1、第六章 金屬材料及加工工藝,金屬概述,金屬指的是由金屬元素組成的單質(zhì)，它以質(zhì)地堅硬、良好金屬光澤感、強度高、導(dǎo)電、導(dǎo)熱等特點，成為現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計中的主流設(shè)計材料之一。,61 金屬材料的固有特性,金屬材料是金屬及其合金的總稱。金屬的特性是由金屬結(jié)合鍵的性質(zhì)所決定的。金屬的特性表現(xiàn)在以下幾個方面： 金屬材料幾乎都是有晶格結(jié)構(gòu)的固體由金屬鍵結(jié)合而成。 金屬材料是電與熱的良導(dǎo)體。 金屬材料表面具有金屬所特有的色彩與光澤。 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、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

2、、三元合金等。 除了貴金屬之外，幾乎所有金屬的化學(xué)性能都較為活潑，易于氧化而生銹，產(chǎn)生腐蝕。,金屬的機械性能 金屬的機械性能也稱之為力學(xué)性能，它是指金屬材料在外力作用下所表現(xiàn)的抵抗能力，包括強度、硬度、剛度、塑性、彈性、延伸率、斷面收縮率、沖擊韌性和疲勞與疲勞強度等方面。,1強度 強度是指金屬材料在靜載荷作用下抵抗變形和斷裂的能力。由于載荷的作用方式有拉伸、壓縮、彎曲、剪切等形式，所以強度也分為抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度、抗剪強度等。 2硬度 硬度是指材料表面抵抗比它更硬的物體壓入的能力。目前生產(chǎn)中測定硬度的方法最常用的是壓入硬度法，它是用一定幾何形狀的壓頭在一定載荷下壓入被測試的金屬材料表

3、面，根據(jù)被壓入程度來測定其硬度值。常用的有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度等方法。,3剛度 金屬材料在受力時抵抗彈性變形的能力稱為剛度。 4塑性 塑性是指金屬材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形而不斷裂的能力。 5彈性 彈性是指金屬材料受外力作用時產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去除后能恢復(fù)其原來形狀的性能。 6延伸率 材料在拉伸斷裂后，總伸長與原始長度的百分比稱為延伸率。,7斷面收縮率 金屬的斷面收縮率指的是金屬材料在拉伸斷裂后、斷面最大縮小面積與原斷面積的百分比。 8沖擊韌性 以很大速度作用于機件上的載荷稱為沖擊載荷，金屬在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力叫做沖擊韌性。 9疲勞與疲勞強度 疲勞是指在循環(huán)加載下，發(fā)生在材料

4、某點處局部的、永久性的損傷遞增過程。經(jīng)足夠的應(yīng)力或應(yīng)變循環(huán)后，損傷累積可使材料產(chǎn)生裂紋，或使裂紋進一步擴展至完全斷裂。出現(xiàn)可見裂紋或者完全斷裂稱為疲勞破壞。 疲勞強度是指材料反復(fù)經(jīng)受循環(huán)應(yīng)力也不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力值。,6.2 金屬的工藝性能,所謂金屬的工藝性能是指制件在加工制造過程中，金屬材料在一定的冷、熱加工條件下表現(xiàn)出來的性能。金屬材料工藝性能的好壞，決定了它在制造過程中加工成形的適應(yīng)能力。由于加工條件不同，要求的工藝性能也就不同，如可焊性、可鍛性、鑄造性能、切削加工性能等。,6.2.1 金屬的成型加工,1鑄造 金屬鑄造是指將金屬熔化成液體，澆注于具有特定型腔的鑄型中凝固成形的金屬材料成型

5、方法。鑄造是液態(tài)金屬充填鑄型型腔并在其中凝固和冷卻的過程，液態(tài)金屬的流動特性和凝固收縮特性直接影響著鑄件的形成。與其他工藝方法相比，鑄造成型生產(chǎn)成本低，工藝靈活性大，適應(yīng)性強，適合生產(chǎn)不同材料、形狀和重量的鑄件，并適合于批量生產(chǎn)。但它的缺點是公差較大，容易產(chǎn)生內(nèi)部缺陷。鑄造的方法有許多，常用的有砂型鑄造、熔模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、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。,(1)砂型鑄造 砂型鑄造為鑄造生產(chǎn)中的最基本方法，砂型鑄造的生產(chǎn)工序主要包括：制模、配砂、造型、造芯、合型、熔煉、澆注、落砂、清理和檢驗。,砂型

6、鑄造適應(yīng)性強，幾乎不受鑄件形狀、尺寸、重量及所用金屬種類的限制，工藝設(shè)備簡單，成本低，為鑄造業(yè)廣泛使用。,（2）熔模鑄造 熔模鑄造是用易熔材料制成模樣，然后再模樣上涂耐火材料，經(jīng)硬化之后，再將模樣熔化，排出型外，獲得無分型面的鑄型，澆注即可獲得鑄件。也稱失蠟鑄造，是發(fā)展較快的一種精密鑄造方法。 制作母模：母模是鑄件的基本模樣，用于制造壓型?？筛鶕?jù)設(shè)計方案用適當(dāng)?shù)牟牧现谱髂改！?制作壓型：壓型是制造蠟?zāi)５奶厥忤T型。壓型常用鋼或鋁合金加工而成，小批量時可采用易熔合金、石膏或硅橡膠制作。用硅橡膠制作壓型時，將母模均勻的刷上一層硅橡膠，然后貼一層紗布，如此反復(fù)五六次，視鑄件的大小決定。外層用石膏固定，

7、待硅橡膠模固化后，取出母模，即翻制得硅橡膠膜壓型。, 制作蠟?zāi)＃褐圃煜災(zāi)５牟牧嫌惺?、蜂蠟、硬脂酸和松香等，常?0%石蠟和硬脂酸的混合料。將熔化好的蠟料倒入壓型內(nèi)，同時不斷的翻轉(zhuǎn)壓型，使蠟料均勻形成蠟?zāi)?，待蠟?zāi)＠鋮s后便可從壓型中取出，修毛刺后即得蠟?zāi)?。批量生產(chǎn)時則將多個蠟?zāi)＝M裝成蠟?zāi)＝M。 使用蠟棒粘接蠟?zāi)Ｖ谱鳚沧⒘鞯?，澆注流道要有澆注口和出口?制作型殼：在蠟?zāi)Ｉ暇鶆虻厮⒁粚幽突鹜苛希ㄈ缢Ａ芤海瑸⒁粚幽突鹕?，使之硬化成殼。如此反?fù)涂三四次，便形成具有一定厚度的由耐火材料構(gòu)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，將蠟?zāi)Ｈ刍鞒霾⒒厥?，從而得到一個中空的型殼。 焙

8、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。 ；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。,熔模鑄造優(yōu)點： 沒有分型面，型腔表面極光潔，故鑄件的精度和表面質(zhì)量均優(yōu)；型殼是由耐火材料制成，可以適應(yīng)各種高熔點合金；生產(chǎn)批量不受限制。熔模鑄件的形狀可以比較復(fù)雜，鑄件上可鑄出的最小孔徑為1.5mm，鑄件的最小壁厚為0.3mm。 熔模鑄造缺點： 材料昂貴、工序多、生產(chǎn)周期長、不易生產(chǎn)大件。,用金屬材料制作鑄型進行鑄造的方法，又稱為永久型鑄造或硬型鑄造。適

9、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(chǎn)。 金屬型鑄造優(yōu)點： 可承受多次澆鑄，實現(xiàn)了“一型多鑄”，節(jié)省工序，生產(chǎn)效率高；鑄件精度及機械性能高。 金屬型鑄造缺點： 成本高，周期長，工藝要求嚴(yán)格，對鑄件的形狀和尺寸有一定限制。,（4） 壓力鑄造 壓力鑄造簡稱壓鑄，它是在高壓作用下使液態(tài)或半液態(tài)金屬以較高的速度填充鑄型型腔，并在壓力下凝固而獲得鑄件的方法。 壓力鑄造優(yōu)點：精度及表面質(zhì)量高，強度及硬度高，生產(chǎn)率比其他方法均高，可鑄形狀復(fù)雜的零件。 壓力鑄造缺點：投資大，周期長，不宜進行大余量的切削加工等。,（5）離心鑄造（永久型鑄造） 是指將液態(tài)金屬澆入高速旋轉(zhuǎn)的鑄型中，使金屬

10、在離心力的作用下充填型腔并凝固成形的鑄造方法。 優(yōu)點： 1）組織致密、力學(xué)性能好、氣孔夾渣缺陷少，簡化了中空圓柱形鑄件的生產(chǎn)過程； 2）可以加工出外表面紋理細致的產(chǎn)品。,(1)鍛造 鍛造是將固態(tài)金屬坯料加熱到再結(jié)晶溫度以上，然后利用鍛造工具或設(shè)備對其進行鍛打加工，使其在不分離條件下產(chǎn)生塑性變形，以獲得形狀、尺寸和性能符合要求的制件的金屬壓力加工方法。常用的鍛造方法有自由鍛、模鍛和胎模鍛造。 自由鍛是將金屬配料放在上下砥鐵之間，施以沖擊壓力和靜壓力，使其產(chǎn)生變形的加工方法。 模鍛是將金屬配料放在具有一定形狀的鍛模模膛內(nèi)，是以沖擊壓力或靜壓力而使金屬胚料產(chǎn)生變形的加工方法。,手工鍛造有兩種形式，一

11、種是手工自由鍛，一般用于小型金屬工藝品的制作，另一種是手工模鍛，一般用于大中型金屬工藝品的制作。 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?zé)良t色，這一過程稱為退火，目的是使銅的分子結(jié)構(gòu)重組使之變軟。 將設(shè)計好的圖案畫在銅皮上，用鏨子將輪廓鏨出。 根據(jù)預(yù)先的設(shè)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平板上，用各種型號和形狀的鏨子鏨出一些，精細的造型，期間需要多次退火。 將制作好的作品放在鐵墊板上找平，然后整理好邊緣。 將作品需要拋光的地方進行拋光，然后進行電鍍化學(xué)著色防腐等后處理。,手工模鍛是指先做好

12、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(shè)計構(gòu)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(xué)著色或防腐等后處理。,(2)軋制 軋制是將金屬坯料通過一對旋轉(zhuǎn)軋輥間的間隙（間隙可以按要求設(shè)計成不同形狀），因受軋輥的壓縮使材料產(chǎn)生塑性變形，截面減小，長度增加，同時獲得一定截面形狀的壓力加工方法，這是生產(chǎn)鋼材最常用的生產(chǎn)方式，主要用于生產(chǎn)型材、板材、管材。按軋制方式分為橫軋、縱軋、斜軋、楔橫軋等，按軋制溫度則可分為熱軋和冷扎。,熱軋是將材料加熱到再結(jié)晶溫度

13、以上進行軋制，熱軋變形抗力小，變形量大，生產(chǎn)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。 冷軋則是在室溫下對材料進行軋制。與熱軋相比，冷扎產(chǎn)品尺寸精確，表面光潔， 機械強度高。冷扎 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。,(3)拉拔 拉拔是將金屬坯料拉拔通過具有一定形狀的?？讖亩@得具有所需斷面形狀和尺寸的小截面毛坯或制品的工藝過程。由于拉拔多在冷態(tài)下進行，因此也常被稱為冷拔或冷拉。 拉拔主要用于各類金屬細線材、薄壁管及各種特殊幾何形狀的型材的生產(chǎn)。拔制產(chǎn)品尺寸精確，表面光潔并具有一定機械性能。低碳鋼和多數(shù)有色金屬及合金都可拔制成型，多用于生產(chǎn)管材、

14、棒材、線材和異型材等。,(4)擠壓 擠壓是指將金屬坯料放入擠壓筒內(nèi)，在壓力作用下使坯料從?？字袛D出，從而獲得符合模孔截面的坯料或制件的加工方法。按照金屬流動方向和凸模運動的方向不同，擠壓可分為正擠壓、反擠壓、復(fù)合擠壓、徑向擠壓四種。 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。,(5)板料沖壓 板料沖壓是利用裝在壓力機上的沖模，對板料加壓，使其產(chǎn)生分離或變形，從而獲得所需制件的一種壓力加工方法。分為熱沖壓和冷沖壓（薄板加工）。 按沖壓加工功能分為分離加工和成型加工。 分離工序又稱沖裁工序，主要是通過沖壓工藝將沖壓件與板料按一定的輪廓線進行分離，

15、主要包括沖孔、落料、剪切和修整等。 成型工序是在保持板料完整性的條件下使之產(chǎn)生塑性變形而形成所需形狀與尺寸的工件。其特點是通過塑性變形達到加工目的，且變形過程中不發(fā)生破壞或不失去穩(wěn)定性，常用的成型工序有彎曲、扭曲、拉深、翻邊、翻孔、脹形、卷圓、卷邊、旋壓等。,3金屬切削加工 又稱為冷加工。金屬切削加工是利用刀具和工件作相對運動，從毛坯（鑄件、鍛件、條料等）上切去多余的金屬，以獲得符合尺寸、形狀、位置和表面粗糙度等要求的金屬制件的加工方法。 金屬切削加工是現(xiàn)代制造工業(yè)中所占比重最大、用途最廣和最基本的金屬加工方法，主要可分為鉗工和機械加工兩部分。 鉗工一般是通過工人手持工具進行切削加工的。鉗工加

16、工方式多種多樣，使用的工具簡單、方便靈活，是裝配和修理工作中不可缺少的加工方法。 機械加工簡稱機工，主要是通過機床等機械設(shè)備來完成切削加工的。其主要加工方法有車削、鉆削、銑削、刨削、磨削、鏜削等。,4. 金屬的連接 許多情況下，通過不同方式成型加工后的金屬制件需要被連接在一起才能成為最終的制品或進行進一步的加工。金屬制件的連接方式很多，通?？煞譃楹附印C械連接和膠接三大類。各種連接方法在連接強度、外觀質(zhì)量、可靠性及經(jīng)濟性等方面都有所不同，也各有各的特點。,(1)焊接 金屬焊接是通過加熱、加壓等手段，使金屬件間產(chǎn)生原子間結(jié)合的加工工藝和連接方式。金屬焊接方法有很多，主要分為熔化焊、壓力焊和釬焊三

17、大類。 焊接加工通過加熱或加壓，或兩者并用，借助于金屬原子擴散和結(jié)合，使分離的材料牢固地連接在一起的加工方法。,焊接方法的種類很多，按焊接過程特點可分為三大類： 熔焊 這類方法的共同特點是把焊接局部連接處加熱至熔化狀態(tài)，形成熔池，待其冷卻結(jié)晶后形成焊縫，將兩部分材料焊接成一個整體。因兩部分材料均被熔化，故稱熔焊。 壓焊 在焊接過程中需要對焊件施加壓力（加熱或不加熱）的一類焊接方法。 釬焊 利用熔點比母材低的填充金屬（稱為釬料）熔化后，填入接頭間隙并與固態(tài)的母材通過擴散實現(xiàn)連接的一種焊接方法。,焊接具有連接性好、省工省料、成本低、重量輕、可簡化工藝等優(yōu)點，得到廣泛應(yīng)用。但同時也存在一些不足之處，

18、如結(jié)構(gòu)不可拆，更換修理不方便；存在焊接應(yīng)力，容易產(chǎn)生焊接變形；容易出現(xiàn)焊接缺陷等。,(2)機械連接 金屬的機械連接指的是利用緊固件將金屬制件連接起來的過程和方法。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，機械連接早已是不可或缺的一種金屬連接方式。機械連接一般可分為鉚接和螺紋連接兩種，常用的機械緊固件主要有螺栓、螺釘、墊片、鉚釘?shù)?。機械連接的優(yōu)點在于它比膠接或焊接等連接技術(shù)可靠，而且容易更換。 (3)膠接 金屬膠接是利用膠黏劑在連接面上產(chǎn)生的機械結(jié)合力、物理吸附力和化學(xué)鍵合力而使兩個膠接件連接起來的工藝方法。膠接不僅可用于金屬間的連接，也適用于金屬與非金屬材料間的連接。膠接工藝簡便，不需要復(fù)雜的工藝設(shè)備，膠接操作不必在

19、高溫高壓下進行，因而膠接件不易產(chǎn)生變形，接頭應(yīng)力分布均勻。在通常情況下，膠接接頭具有良好的密封性、電絕緣性和耐腐蝕性，但要注意的是膠接的可靠性不及焊接和機械連接。,5.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，經(jīng)混合成型和燒結(jié)獲得所需形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(zhǔn)備， 將粉末加工成所需形狀的胚料。 將胚料在低于主要組元熔點的溫度下進行燒結(jié)，使之獲得最終的性能。 常用的金屬粉末有鐵，銅，鎳，鈷，鎢，鉬，鉻和鈦等粉末，合金粉末有鎳青銅，鋁合金，鈦合金，高溫合金，低合金鋼和不銹鋼。,金屬的熱處理是金屬材料在固態(tài)下經(jīng)加熱、保溫和冷卻，以改善材料性能的工

20、藝。熱處理可以改善毛坯的切削加工性、鈑金件的成形性和材料的機械、物理和化學(xué)性能，使制件具備設(shè)計要求的性能，同時通過熱處理還可以消除制件和焊接件中的有害殘余應(yīng)力，穩(wěn)定制件的尺寸。 金屬熱處理工藝大體可分為普通熱處理、表面熱處理和化學(xué)熱處理等。,6.2.2金屬的熱處理,1普通熱處理 普通熱處理大致有退火、正火、淬火和回火四種基本工藝。 A、退火是將金屬加熱到臨界溫度（Ac3或Ac1,即600850度）以上，保溫一段時間后，以較慢的速度冷卻，使其組織結(jié)構(gòu)接近均衡狀態(tài)，從而消除或減少內(nèi)應(yīng)力，均化組織和成分，有利于加工作業(yè)。 B、正火是將金屬加熱到臨界溫度以上30-50度,保溫適當(dāng)時間后，在室溫下空氣中

21、進行冷卻，是一種特殊的退火處理。 C、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。 D、 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(yīng)力，以達到所要求的組織和性能。,2表面熱處理 表面熱處理包括表面淬火和化學(xué)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。可分為感應(yīng)淬火和火焰淬火。 化學(xué)熱處理是將金屬工件置于一定活性介質(zhì)中加熱保溫，使介質(zhì)元素滲入工件表面，改變其表面的化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)，使表面達到預(yù)期要求的性能。常用的化學(xué)熱處理包括滲碳(提高強度和耐磨性)

22、、滲氮(提高強度,耐磨性,疲勞性質(zhì),耐腐蝕和熱硬性)和氮碳共滲(又稱氰化)。,3、 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。,金屬材料或制品的表面受到大氣、水分、日光、鹽霧細菌和其它腐蝕性介質(zhì)等的浸蝕作用，會引起金屬材料或制品失光、變色、粉化或裂開，從而遭到損壞。金屬材料表面處理及裝飾的功效一方面是保護作同，另一方面是裝飾用。,6.2.3金屬的表面處理技術(shù),1金屬表面前處理 在對金屬制品進行表面處理之前，往往會進行前處理或預(yù)處理，目的是使其表面達到可以給以表面處理的狀態(tài)。金屬制品表面的前處理工藝包括有金屬表面的機械處理、化學(xué)處理和電化學(xué)處理等。延

23、長使用壽包括有金屬表面的機械處理、化學(xué)處理和電化學(xué)處理等。 機械處理是通過切削、研磨、噴砂等加工清理制品表面的銹蝕及氧化皮等，處理后的表面會變得平滑或形成凹凸等肌理；化學(xué)處理的作用主要是清理制品表面的油污、銹蝕及氧化皮等；電化學(xué)處理則主要用以強化化學(xué)除油和侵蝕的過程，有時也可用于弱侵蝕時活化金屬制品的表面狀態(tài)。,2金屬表面裝飾 金屬材料表面裝飾技術(shù)是保護和美化產(chǎn)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 A、化學(xué)著色：在特定的溶液之中，通過金屬表面與溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在金屬表面生成帶色的基體金屬化合物膜層的方法。 B、電解著色：在特定的溶液中，通過電解處理方法，使金

24、屬表面發(fā)生反應(yīng)而生成帶色膜層。 C、陽極氧化染色：在特定的溶液中，以化學(xué)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(fù)合帶色鍍層。染色的特征是使用各種天然或合成染料來著色，金屬表面呈現(xiàn)染料的色彩。染色的色彩艷麗，色域?qū)拸V，但目前應(yīng)用范圍較窄，只限于鋁、鋅、鎬、鎳等幾種金屬。,D、鍍覆著色：采用電鍍、化學(xué)鍍、真空蒸發(fā)沉積鍍和氣相鍍等方法，在金屬表面沉積金屬、金屬氧化物或合金等，形成均勻膜層。 E、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。 F、琺瑯著色：在金屬表面覆蓋玻璃質(zhì)材料，經(jīng)高溫?zé)菩纬赡印?G、熱處理著色：利用加熱的

25、方法，使金屬表面形成帶色氧化膜。 H、傳統(tǒng)著色技術(shù)：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 金屬表面肌理工藝主要是通過鍛打、打磨、鑲嵌、刻劃、腐蝕等工藝在金屬表面制作出肌理效果。 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。根據(jù)表面效果的不同，使用的工具和方法也不盡相同。 表面鑲嵌：在金屬表面刻畫出陰紋，嵌入金銀絲或金銀片等質(zhì)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

26、化學(xué)酸進行腐蝕而得到的一種斑駁、滄桑的裝飾效果，具體方法如下： 首先在金屬表面涂上一層瀝青，接著將設(shè)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，選擇侵入化學(xué)酸溶液內(nèi)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(xué)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。,6.2.4金屬的特種加工 特種加工是直接利用電、熱、聲、光、化學(xué)等能量，或?qū)⑺鼈兣c機械能結(jié)合，對材料進行加工的非傳統(tǒng)加工方法的統(tǒng)稱。 特種加工特點在于它基本不用機械能，因此也基本不受加工對象的機械性能的影響。 常見的特種加工方法有電火花加工、電化學(xué)加工、高能束加工、超

27、聲波加工、等離子體加工、化學(xué)加工、水射流切割等。,金屬材料種類繁多，按照不同的要求又有許多分類方法： 按金屬材料構(gòu)成元素分為黑色金屬材料和有色金屬材料。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。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、鈦及鈦合金等。 按金屬材料主要性能和用途分為金屬結(jié)構(gòu)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45gcm3)和重金屬密度45gc m3),6.3 常用的金屬材料,工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的金屬材料是鋼鐵材料，其產(chǎn)量約占金屬材料總產(chǎn)量的90以

28、上。鋼鐵材料之間主要的區(qū)別是含碳量不同，根據(jù)含碳量多少、鋼鐵材料可分為三大類： 工業(yè)純鐵含碳量不超過002的鐵碳合金，工業(yè)純鐵雖然塑性好，但強度低，很少用作結(jié)構(gòu)材料和外觀材料。 鋼含碳量為0.02211的鐵碳臺金，另含有少量磷、硫等雜質(zhì)元素。鋼的種類繁多，根據(jù)化學(xué)成分，可分為碳素鋼和合金鋼兩大類，廣泛應(yīng)用于名個領(lǐng)域。 鑄鐵含碳量為2114.0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(chǎn)工藝簡單，成本低廉，可用來制造各種具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和形狀的零件。常用的鑄鐵材料有灰口鑄鐵，可鍛鑄鐵和球墨鑄鐵。,6.3.1 鋼鐵材料,純鐵,鑄鐵,灰

29、口鑄鐵,1 鋼的分類 (1)碳素鋼 碳素鋼又稱碳鋼，含碳量低于211的鐵碳合金。除鐵、碳及限量以內(nèi)的硅、錳、磷、硫、氧等雜質(zhì)外，不含其它合金元素。 碳素鋼按含碳量可分為： 低碳鋼(含碳量025以下)低碳鋼具有低強度、高塑性、高韌性及良好的加工性和焊接性，適合制造形狀復(fù)雜和需焊接的零件結(jié)構(gòu)件。 中碳鋼(含碳量0250. 6)中碳鋼具有一定的強度、塑性和適中的韌性，經(jīng)熱處理而具有良好的綜合力學(xué)性能，多用于制造要求強韌性的齒輪、軸承等機械零件。 高碳鋼(含碳量0. 6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。 碳素鋼按質(zhì)重可分為普通鋼、優(yōu)質(zhì)

30、剛和高級優(yōu)質(zhì)鋼。 碳素鋼按用途可分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊性能鋼。 碳素鋼是一種用量大、用途廣的金屬材料，多制成不同規(guī)格的板材、管材、型材、線材及鑄件。廣泛用于建筑、橋梁、車輛、化工等各領(lǐng)域。,低碳鋼,高碳鋼,(2)合金鋼 以碳素鋼為基礎(chǔ)適量加入一種或幾種合金元素的鋼，呂有較高的綜合機械性能和某些特殊的物理、化學(xué)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、鎢、鉬、鐵、硼等。 合金鋼按合金元素總含量分為低合金鋼總含呈5以下)、中合金鋼(總含量510)和高合金鋼(總含重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(jié)構(gòu)鋼、

31、合金工具鋼和特種合金鋼(如不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼等)。,2 常用鋼材的品種及用途 鋼材由鋼坯或鋼錠加工而成的產(chǎn)品.通常分為型鋼、鋼板、鋼管、鋼絲等4大類。采用軋制、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、且長度和截面周長之比相當(dāng)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)格以反映截面形狀的主要輪廓尺寸來表示。,2）鋼板 用鋼坯或鋼錠軋制而成，且寬厚比很大的矩形板材。按生成方法可分為熱軋鋼板和冷軋鋼板；按質(zhì)量分為普通鋼板、優(yōu)質(zhì)鋼板和

32、復(fù)合鋼板；按表面處理方式分為鍍層鋼板和涂層鋼板；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60 mm)。鋼板可按要求剪裁、彎曲、沖壓和焊接成各種構(gòu)件和產(chǎn)品。,常見的鋼板品種有： 鋼帶：又稱帶鋼、為長度很長，大多成卷供應(yīng)的鋼板。寬度在600 mm以下的稱為窄帶鋼，超過600 mm的稱為寬帶鋼。分為熱軋帶鋼和冷軋帶鋼。前者在熱軋機上軋制，厚度16mm。主要做為冷軋用帶鋼以及焊縫鋼管、冶彎和焊接型鋼的原料；后者用熱軋帶鋼再冷軋而成，厚度0.13mm，具有表面光潔、平整，尺寸精度高，機械性能好等優(yōu)點，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

33、鋼還廣泛用于制造焊縫鋼管、彈簧、鋸條、刀件及各種沖壓制品。 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，昌有良好的抗蝕性和外觀裝飾性，在工業(yè)上廣泛使用。,鍍鋅鋼板表面鍍鋅的低碳鋼板。鍍鋅能有效的防止鋼材腐蝕，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0.412mm)又稱鍍鋅鐵皮、俗稱白鐵皮。鍍鋅鋼板廣泛用于建筑、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

34、耐腐蝕性、焊接性，深沖壓時有潤滑性，并能進行彩色印刷。廣泛用來制作罐頭盒、食品容器及輕便耐蝕器皿等。 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(chǎn)成本低，可代替鍍錫鋼板，用作啤酒、飲料等罐裝包裝材料。,鍍鋅鋼板,馬口鐵（鍍錫鋼板）,無錫鋼板,鍍鋁鋼板表面鍍有純鋁或含硅量為510 鋁合金的覆層鋼板，多用熱鍍法、電泳法和真空蒸鍍法生產(chǎn)。具有良好的抗高溫氧化性、熱反射性和優(yōu)良的耐大氣腐蝕性(可抵抗二氧化硫、硫化氫和二氧化氮等氣體的腐蝕)，多用作汽車排氣系統(tǒng)、耐熱部件及建筑材料等。真空蒸鍍鋁鋼板可作為罐體

35、、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匿有機涂料或薄膜，一般采用輥涂法或?qū)訅悍ㄉa(chǎn)。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，故有彩色鋼板之稱。廣泛用作建筑材料、汽車制造、電器工業(yè)和電冰箱、洗衣機等的原材料。,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(jīng)熱軋冶軋或鉆切加工制成。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、堿和鹽溶液或其他腐蝕介質(zhì)中具有高耐蝕性的合金鋼的總稱。鋼中的主要合金元素鉻的含量通常達12以上

36、，主要用來制造在各種腐蝕介質(zhì)中工作的零件或構(gòu)件。,(3)鋼管 中空的棒狀鋼材， 截面多為圓形，也有方形、矩形和異形。 按生成方法分為無縫鋼管和焊縫鋼管。無縫鋼管采用熱軋、冶軋、擠壓、冷拔等方法生產(chǎn)，由于截面封閉無焊縫、具有較高的承載壓力，適合作高強度鋼管、特殊鋼管和厚壁鋼管。 焊縫鋼管用鋼板或鋼帶卷曲成筒狀焊接而成表面質(zhì)量好、尺寸精度高。生產(chǎn)效率高，成本低。 按焊縫形狀可分為直縫焊管和螺旋縫焊管。生產(chǎn)薄壁管和大口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(gòu)件。,(4)鋼絲 用不同質(zhì)量的熱軋盤條冷拔拉制而成的線狀鋼材。按截面形狀可分為圓形、橢圓形、三角形和異形鋼絲；按尺寸可分為特細

37、(小于0.1mm)、較細(0.10.5mm)、細(0.51.5mm)、中等(1.53mm)、粗(3.06.0mm)、較粗(6.08.0 mm)、特粗(大于80mm)鋼絲；按化學(xué)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(jié)構(gòu)鋼絲、彈簧鋼絲、不銹鋼絲、電工鋼絲、鋼繩鋼絲等。,6.3.2 有色金屬材料,1、鋁及鋁合金 鋁及鋁和金是工業(yè)用量最大的有色金屬，是一種常用的現(xiàn)代材料。 鋁具有較優(yōu)良的特性。純鋁密度小，約為2.7gcm3，相當(dāng)于銅的三分之一，屬輕合金，熔點660。鋁的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性優(yōu)良，僅次于銅。其導(dǎo)電率約

38、為銅的64。鋁在結(jié)晶后具有面心立方品格、具有很高的塑性，可進行各種塑性加工。純鋁為銀白色，鋁與氧的親合力很大、能形成一層致密的三氧化二鋁氧化膜，隔絕空氣防止進一步氧化，因此在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。,鋁合金是以鋁為基體加入其它合金元素(銅、硅、鎂、鋅、錳、鎳等)而組成的合金。鋁合金質(zhì)輕、強度高，比強度值接近或超過鋼，具有優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性和抗蝕性，易加工，耐沖壓，并且可以陽極氧化成各種顏色。,(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。 變形鋁合金又稱可壓力加工鋁合金，塑性良好，可通過軋制、擠壓、拔制、鍛造等冷、熱加工制成板、

39、 棒、 管和型材等產(chǎn)品，是優(yōu)良的輕型材料。 變形鋁合金按性能和使用特點，可分為防銹鋁合金、硬鋁合金、超硬鋁合金和鍛造鋁合金。 廣泛用作工程結(jié)構(gòu)材料、工業(yè)造型材料和建筑裝飾材料等。 鑄造鋁合金按主要合金元素可分為鋁硅系、鋁銅系、鋁鎂系和鋁鋅系合金，具有良好的鑄造性能和一定的力學(xué)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(chǎn)各種形狀復(fù)雜，承載不大，重量較輕且有一定耐蝕、耐熱要求的鑄件。,(2)常見鋁合金品種 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

40、角、銳角、鈍角、帶圓頭、異形等。鋁合金型材具有質(zhì)輕、高強、耐蝕、耐磨等特點，表面再經(jīng)陽極氧化或噴涂處理而更具裝飾性。廣泛用作產(chǎn)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(jīng)輥壓、冷彎等工藝制成的具有一定形狀的裝飾板，表面經(jīng)陽極氧化、噴漆、覆膜或精加工等處理可獲得各種色彩或肌理。鋁合金裝飾板質(zhì)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。,鋁箔：鋁箔是金屬箔中用量最大、日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

41、有艷麗的金屬光澤，可印制美麗的圖案，可與塑料薄膜復(fù)合成復(fù)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。 防潮性：鋁箔的防潮性能極優(yōu)良，厚鋁箔的防潮性更為突出。在藥品防潮方面，鋁箔的應(yīng)用特別引人注目，如藥品的泡罩包裝等。 保香性：鋁箔具有卓越的保香性。食品和化妝品的香味是很重要的質(zhì)量指標(biāo)。香味通常是由極微量的揮發(fā)性物質(zhì)產(chǎn)生的，人們通過鋁箔包裝材料來阻隔香味，除了可防止內(nèi)裝物的香味擴散以外，還可防止外部異味的滲入。 遮光性：鋁箔是一種極好的遮光材料。采用鋁箔包裝材料，能阻隔光線對商品的直接照射，對提高商品的保存壽命起了重要的作用。 反射性：鋁箔具有金

42、屬光澤，對紫外線、紅外線等各種射線有強力的反射作用。,鋁塑復(fù)合膜：通常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它塑料進行復(fù)合，能使鋁箔的機械強度增強，并具有熱封性能，從而適應(yīng)現(xiàn)代包裝機的高速自動包裝。 常用的鋁塑復(fù)合膜有ALPE，用于包裝巧克力等；OPPPEALPE，用于包裝奶粉、茶葉、化妝品和藥品等；PETALCPP、為三層耐蒸煮材料，用于包裝肉、禽類等軟罐頭； OPPALPE，用于包裝榨菜、奶粉和藥品等。,真空鍍鋁膜：是一種新穎的包裝裝潢材料，是將高純度鋁絲置于高真空裝置中，將鋁絲加熱到熔融點以上

43、，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(fù)合膜。與鋁箔相似，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，遮光性良好，適合各類商品的包裝。真空鍍鋁膜的基材可采用聚酯薄膜、雙向拉伸聚丙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜、聚乙烯薄膜和紙等。另外，鍍鋁前在薄膜基材上涂布一層透明的顏色，就可獲得多種顏色的金屬光澤，這些五彩繽紛的材料特別適用于禮品包裝。 真空鍍鋁膜若與聚乙烯進行復(fù)合則具有更大的應(yīng)用范圍、如 PET銀鋁PE，在PET膜上印刷圖案及商標(biāo)，把印刷好的PET膜進行真空鍍鋁，然后與PE進行復(fù)合，即組成復(fù)合膜，這類材料具有高光澤的金屬質(zhì)感，阻氣性和防潮性好，

44、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。,2、銅及銅合金 銅及銅合金是歷史上應(yīng)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。 純銅具有玫瑰色，表面氧化后呈紫色，故又稱紫銅。純銅的熔點為10830C，密度8.9gcm3。具有面心立方晶格、無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。純銅質(zhì)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。純銅的化學(xué)穩(wěn)定性高，在大氣、淡水中均有優(yōu)良的抗蝕性，在非氧化性酸(如鹽酸、氫氟酸等)溶液中也能耐蝕，但在海水和氧化性酸(如硝酸、濃硫酸等)中易被腐蝕。純銅的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性極好，僅次于銀?？勾判詮姡?/p>

45、常用作電工導(dǎo)體和各種防磁器械等。,銅合金是以銅為基材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(xué)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。變形銅合金具有良好的塑性，可利用壓力加工成型、制成板、帶、管、棒和線材；鑄造銅合金塑性差，不能利用壓力加工、但鑄造性良好，廣泛用于生產(chǎn)強度高、致密性好的鑄件。鑄造銅合金在工藝美術(shù)方面也有廣泛應(yīng)用，多用于鑄造仿古銅器。,黃銅 (CuZn合金) 以鋅為主要合金元素的銅合金。分為普通黃銅(僅含鋅的二元合金)和特殊黃銅(含鋅及其它合金元素的多元合金)。黃銅色澤美觀，具有高貴的黃金般色澤，導(dǎo)電導(dǎo)熱性強，耐腐蝕性能、機械性能

46、和工藝性能良好，易于切削、拋光及焊接?？芍瞥砂宀摹Р?、管材、棒材和型材。用作導(dǎo)熱導(dǎo)電元件、耐蝕結(jié)構(gòu)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、白銅以外的其它銅基合金統(tǒng)稱為青銅，常用的合金元素有錫、鋁、硅、錳、鉻等。根據(jù)合金元素種類，青銅分為普通青銅和特殊青銅。 普通青銅是以錫為主要合金元素，含錫量為520，又稱錫青銅(CuSn合金)，其色澤呈青灰色，具有很強的抗腐蝕性。根據(jù)成分中錫的合量，錫青銅又分為加工錫青銅和鑄造錫青銅。加工錫青銅含錫量低于67，具有良好的力學(xué)性能和工藝性能，耐磨，可加工成各種規(guī)格的板、帶、管、棒材；鑄造錫青銅含錫量1014，質(zhì)地較為堅

47、硬，鑄造性好，可用于生產(chǎn)形狀復(fù)雜、輪廓清晰的鑄件。 特殊青銅泛指不含錫的青銅，如鋁青調(diào)、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(CuNi合金) 以鎳為主要合金元素的銅合金，色澤呈白色，質(zhì)地較軟，耐腐蝕性好。銅合金中鎳含量的增加，白銅的強度、硬度、彈性和耐蝕性等性能相應(yīng)提高。僅由銅和鎳組成的合金稱為普通白銅，若再加入鋅、鋁、錳等合金元素，則稱為特殊白銅，如鋅白銅、鋁白銅、錳白銅等。工業(yè)上白銅分為結(jié)構(gòu)白銅和電工白銅。前者的機械性能好，易進行冷、熱加工和焊接，能加工成板、棒、管、線等產(chǎn)品，廣泛用作耐蝕構(gòu)件及彈簧等；后者熱電性能良好，多用作電阻元件、熱電偶材料等。,6.3.3其它合金金屬,1、 鈦及鈦合金 純鈦為銀白色高熔點輕金屬，熔點16750C，密度4.54gcm3，具有優(yōu)良的耐腐蝕性和耐熱性，抗氧化能力強，穩(wěn)定性好，有一定的機