人民美术出版社工艺第11课金属工艺与成型(共131张PPT)

金属材料及加工工艺 金属材料及加工工艺 金属材料的固有特性 常用的金属材料 金属材料的工艺特性 金属材料的表面处理技术 1 铸造2 金属塑性加工3 切削加工4 焊接加工5 粉末冶金 金属材料的成型加工 金属材料的热处理 1 砂型铸造 2 熔埋铸造 3 金属型铸造 4 压力铸造 5 离心铸造 1 锻造 2 轧制 3 挤压 4 拔制 5 冲压 1 普通热处理2 表面热处理3 特殊热处理 1金属材料的表面前处理2金属材料的表面装饰技术 金属材料在设计中的应用 金属材料的固有特性 金属材料是金属及其合金的总称 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的色彩与光泽 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 三元合金等 除了贵金属之外 几乎所有金属的化学性能都较为活泼 易于氧化而生锈 产生腐蚀 金属材料的工艺特性 金属材料的成型加工 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 铸造按铸型所用材料及浇注方式分为砂型铸造和特种铸造 包括 熔模铸造 金属型铸造 压力铸造和离心铸造 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 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 砂型铸造的工艺流程图 工装准备 芯砂配置 砂型配制 造型 炉料准备 制芯 砂型干燥 合金熔炼 型芯干燥 合箱浇注 凝固冷却 落砂清理 铸件检验 成品入库 砂型铸造造型 制芯 方法 1 手工造型 常用的手工造型的方法有 整模造型 挖砂造型 假箱造型 分模造型 活块造型 刮板造型等 2 机器造型 常用的机器造型的方法有 震压造型 抛砂造型 微震压造型 高压造型 射压造型 砂型铸造视频 砂型铸造 avi 2 特种铸造之一 熔模铸造 又称失蜡铸造 为精密铸造方法之一 是常用的铸造方法 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材料制作母模 制作压型 压型是制造蜡模的特殊铸型 压型常用钢或铝合金加工而成 小批量时可采用易熔合金 石膏或硅橡胶制作 用硅橡胶制作压型时 将母模均匀的刷上一层硅橡胶 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 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50 硬脂酸的混合料 将熔化好的45 48度的蜡料倒入压型内 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 放入饱和NaCl溶液中使之硬化成壳 如此反复涂三四次 便形成具有5 7mm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或放入80 90度热水中 将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 800 950度0 5 2小时 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 浇注 将型壳保持一定温度 600 700度 浇注金属溶液 然后冷却 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 1 尺寸精度高 表面质量好 表面粗糙度能达到12 5 1 6微米 2 可制作复杂的铸件 最小壁厚可达到0 3毫米 最小孔径可达到0 5毫米 3 铸造合金种类不受限制 用于生产高熔点和难切割的合金铸件优越性更强 4 生产批量不受限制 可大批量和小批量生产 5 缺点是工序繁杂 生产周期长 成本高 铸件质量一般限制在25Kg以下 应用场合是用于汽轮机的叶片 泵的叶片 切削刀具 飞机汽车拖拉机风动工具和机床上的小型零件 熔模铸造的特点和应用 3 特种铸造之二 金属型铸造 将液体金属在重力作用下浇入金属铸型获得铸件的方法 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 金属性铸造的特点是有较高的尺寸精度和较小的表面粗糙度 12 5 6 3微米 冷却速度快 铸件力学性能好 可以一型多铸生产率较高 缺点是不适宜生产大型的形状复杂的薄壁铸件且不适合生产高熔点合金铸件 适用场合是用于铜合金 铝合金等非铁金属铸件的大批量生产 如活塞 连杆 气缸盖等 4 特种铸造之三 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 便面粗糙度达到6 3 1 6微米 组织致密 生产效率高 适合生产小型 薄壁 0 8毫米 孔径可达0 8毫米 螺距可达0 75毫米 的复杂铸件 铸件抗拉强度壁砂型铸造高25 40 并能使铸件表面获得清晰的花纹 图案及文字等 主要用于锌 铝 镁 铜及其合金等铸件的生产 5 特种铸造之四 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 其他的特种铸造还有 低压铸造 消失模铸造 陶瓷型铸造 挤压铸造和连续铸造等 离心铸造视频 离心铸造 avi 2金属塑性加工 又称金属压力加工 在外力作用下 金属坯料发生塑性变形 从而获得具有一定形状 尺寸和机械性能的毛坯或零件的加工方法 其特点是 在成型的同时 能改善材料的组织结构和性能 产品可直接制取或便于加工 无切削 金属损耗小 金属塑性变形过程中遵循最小阻力定律 加工硬化定律和体积不变规律 金属塑性加工按加工方式分为锻造 轧制 挤压 拔制和冲压加工 1 锻造 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 因此锻造也称为热锻 锻造按成型是否用模具通常分为自由锻和模锻 按加工方式分为手工锻造和机械锻造 自由锻是利用冲击力或压力使金属坯料在上 下砥铁 砧 之间 产生塑性变形而获得所需形状 尺寸和内部质量锻件的加工方法 如图6 5所示 模锻是使金属坯料在具有一定形状的锻模模膛内受压变形 获得所需形状 尺寸和内部质量锻件的加工法方法 由于模膛限制了金属胚料的流动 使得模锻件与模膛形状一致 如图6 6所示 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 图6 7为锻铜浮雕 手工锻造有两种形式 一种是手工自由锻 一般用于小型金属工艺品的制作 另一种是手工模锻 一般用于大中型金属工艺品的制作 手工自由锻 是指在金属板上自由锻造成型 其工序可以分为基本工序 辅助工序和修整工序 其中基本工序包括以下几类 1 镦粗 沿工件轴向进行锻打 使其长度减小 横截面积增大的操作过程 拔长 沿垂直于工件的轴向锻打 长度增加横截面积减小的操作过程 冲孔 利用冲头在工件上冲出通孔或不通孔的操作过程 另外基本工序还有弯曲 切割 扭转 错移等工序 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 其间需要多次退火 将制作好的作品放在铁垫板上 找平 然后整理好边缘 将作品需要抛光的地方进行抛光 然后进行电镀 化学着色 防腐等后处理 手工自由锻的具体过程是 以紫铜浮雕为例 模锻 模锻根据适用设备不同可以分为锤上模锻 压力机上模锻和胎模锻 模锻的优点有 生产效率高 能锻造形状复杂的锻件 并可以使金属流线分布合理 提高了零件的适用寿命 模锻件的尺寸精确 表面质量好 加工余量小 模锻件可以减少切削加工的工作量 在批量足够条件下可以降低零件成本 操作简单 劳动强度低 2 轧制 利用两个旋转轧辊的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 按轧制温度分为热轧 断面尺寸大 和冷轧 线材 薄板 光洁度好 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的加工方法 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 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 低碳钢 有色金属 合金 管材 棒材 线材 异形材 无缝钢管 5 冲压 又称板料冲压 是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 分为热冲压和冷冲压 薄板加工 按冲压加工功能分为冲裁加工和成型加工 冲压工序及特点 冲压基本工序有分离和变形两类 分离工序包括落料 冲孔 切断等 变形工序包括拉深 弯曲 翻边和涨形等 冲压工序的特点 生产操作简单 生产率高 容易实现机械化和自动化 冲压件尺寸精确 表面光洁 质量稳定 互换性好 可以作为零件使用 冲压件质量轻 强度高 刚性好 冲模结构复杂 精度要求高 所以冲压适合在大批量生产条件下采用 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 磨削工艺 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 锡焊 铜焊 银焊 电阻对焊 闪光对焊 焊接工艺 熔焊 压焊 钎焊 熔焊 将工件焊接处局部加热到熔化状态 形成熔池 通常还要加入填充金属 冷却结晶后形成焊缝 被焊工件结合为不可分割的整体 压焊 在焊接过程中无论加热与否 都需要对工件施加压力 使工件在固态或半固态的状态下实现连接 钎焊 采用熔点低于被焊金属的钎料 填充金属 熔化以后 填充接头间隙 并与被焊金属相互扩散实现连接 钎焊过程中被焊工件不熔化 并且一般没有塑性变形 焊接工艺的特点 节省金属材料 结构重量轻 能以小拼大 化大为小 制造重型复杂的机器零件 简化铸造及锻造和切削加工工艺 获得最佳经济效果 焊接接头不仅具有良好的力学性能 还具有良好的密封性 能够制造双金属结构 使材料性能得到充分利用 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 经混合 成形和烧结 获得所需形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 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 铂 钨 铝 铬和钛等粉末 合金粉末有镍青铜 铝合金 钛合金 高温合金 低合金钢和不锈钢等 粉末冶金法能生产用传统的熔炼或加工方法所不能或难以制得的制品 特别适合生产特殊性能或高性能的特殊材料 如高熔点金属 高纯度金属 硬质合金 不互熔金属 多孔性金属等 是一种 节能 省材和高效生产 的新技术 是现代冶金工业的重要生产方法 金属材料的热处理 将材料在固态下进行加热 保温和冷却 改变金属内部或表面的组织结构 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 或整体热处理 表面热处理和化学热处理 1 普通热处理 普通热处理包括退火 正火 淬火和回火处理 A 退火是将金属加热到临界温度 Ac3或Ac1 即 度 以上 保温一段时间后 以较慢的速度冷却 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 退火可分为完全退火和去应力退火 完全退火的目的是为了细化组织 降低硬度 去除应力 去应力退火的加热温度一般为500 650度 B 正火是将金属加热到临界温度以上 度 保温适当时间后 在室温下空气中进行冷 是一种特殊的退火出理 正火冷却速度比退火快 金属组织细小 正火后的强度 硬度 韧性都高于退火 且塑性基本不降低 C 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 淬火的目的是为了提高钢的力学性能 如 用于制作锉刀的T 号钢 退火后的硬度小于 HRC 而经过淬火处理其硬度可以达到 D 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 时间 温度 加热 保温 退火 正火 回火 淬火 Ac3 Ac1 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 可分为感应淬火和火焰淬火 感应淬火是利用感应电流通过工件所产生的热效应 使工件表面 局部或整体加热 并进行快速冷却的淬火工艺 火焰淬火是应用氧气 乙炔火焰对零件进行加热 然后冷却的工艺 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 提高强度和耐磨性 渗氮 提高强度 耐磨性 疲劳性质 耐腐蚀和热硬性 和氮碳共渗 又称氰化 相关视频 表面热处理 avi3 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 2 表面热处理表面热处理包括表面淬火和化学热处理 金属材料或制品的表面受到大气 水分 日光 盐雾细菌和其它腐蚀性介质等的浸蚀作用 会引起金属材料或制品失光 变色 粉化或裂开 从而遭到损坏 金属材料表面处理及装饰的功效一方面是保护作同 另一方面是装饰用 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 机械处理是通过切削 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 化学处理的作用主要是清理制品表面的油污 锈蚀及氧化皮等 电化学处理则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 金属材料的表面处理技术 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 A 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的方法 B 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 C 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 染色的特征是使用各种天然或合成染料来着色 金属表面呈现染料的色彩 染色的色彩艳丽 色域宽广 但目前应用范围较窄 只限于铝 锌 镐 镍等几种金属 D 镀覆着色 采用电镀 化学镀 真空蒸发沉积镀和气相镀等方法 在金属表面沉积金属 金属氧化物或合金等 形成均匀膜层 2 金属材料的表面装饰技术 E 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 F 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 G 热处理着色 利用加热的方法 使金属表面形成带色氧化膜 H 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 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 根据表面效果的不同 使用的工具和方法也不尽相同 表面镶嵌 在金属表面刻画出阴纹 嵌入金银丝或壶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 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 选择侵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 金属材料种类繁多 按照不同的要求又有许多分类方法 按金属材料构成元素分为黑色金属材料和有色金属材料 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 钢铁材料资源丰富 冶炼加工较方便 生产率高 成本低 力学性能优良 在应用上最为广泛 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 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 4 5g cm3 和重金属 密度 4 5g cm3 常用的金属材料 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 钢铁树料可分为三大类 工业纯铁 含碳呈不超过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 的铁碳台金 另含有少重磷 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 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 钢铁材料 纯铁 铸铁 灰口铸铁 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 不含其它合金元素 碳作为钢中的主要元票 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 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结构件 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 1钢的分类 低碳钢 高碳钢 碳素钢按质重可分为普通钢 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 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 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 吕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 钨 钼 铁 硼等 如铬可使钢的耐磨性 硬度和高温强度增加 镍可使钢材的耐热性 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 与铬的合金钢司作强韧钢 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 合金钢按合金元素总含量分为低合金钢 总含呈5 以下 中合金钢 总含量5 10 和高合金钢 总含重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 合金钢 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 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 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 型钢的规格以反映截面形状的主要轮廓尺寸来表示 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4 60mm 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 2常用钢材的品种及用途 型钢 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1 6mm 主要做为冷轧用带钢以及焊缝钢管 冶弯和焊接型钢的原料 后者用热轧带钢再冷轧而成 厚度0 1 3mm 具有表面光洁 平整 尺寸精度高 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 刀件及各种冲压制品 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 昌有良好的抗蚀性和外观装饰性 在工业上广泛使用 镀锌钢板 表面镀锌的低碳钢板 镀锌能有效的防止钢材腐蚀 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 12mm 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 井能进行彩色印刷 广泛用来制作罐头盒 食品容器及轻便耐蚀器皿等 镀锌钢板 马口铁 镀锡钢板 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 热反射性和优目的耐大气腐蚀性 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 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匿有机涂料或薄膜 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 无锡钢板 彩色钢板 花纹钢板 表面带有凹凸花纹的钢板 花纹主要起防渭和装饰作用 可经热轧冶轧或钻切加工制成 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 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 冶轧 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 按焊缝形状司分为直缝焊管和螺旋缝焊管 生产薄壁管和大口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 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 按尺可分为特细 小于0 1mm 较细 0 1 0 5mm 细 0 5 1 5mm 中等 1 5 3mm 粗 3 0 6 0mm 较粗 6 0 8 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 1 铝及铝合金铝及铝和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 属轻合金 熔点660 铝的导电 导热性优良 仅次于铜 其导电率约为铜的64 铝在结晶后具有面心立方品格 具有很高的塑性 可进行各种塑性加工 纯铝为银白色 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 铝合金是以铝为基体加入其它合金元素 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 并且可以阳极氧化成各种颜色 有色金属材料 铝合金通常分为变形铝合金和铸造铝合金 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 锻造等露 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饰材料等 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 重量较经且有一定耐蚀 耐热要求的铸件 1 铝合金的分类 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 2 常见铝合金品种 铝箔 铝箔是金属箔中用量最大 日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 防潮性 铝箔的防潮性能极优良 厚铝箔的防潮性更为突出 在药品防潮方面 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 还可防止外部目味的渗入 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 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它塑料进行复合 能使铝箔的机械强度增强 并具有热封性能 从而适应现代包装机的高速自动包装 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 铝塑复合膜昌有优良的防潮性 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 药品和其他各类商品的包装 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 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 镀铝层昌有美丽的金属光泽 有优良的阻气性和防潮性 光线的反射率高而透过率极低 商光性良好 适合各类高品的包装 真空镀铝膜的基材可采用聚酯薄膜 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 这些五彩续纷的材料特别适用于礼品包装 真空镀铝膜若与聚乙烯进行复合则吕有更大的应用范围 如PET 银铝 PE 在PET膜上印刷图案及商标 把印刷好的PET膜进行真空镀铝 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 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 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10830C 密度8 9g cm3 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 淡水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 铜合金是以铜为基材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方面也有广泛应用 多用于铸造仿古铜器 2 铜及铜合金 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 含锌及其它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 1 黄铜 Cu Zn合金 除黄铜 白铜以外的其它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 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 特殊青铜泛指不含锡的青铜 如铝青调 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 2 青铜 以镍为主要合金元素的铜合金 色泽呈白色 质地较软 耐腐蚀性好 铜合金中镍含量的增加 白铜的强度 硬度 弹性和耐蚀性等性能相应提高 仅由铜和镍组成的合金称为普通白铜 若再加入锌 铝 锰等合金元素 则称为特殊白铜 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 前者的机械性能好 易进行冷 热加工和焊接 能加工成板 棒 管 线等产品 广泛用作耐蚀构件及弹簧等 后者热电性能良好 多用作电阻元件 热电偶材料等 3 白铜 Cu Ni合金 1 钛及钛合金纯钛为银白色高熔点轻金属 熔点16750C 密度4 54g cm3 具有优良的耐腐蚀性和耐热性 抗氧化能力强 稳定性好 有一定的机械强度 比强度值高 塑性好 易成型加工 钝合金是以钛为基材加入适量的铬 锰 铁 铝 锡等元素而形成的多元合金 根据合金组织结构 可分为 钛合金 钛合金和 钛合金 按用途可分为耐热合金 耐蚀合金 高强合金 低温合金和特殊功能合金 钛和钛合金多采用金属塑性加工方法制成不同规格的板 带 管 棒 线 箔和型材 作为新型的结构材料 广泛用于航空 化工 机械等工业 钛和钛合金还可用作镀覆材料 具有优良的耐腐蚀性和良好的装饰性 其它合金金属 2 锡和锡合金锡为低熔点金属 熔点231 90C 密度 200C 73g cm3 同质异晶转变 13 20C以下为 锡 又称灰锡 13 2 至熔点为 锡 又称白锡 锡耐大气腐蚀性好 化学性稳定 常用作镀层材料 如镀锡钢板 锡的强度和硬度低 但延展性好 易加工 可加工成箔 板 管 棒材等 锡也常作为其他合金中的合金元素 以锡为基材加入其他合金元素 如锑 铅 铋 铜 砷 镍 锌等 所组成的合金 则称为锡合金 锡合金的熔点低 导热性好 耐蚀性和耐磨性优良 易与铜 铜合金 铝合金焊接 可作为焊料和轴承材料 锡合金轧成片材和箔材 可用来制作电容器 电器仪表零件以及装饰品和包装材料等 金属材料在设计中的应用案例 1943年 马里奥 博塔 MARIOBOTTA 出生在瑞士门德里西奥 Mendrisio 博塔中学辍学 15岁起就从事建筑设计工作 后在卢加诺 Lugano 跟随Cnenisch和Carloni进行建筑设计等方面的学习 1964年 他通过了艺术学院的入学考试 当年秋 他开始在威尼斯大学建筑学院学习 1969年 他遇到了几位在建筑行业有重大影响的著名设计师 包括 路易 艾瑟铎 康 LouisI Kahn 卡洛 斯卡派 CarloScarpa 和GiuseppeMazzariol 同年 他结束了学业并在瑞士卢加诺创建了自己的办公室 他设计的金属椅 椅架采用钢管弯曲焊接而成 椅面和椅背用钢板冲空弯折而成 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 马里奥 博塔设计的金属椅 罗恩 阿拉德是一名无政府主义者 曾主导20世纪80年代的设计界 这位在以色列出生 长期生活在伦敦的家具设计师 以其具有建筑感和雕塑感的设计一直特立独行 他设计的扶手椅有四部分组成 造型简单明快 椅子采用1mm厚的优质钢材制成 刚才经回火处理 具有良好的韧性 弹性优异 具有强烈的视觉效果 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 各部分卷折后有螺钉连接而成 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痕迹 表面覆有塑料膜 罗恩 阿拉德设计的柔韧度良好的扶手椅 由荷兰设计师马丁 布鲁尔的花瓶 由一整片不锈钢制作而成 经冲压 敲打 弯曲而成 马丁 布鲁尔设计的皱褶花瓶 富兰西斯科 菲利匹设计的 猫鱼 剪子由意大利设计师富兰西斯科 菲利匹 FrancescoFillippi 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 鹿特丹 桌 图6 21 由设计师亚历山大格尔曼 AlexanderGelman 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 明月椅 由日本设计师仓右四郎设计的扶手椅 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 ZEN 灯具由西班牙设计师塞尔希 德维萨 伊 巴杰特 SergiDevesaIBajet 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 6 4 8 孔洞 椅由设计师皮耶特罗 阿柔索 PletroArosio 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6 24 c 和 d 椅面上的孔洞是为了外观漂亮和减轻自重 铝制座椅由荷兰设计师帕特 荷恩 艾克 PietHeinEek 和诺伯 荣格科 NobRuijgrok 设计 椅子由7部分组成 采用2mm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 由西班牙设计师塞尔希 德维萨 伊 巴杰特 SergievesaBajet 和奥斯卡 德维萨 伊 巴杰特 OscarDevesaBajet 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 钦奇塔 茶几 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全