷恩·艾克