金属材料加工工艺简介.ppt

第六章 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61)。,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：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。金属材料是电与热的良导体。金属材料表面具有金属所特有印色彩与光泽 金属材料具有良好的展延性。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。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63 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。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。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,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。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）。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。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。,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,浇注：将型壳保持一定温度，浇注金属溶液。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 金属材料及加工工艺 6.2金属材料的工艺特性 成型加工,(5)离心铸造 将液态金属浇入沿垂直轴或水平轴旋转的铸型中，在离心力作用下金属液附着于铸型内壁，经冷却凝固成为铸件的铸造方法。离心铸造的铸件组织致密，力学性能好，可减少气孔、夹渣等缺陷。常用于制造各种金属的管形或空心圆筒形铸件，也可制造其他形状的铸件。,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金属塑性加工(1)锻造 金属塑性加工方法之一。锻造是利用手锤、锻锤或压力设备上的模具对加热的金属坯料施力，使金属材料在不分离条件下产生塑性变形，以获得形状、尺寸和性能符合要求的零件。为了使金属材料在高塑性下成型，通常锻造是在热态下进行，因此锻造也祢为热锻。按成型是否用模具通常分为：自由锻（如图6-5）模锻（如图6-6）按加工方法分为：手工锻造（图6-7）和机械锻造。在现代金属装饰工艺中，常用的锻造方法是手工锻造。,图6-7为锻铜浮雕。是手工锻造作品。手工锻造是一种古老的金属加工工艺，是以手工锻打的方式，在金属板上锻锤出各种高低凹凸不平的浮雕效果。,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,手工自由锻：是指在金属板上自由锻造成型。具体过程是(以紫铜浮雕为例)：首先将铜皮用汽油喷灯进行加温，烧至红色，这一过程称为“退火”，目的是使铜的分子结构重组，使之变软。将设计好的图案画在铜皮上，用錾子将轮 廓錾出。根据预先的设计将铜皮放在沙袋上，用锤子和錾子锻出大的凹凸起伏。将铜皮用胶固定在一张平板上，用各种型号和形状的錾子錾出一些精细的造型，其司需要多次退火。将制作好的作品放在铁垫板上，找平，然后整理好边缘。将作品需要抛光印地方进行抛光，然后进行电镀、化学着色、防腐等后处理。,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,手工模锻：是指先做好母模再进行锻造成型，具体过程是(以紫铜浮雕为例)：首先按设计构思，制作好浮雕泥胚。将泥胚翻制成玻璃钢。将铜皮用汽油喷灯过火，烧至红色，进行退火。将浮雕按区域分成几个大块面。将锻好的块面焊接在一起，找平，然后抛光。将作品进行或电镀、或化学着色、或防腐等后处理。,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)轧制 金属塑性加工工艺之一。如图68所示，利用两个旋转轧辊印压力使金属坯料通过一个特定空间产生塑性变形，以获得所要求的截面形状并同时改变其组织性能。通过轧制可将钢坯加工成不同截面形状的原材料，如圆钢、方钢、角钢、下字钢、工字钢、槽钢、z字钢、钢轨等。按轧制方式分为横轧、纵轧和斜轧；按轧制温度分为热轧和冷轧。热轧是将材料加热到再结晶温度以上进行轧制，热轧变形抗力小，变形量大，生产效率高，适合轧制较大断面尺寸，塑性较差或变形量较大的材料。冷轧则是在室温下对材料进行轧制。与热轧相比，冷轧产品尺寸精确，表面光洁，机械强度高。冷轧变形抗力大，变形量小，适于轧制塑性好，尺寸小的线材、薄板材等。,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)挤压 将金属放入挤压筒内，用强大的压力使坯料从模孔中挤出，从而获得符合模孔截面的 坯料或零件印加工方法，如图6 9所示。常用的挤压方法有：正挤压、反挤压、复合挤压、径向挤压。适合于挤压加工的材料主要有低碳钢、有色金属及其合金。通过挤压可以得到多种截面形状的型材或零件。(4)拔制 金属塑性加工方法之一。女口图6-10所示，用拉力使大截面的金属坯料强行穿过一定形状的模孔，以获得所需断面形状和尺寸的小截面毛坯或制品的工艺过程。拉拔生产主要用来制造各种细线材、薄壁管及各种特殊几何形状的型材。拔制产品尺寸精确，表面光洁并具有一定机械性能。低碳钢及多数有色金属及合金部可拔制成型，多用来生产管材、棒材、线材和异型材等。,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,(5)冲压 金属塑性加工方法之一，又称板料冲压。如图6-11所示，在压力作用下利用模具使金属板料分离或产生塑性变形，以获得所需工件的工艺方法。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。按冲压加工功能分为冲裁加工和成型加工。冲裁加工又称分离加工，包括冲孔、落料、修边、剪裁等。成型加工是使材料发生塑性变形，包括弯曲、拉深、卷边等。,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切削加工 又称为冷加工。利用切削刀具在切削机床上(或用手工)将金属工件的多余加工量切去，以达到规定的形状、尺寸和表面质量的工艺过程。按加工方式分为车削、铣削、刨削、磨削、钻削、镗削及钳工等，是最常见的金属加工方法。图612和图61 3为铣削工序和车削工序示意图。,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,4焊接加工 焊接加工是充分利用金属材料在高温作用下易熔化的特性，使金属与金属发生相互连接的一种工艺，是金属加工的一种辅助手段。常用的焊接方法有熔焊、压焊和钎焊，如图614所示。金属的焊接性能是指金属能否适应焊接加工而形成完整的具有一定使用性能的焊接接头印特性。金属焊接性的好坏取于金属材料本身的化学成分和焊接方法。材料化学成分是影响材料焊接性的最基本因素。材料化学成分含量不同，其焊接性也不同。如碳钢的含碳量越高，焊接接头的淬硬倾向越大，就易于产生裂纹，表明碳钢印焊接性随着含碳量的增加而变差。通常，低碳钢有良好的焊接性，高碳钢、高合金钢、铸铁和铝合金的焊接性较差，中碳钢则介于两者之间。,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,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,5.粉末冶金 粉末冶金是以金属粉末或金属化合物粉末为原料状和性能的材料或制品的工艺方法。其主要工序为：粉末原料的制取和准备。将粉末加工成所需形状的坯料。经混合、成形和烧结，获得所需 形状 将坯料在低于主要组元熔点的温度下进行烧结，使之获得最终的 性能。常用的金属粉末有铁、铜、镍、钻、钨、钼、铬和钛等粉末；合金粉末有镍青铜合金、钛合金、高温合金、低合金钢和不锈钢等。,第六章 金属材料及加工工艺 6.2金属材料的工艺特性 热处理,通过加热和冷却的方法，改变金属内部或表面的绢织结构，以获得预期性能的工艺方法。根据热处理时加热冷却规范的基本特点及其对组织性能的影响，金属热处理可分为普通热处理、表面热处理和特殊热处理。1.普通热处理 普通热处理包括退火、正火、淬火和回火处理(如图615所示)。退火是将金属加热到临界温度(Ac3：或Ac1，)以上，保温一段时间后度冷却，使其组织结构接近均衡状态，从而消除或减少内应力，均化组织和成分，有利于加工作业。,第六章 金属材料及加工工艺 6.2金属材料的工艺特性 热处理,正火是将金属加热保温后，在室温下空气中进行冷却，是一种特殊的退火处理。淬火是将金属加热至临界温度以上，保温后快速冷却至室温，以达到强化金属组织，提高金属的强度、硬度等机械性能。回火是将淬火后的金属重新加热，再进行保温冷却。其目的是为了消除淬火应力，以达到所要求的组织和性能。图615 普通热处理过程示意图,第六章 金属材料及加工工艺 6.2金属材料的工艺特性 热处理,2表面热处理 表面热处理包括表面淬火和化学热处理：表面淬火是通过快速加热金属表面层至所要求的温度，然后进行淬火，以提高金属表面的硬度和耐磨性。化学热处理是将金属工件置于一定活性介质中加热保温，使介质 元素渗入工件表 面，改变其表面的化学成分和组织结构，使表面达 到预期要求的性能。常用的化学热处理 包括渗碳、渗氮和氨碳共渗(又称氰化)。3特殊热处理 特殊热处理是利用一些特殊工艺方法进行热处理，通常有形变热处 理、磁场热处理等。,第六章 金属材料及加工工艺 6.2金属材料的工艺特性 表面处理技术,金属材料表面处 理及装饰的功效一方面是保护作用，另一方面是装饰作用。1金属材料的表面前处理 在对金属材料或制品进行表面处理之前，应有前处理或预处理工序，以使金属材料或制品的表面达到可以进行表面处理的状态。金属制品表面的前处理工艺和方法很多，其中主要包括有金属表面的机械处理、化学处理和电化学处理等。机械处理：通过切削、研磨、喷砂等加工清理制品表面的锈蚀及氧化皮 等，将表面加工成平滑或具有凹凸模样；化学处理：主要是清理制品表面的油污、锈蚀及氧化皮等；电化学处理：主要用以强化化学除油和浸蚀的过程，有时也可用于弱浸 蚀时活化金属制品的表面状态。,第六章 金属材料及加工工艺 6.2金属材料的工艺特性 表面处理技术,2金属材料的表面装饰技术 金属材料表面装饰技术是保护和美化产品外观的手段，主要分为表面着色 工艺和肌理工艺。(1)金属表面着色工艺 金属表面着色工艺是采用化学、电解、物理、机械、热处理等方法，使金属 表面形成各种色泽的膜层、镀层或涂层。化学着色：在特定的溶液之中，通过金属表面与溶液发生化学反应，在金 属表面生成带色的基体金属化合物膜层曲方法。电解着色：在特定的溶液中，通过电解处理方法，使金属表面发生反应而 生成带色 膜层。阳极氧化染色：在特定的溶液中，以化学或电解的方法对金属进行处理，生成能吸附染料的膜层，在染料作用下着色，或使金属与染 料微粒共析形成复合带色镀层。,第六章 金属材料及加工工艺 6.2金属材料的工艺特性 表面处理技术,镀覆着色：采用电镀、化学镀、真空蒸发沉积度和气相镀等方法，在金属表面沉积金属、金属氧化物或合金等，形成均匀 膜层。涂覆着色：采用浸涂、刷涂、喷涂等方法，在金属表面涂覆有机涂 层。珐琅着色：在金属表面覆盖玻璃质材料，经高温烧制形成膜层。热处理着色：利用加热的方法，使金属表面形成带色氧化膜。传统着色技术：包括做假锈、汞齐镀、热浸镀锡、鎏金、鎏银以及 亮斑等。(2)金属表面肌理工艺 金属表面肌理工艺是通过锻打、刻划、打磨、腐蚀等工艺在金属表面制作出肌理效果。,第六章 金属材料及加工工艺 6.2金属材料的工艺特性 表面处理技术,表面锻打：使用不同形状的锤头在金属表面进行锻打，从而形成 不同形状的点状肌理，层层叠叠，十分具有装饰性。表面抛光：利用机械或手工以研磨材料将金属表面磨光的方法。表面抛光又有磨光、镜面、丝光、喷砂等效果。表面镶嵌：在金属表面刻画出阴纹，嵌入金银丝或金银片等质地 较软的金属材料，然后打磨平整。呈现纤巧华美的装 饰效果。表面蚀刻：是使用化学酸进行腐蚀而得到的一种斑驳、沧桑的装 饰效果，如图6-16所示。,具体方法如下：首先在金属表面涂上一层沥青，接着将设计好的纹饰在沥青的表面刻画，将需腐蚀部分的金属露出。下面就可以进行腐蚀了，腐蚀可以视作品的大小，选择进入化学酸溶液内腐蚀和喷刷溶液腐蚀。一般来说，小型作品选择浸入式腐蚀。化学酸具有极强的腐蚀性，在进行腐蚀操作时一定要注意安全保护。,第六章 金属材料及加工工艺 6.3 常用的金属材料,分类 按金属材料构成元素分为黑色金属材料和有色金属材料。A:黑色金属材料包括铁和以铁为基体的合金。如纯铁、碳钢、合金 钢、铸铁铁合金等，简称钢铁材料。B:有色金属包括铁以外的金属及其合金。常用的有金、银、铝及铝合 金、铜及铜合金、钛及钛合金等。按金属材料主要性能和用途分为金属结构材料和金属功能材料。按金属材料加工工艺分为铸造金属材料、变形金属材料和粉末冶金材 料。按金属材料密度分为轻金属(密度45gcm3)。,第六章 金属材料及加工工艺 6.3 常用的金属材料 钢铁,钢铁材料钢铁材料可分为三大类：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0.022.11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，广泛应用于名个领域。铸铁含碳量为2.114.0 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。常田的铸铁材料有灰口铸铁，可锻铸铁和球墨铸铁。,第六章 金属材料及加工工艺 6.3 常用的金属材料 钢铁,1钢的分类(1)碳素钢 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 性及良好加工性和焊接性，适合制造形状复杂和需焊接 的零件和件。中碳钢含碳量0.250.6。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印齿轮、轴承等机械零件。高碳钢含碳量06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。,第六章 金属材料及加工工艺 6.3 常用的金属材料 钢铁,碳素钢按质量可分为普通钢、优质刚和高级优质钢。碳素钢按用途可分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。(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理、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、铝、钨、钛、硼等。如铬可使钢的耐磨性、硬度和高温强度增加。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510)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)。,第六章 金属材料及加工工艺 6.3 常用的金属材料 钢铁,2常用钢材的品种及用途 钢材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。(1)型钢 具有一定几何形状截面、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轮廓尺寸来表示。,第六章 金属材料及加工工艺 6.3 常用的金属材料 钢铁,(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。钢带：又称带钢，为长度很长，大多成卷供应的钢板。宽度在 600mm以下的称为窄带钢，超过600mm的祢为宽带钢。分为热轧带钢和冷轧带钢。前者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。,第六章 金属材料及加工工艺 6.3 常用的金属材料 钢铁,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。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0.4-1.2mm)又祢镀锌铁皮，俗称 白铁皮。镀锌钢板广泛用子建筑、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；中压时有润滑 性，并能进行彩色印刷。广泛田来制作罐头盒、食 品容器及轻便耐蚀器皿等。,第六章 金属材料及加工工艺 6.3 常用的金属材料 钢铁,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料。镀铝钢板表面镀有纯铝或含硅量为5一10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，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。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，故有彩色钢板称。,第六章 金属材料及加工工艺 6.3 常用的金属材料 钢铁,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 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印总称。钢中的主要合金元素铬的含量通常 达1 2以上，主要用来制造在各种腐蚀介质中工作的零件或构件。(3)钢管 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。焊缝钢管：用钢板或钢带卷曲成筒状焊接而成，按焊缝形状可分为直 缝焊管和螺旋缝焊管。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。,第六章 金属材料及加工工艺 6.3 常用的金属材料 钢铁,(4)钢丝 由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0.1 mm)、较细(0.10.5mm)、细(0.5-1.5mm)、中等(1.53mm)、粗(3.06.0mm)、较粗(6.08.0mm)、特粗(大于8.0mm)钢丝；按化学成分分为：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。,第六章 金属材料及加工工艺 6.3 常用的金属材料 有色金属材料,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。特点：a.纯铝密度小，约为2.7gcm3，相当于铜的三分之一，属轻金属。b.熔点660。c.铝的导电、导热性优良，仅次于铜，其导电率约为铜的64。d.铝具有很高的塑性，可进行各种塑性加工。e.纯铝为银白色，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。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。,第六章 金属材料及加工工艺 6.3 常用的金属材料 有色金属材料,(1)铝合金的分类 铝合金通常分为变形铝合金和铸造铝合金。变形铝合金：又可称压力加工铝合金，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。又细分为防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金。铸造铝合金：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。按主要合金元素 细分分为铝硅系、铝铜系、铝镁系和铝锌系 合金。,第六章 金属材料及加工工艺 6.3 常用的金属材料 有色金属材料,(2)常见铝合金制品 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。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，表面经眶极氧化、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。,第六章 金属材料及加工工艺 6.3 常用的金属材料 有色金属材料,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 于各种商品的包装。铝箔 的主要包装性能是防潮性、保香 性、遮光性和反射性。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。,第六章 金属材料及加工工艺 6.3 常用的金属材料 有色金属材料,真空镀铝膜：是一种新颖的包装装潢材料，是将高纯度铝丝置千高 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。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。真空镀铝膜若与聚乙烯进行复合则具有更大印应用范围，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。,第六章 金属材料及加工工艺 6.3 常用的金属材料 有色金属材料,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、白铜等。特点：a.纯铜具有玫瑰色，表面氧化后呈紫色，故又称紫铜。b.纯铜的熔点为1083，密度8.98cm3。c.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。d.纯铜的导电、导热性极好，仅次于银。e.抗磁性强，常用作电工导体和各种防磁器械等。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。,第六章 金属材料及加工工艺 6.3 常用的金属材料 有色金属材料,(1)黄铜(Cu Zn合金)以锌为主要合金元素印铜合金。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。(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。青铜分为普通青铜和特殊青铜。普通青铜：以锡为主要合金元素，含锡量为520，又称锡青铜(Cu-Sn 合金)。色泽呈青灰色，具有很强的抗腐蚀性。又分为加工锡青铜 和铸造锡青铜。,第六章 金属材料及加工工艺 6.3 常用的金属材料 有色金属材料,a.加工锡青铜：含锡量低于67，具有良好的力学性能和工艺性能，耐 磨，可加工成各种规格板、带、管、棒材；b.铸造锡青铜：含锡量1014，质地较为坚硬，铸造性好，可用于生产 形状复杂的复杂、轮廓清晰的铸件。特殊青铜：泛指不含锡的青铜，如铝青铜、铍青铜、锰青铜等。大多数特殊青 铜比普通青铜具有更高的机械性能、耐磨性和耐蚀性。(3)白铜(Cu Ni合金)以镍为主要合金元素的铜合金，色泽呈自色，质地较软，耐腐蚀性好。铜合金中镍含量的增加，自铜的强度、硬度、弹性和耐蚀性等性能相应提高。普通白铜：仅由铜和镍组成的合金。特殊白铜：铜和镍组成的合金中，若再加入锌、铝、锰等合金元素。如锌白铜、铝白铜、锰 白铜等。工业上白铜分为结构白铜和电工白铜。,第六章 金属材料及加工工艺 6.4 金属材料在设计中的应用,设计实例：(1)金属椅(图6-17)由设计师马里奥博塔(Maro Botta)设计的金属椅。椅架采用钢管弯曲焊接而成，椅面和椅背则由钢板冲孔弯折而成。此款设计充分利用金属材料本身固有的刚性和柔性来达到稳固结实和柔韧舒适的双重目的。,（2）“柔韧度良好”的扶手椅(图6-19)由设计师罗恩阿拉德(Ron Arad)设计的扶手椅，椅子由四部分组成，造型简单明快。椅子采用1mm厚的优质钢材制成，钢材经回火处理，具有良好的韧性，弹性优异，具有强烈印象视觉效果，给人以华丽、精致和现代之感。椅子的各部分由电脑控制激光切割器切割而成，各部分卷折后由螺钉连接而成，而不需要焊接和粘接。为了使椅子发亮的表面在搬运和使用中不留划痕，其表面覆有一层塑料膜。,第六章 金属材料及加工工艺 6.4 金属材料在设计中的应用,(3)皱褶花瓶(匿619)由荷兰设计师马丁布鲁尔设计的花瓶，由一整片不锈钢制作而成，经冲压、敲打、弯曲而成。,第六章 金属材料及加工工艺 6.4 金属材料在设计中的应用,(4)“猫鱼”剪子(图620)由意大利设计师富兰西斯科菲利匹(Francesco Fillippi）设计的 剪子，将猫和鱼的形象组合成一把剪刀。它由：两片不锈钢绞合而成。不锈钢表面镀钛，坚固耐用。,（5）“鹿特丹”桌(图6-21）由设计师亚历山大格尔曼（Alexander Gelman)设计的桌，有九块板折叠而成，敞开的顶部可充当桌面，起搁物架的作用。折叠板采用白色镀锌铝板，折叠板的边缘钻有孔洞，有竖直铰链及不锈钢螺钉（圆头)将各部分边缘相连接。,(6)“明月椅”(图6-22)由日本设计师仓右四郎(Shirookuramate)设计的扶手椅，像一个闪着光的幻像。设计者通过采用能引起人们好奇心的网状材料和对部件比例的巧妙使用，在其诗境般的设计中向人们传达了精制的空间感和轻盈感，正如设计者所说：“我喜爱金属透明，它不是把空间世界拒绝在外，它看上去漂浮在空中”。椅子由9部分镀镍钢丝网焊接而成，各部分的边缘相交焊接点同时涂盖环氧树脂，底部四边采用钢条加固，以支撑椅子的框架。,(7)“ZEN 灯具(图6 23)由西班牙设计师塞尔希德维萨伊巴杰特(Sergi Devesa I Bajet)设计，此款灯具显示了“一种温暖和神秘的效果”，两个对称灯体采用锌基合金材料经铸造成型而得，灯体采用圆销和销孔结合成一体，金属表面经抛光处理，灯具的电源开关安装在灯体内的夹件上。在灯具底部有一配重件，以防止灯具倾倒。,8)“孔洞”椅(图6-24)由设计师皮耶特罗阿柔索(Pletro Arosio)设计的椅，采用整块铝板制成，椅子的前后腿与椅面为一个整体(图6-24(b)，铝合金板(3mm)采用切割弯曲成型(图624(c)和(d)，椅面上的孔洞是为了外观漂亮和减轻自重。,(9)铝制座椅(图6 25)由荷兰设计师帕特荷恩艾克(Piet Hein Eek)和诺伯荣格科(Nob Ruijgrok)设计。椅子由7部分组成，采用2 mm厚的阳极氧化铝板，板材切割后经电脑打孔和压弯机弯映成型，各部分采用固定螺栓(或铆钉)组装在一起。,第六章 金属材料及加工工艺 6.4 金属材料在设计中的应用,(10)“钦奇塔”茶几(图6 26)由西班牙设计师塞尔希德维 萨 伊巴杰特(Sergi Devesa Bajet)和奥斯卡德维萨伊 巴杰特(Oscar Devesa Bajet)设计，此款茶几的设计原则基 子非常简单的几何学，采用夸 张圆形薄锡板，在其周边作三 等分，切开后向下弯曲制成茶 几腿，茶几腿末端为锻造铝块。整个表面采用灰色或黑色环氧 树脂漆处理。,