1、金属分类、特性及及其加工工业,姓 名 徐永钦学 号 1042255135,金属分类,黑色金属：铁、铬、锰 有色金属：铝、镁、钾、钠、钙常见金属：如铁、铝、铜、锌等稀有金属：如锆、铪、铌、钽等,实用分类,常见金属,金属分类,1、轻金属 2、重金属 3、贵金属4、准金属元素5、稀有金属 6、稀有难熔金属7、稀有分散金属 8、稀土金属9、放射性金属,其他分类,金属特性,1、强度2、 屈服点3、冲击韧性4、延伸率5、断面收缩率6、硬度7、抗拉强度,8、铸造性能9、冲压性能10、顶气段性能11、冷弯性能12、焊接性能13、锻造性能14、耐腐蚀性15、抗氧化性,机械性能,工业性能,化学性能,金属之最, 地
2、壳中含量最高的金属元素-铝 人体中含量最高的金属元素-钙 目前世界年产量最高的金属-铁 导电性最强的金属银。家用热水瓶内壁上的金属是银。 制造新型高速飞机最重要的金属钛。被科学家称为“二十一世纪的金属”或“未来的钢 铁”。 海水中储量最大的放射性元素铀。 展性最强的金属金。最薄的金厚度只有1/10000mm。 延性最好的金属铂。最细的铂丝直径只有1/5000mm。常说的“白金”首饰是由铂、金、银组成的合金。 (9)熔点最高的金属钨。熔点：341020。 (10)熔点最低的金属汞。熔点-38.8。,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
3、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
4、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
5、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
6、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
7、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
8、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
9、 (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
10、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
11、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
12、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
13、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
14、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。
15、,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
16、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
17、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
18、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
19、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
20、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
21、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
22、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
23、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)。,
