第五章 金属材料及加工工艺
第五章 金属基复合材料成型技术
• 5.1概述 • 金属基复合材料制造技术是影响金属基复合 材料迅速发展和广泛应用的关键问题。金属基复 合材料的性能、应用、成本等在很大程度上取决 于其制造方法和工艺。然而，金属基复合材料的 制造相对其他基复合材料还是比较复杂和困难。 这是由于金属熔点较高，需要在高温下操作；同 时不少金属对增强体表面润湿性很差，甚至不润 湿，加上金属在高温下很活泼，易与多种增强体 发生反应。目前虽然已经研制出不少制造方法和 工艺，但仍存在一系列问题。所以开发有效的制 造方法一直是金属基复合材料研究中最重要的课 题之一。
PVD法纤维/基体复合丝原理图
5.3.5共喷沉积技术
• 共喷沉积法是制造各种颗粒增强金属基复合材料 的有效方法，1969年由A．R．E．siager发明， 随后由Ospmy金属有限公司发展成工业生产规模 的制造技术，现可以用来制造铝、铜、镍、铁、 金属间化合物基复合材料。 • 共喷沉积工艺过程，包括基体金属熔化、液态金 属雾化、颗粒加入及与金属雾化流的混合、沉积 和凝固等工序。主要工艺参数有：熔融金属温度， 惰性气体压力、流量、速度，颗粒加入速度，沉 积底板温度等。这些参数都对复合材料的质量有 重要的影响。不同的金属基复合材料有各自的最 佳工艺参数组合，必须十分严格地加以控制。
压铸工艺中，影响金属基复合材料性能的工艺因素主要有四个： ①熔融金属的温度 ②模具预热温度 ③使用的最大压力 ④加压速度 在采用预制增强材料块时，为了获得无孔隙的复合材料，一般压力不低于 50MPa，加压速度以使预制件不变形为宜，一般为1~3cm/s。对于铝基复合材 料，熔融金属温度一般为700~800℃，预制件和模具预热温度一般可控制在 500~800℃，并可相互补偿，如前者高些，后者可以低些，反之亦然。采用压 铸法生产的铝基复合材料的零部件，其组织细化、无气孔，可以获得比一般金 属模铸件性能优良的压铸件。与其他金属基复合材料制备方法相比，压铸工艺 设备简单，成本低，材料的质量高且稳定，易于工业化生产。
金属材料加工工艺 ppt课件
可根据需要轧制各种断面形状的薄壁、多角度弯曲的型钢，广泛用于大型构件和壳体的成 型或造型，制作骨架或加强筋。
直径在5～9mm的轧制圆钢
规格为宽500～1500mm，长500～4000mm，分冷轧或热轧特厚钢板（厚度大于60mm）、厚 钢板（厚4～60mm）、薄钢板（厚0.2～4mm）。
热轧钢带厚2～6mm，宽为20～300mm，长度不小于4000mm，成卷供应。 冷轧钢带厚0.05～3mm，宽为5～200mm，长度不小于4000mm，成卷供应。
一合金钢的分类及牌号分类编号方法举例低合金高强度钢的牌号由代表屈服强度的汉语拼音首位字母q屈服强度的数值质量等级符号abcde三个部分按顺序排列q质量等级符号屈服强度rel数值nmm2屈服强度屈字汉语拼音首位字母合金结数字化学元素符号数字前面的数字表示钢的平均含碳量以万分之几表示
三、表面热处理
对于承受弯曲、扭转、冲击等动载荷，同时又承受强烈摩擦 的零件，如齿轮、曲轴、凸轮轴等，一般要求表面具有高的强 度、硬度、耐磨性和疲劳强度，而心部则应具有良好的综合机 械性能。
2.4 常用的黑色金属
金属种类繁多，通常把金属分为黑色金属和有色金属两大类。 黑色金属包括铁、锰、铬及它们的合金。工业产品设计中，应 用最广泛的金属材料主要是钢铁材料。钢是以铁碳合金为主要 构成，它包括碳素钢及合金钢两大类。
2.4.1 概述
自然界中，铁很少以纯铁状态出现，而是以称为铁矿石的化 合物形式出现。因此，钢的制取较复杂：先要将铁矿石在高炉 中用碳或一氧化碳还原得到生铁(C>2.11%)，这一过程称铁的 冶炼。然后将生铁与废钢在炼钢炉中炼成钢，这一过程称钢的 冶炼。常用的炼钢炉有平炉、转炉、电弧炉、电渣重熔炉等。
金属材料表面处理与装饰技术一般具有双重作用和功效。金 属材料表面处理及装饰的功效一方面是保护产品，即保护材质 表面所具有的光泽、色彩和肌理等而呈现出的外观美，并延长 产品的使用寿命，有效地利用材料资源；另一方面起到美化、 装饰产品的作用，使产品高雅含蓄，表面有更丰富的色彩、光 泽变化，更有节奏感和时代特征，从而有利于提高产品的商品 价值和竞争力。
金属材料的加工工艺(金工)
直
弧
线
线
划线：
冲眼:
样冲
划针
• ①划线时要压紧直尺，划针要紧贴导向工具，尽 量一次划成。
• ②用划针划线时，上部向外侧和划线方向倾斜划 线
• ③要保持针尖尖锐，只有锋利的针尖才能划出准 确清晰的线条。不用时，最好套上塑料管不使针 尖外露。
钢直尺
• 钢直尺是一种简单的尺寸量具 • 钢直尺也是一种划线导向工具 • 在尺面上刻有尺寸刻线，最小刻线距一般
木工锯及其锯割
木工锯的锯割工艺，是传统家 具的制作加工的重要组成部分。 （一）锯齿与锯路 1 2
3
钢丝锯: 又名弓锯，它是用竹片弯成弓形，两端绷装钢
丝而成，钢丝上剁出锯齿形的飞棱，利用飞棱的锐刃来 锯割。钢丝长约200—600mm，锯弓长800—900mm。 钢丝锯主要用于锯割复杂的曲线和开孔。
二、锯割
钢锯 台虎钳
手锯的正确安装
手锯的操作要领 起锯：
从工件远离自己的一端起锯，起锯角约为 15°，起锯时用拇指挡住锯条，防止锯齿崩 裂，起锯行程要短，压力要小，当陷入工件 2～3㎜时，才能逐渐正常锯割
正常锯割：
1.站位和握锯姿势要正确 2.推锯加压，回拉不加压 3.锯程要长 4推拉要有节奏
为0.5mm
角尺
• 划平行线或垂直线的导向工具 • 检查锉削平面的垂直度 • 角尺的二个直角边厚度不一样
划规
• 用于划圆和圆弧、等分线段、 等分角度以及量取尺寸等。
• 划规的使用要求脚尖要保持尖 锐靠紧。
• 用划规划圆时，保持中心不发 生划移
样冲
• 应斜看靠近冲眼部位，冲眼时冲尖对准划 线的交点或划线，敲击前要扶直样冲
三、锉削 锉刀 台虎钳
第五章金属材料的改性处理
5.1.1 钢在加热时的组织转变
一 、 奥氏体的形成 二 、 奥氏体晶粒度及对钢的力学性能的影响
• 奥氏体化：将钢加热到临界点以上时，其组织 将发生珠光体向奥氏体的转变，这种加热时获 得完全或部分奥氏体组织的过程。 • 我们以共析钢为例来说明奥氏体的形成过程。
一、奥氏体的形成
1、奥氏体晶核的形成
???
珠光体形貌像
光镜下形貌
电镜下形貌
索 氏 体 形 貌 像
光镜形貌
电镜形貌
屈 氏 体 形 貌 像
光镜形貌
电镜形貌
2.贝氏体型 ( B ) 转变 ( 550～230℃ ) :
550～350℃: B上（形成过程）; 40～45HRC;
过饱和碳铁素体呈条状 渗碳体呈羽毛状
B上 =过饱和碳 α-Fe条状 + Fe3C细条状
钢的本质晶粒度示意图
（3）影响奥氏体晶粒度的因素
1）加热温度、速度和保温时间
在一般加热速度下，加热温度越高，保温时间越 长，晶粒长大的倾向越大，实际晶粒度越大。 当加热温度一定时，加热速度快，奥氏体在较 高温度下形成的起始晶粒小，停留的时间短，晶粒 长大的倾向就小，因而快速加热可细化晶粒。
2）钢料的化学成分
（2）奥氏体晶粒度
晶粒度：晶粒尺寸大小的一种尺度。是指将钢加 热到相变点以上某一温度，并保温给定时间所得 到的奥氏体晶粒度的大小。按照标准可分为八个 等级，一级最粗，八级最细。
1.起始晶粒度:珠光体刚刚转变成奥氏体的晶粒大小。
2.实际晶粒度:热处理后所获得的奥氏体晶粒的大小。 3.本质晶粒度:在规定条件下奥氏体晶粒的长大倾向。 （在930℃以下,保温3～8小时冷却，显微镜下放大 100倍测定的奥氏体晶粒的大小。）
第五章首饰贵金属材料的强化技术
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如何产生细晶强化
2.热处理 热处理的正火、退火、淬火都可以将晶粒细化，但 是这时的温度需要选择好，不然将适得其反。 在熔炼浇注中，避免金属熔液过热、搅动、降低浇 注温度、增大冷速等措施，也可以获得细晶粒铸件。
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细 化 晶 粒 方 法
1. 对铸态使用的合金：合理控制冶铸工 艺，如增大过冷度、加入变质剂、进行 搅拌和振动等。 2. 对热轧或冷变形后退火态使用的合金： 控制变形度、再结晶退火温度和时间。
3. 对热处理强化态使用的合金：控制加 热和冷却工艺参数, 利用相变重结晶来细 化晶粒。
第5节 贵金属材料其他强化工艺 技术
电流 实例 本质 联系
金属失去电子被氧化 两者经常同时发生
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贵金属电化学腐蚀原因及对策
1.成分、组织、结构不均匀引起的电化学腐蚀 根源：成分、结构不均匀导致合金区域电位差异。 合金元素之间的电位差 成分偏析引起的电位差
对策：避免电位差较大的两种金属直接接触。
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贵金属电化学腐蚀原因及对策
2.应力或应力不均匀引起的电化学腐蚀
第5章 首饰贵金属材料的强化技术
提高首饰贵金属材料的强度、热度、抗氧 化性、耐腐蚀性是首饰工业发展的需求， 也是珠宝首饰材料工作者的努力方向。
贵金属首饰材料强化的方向
强度 韧性 抗氧化性 耐腐性性
2
第1节 贵金属材料冷变形强化技术
什么是冷变形？
冷变形指在材料的再结晶温度以下进行的变形。
再结晶温度大约为0.7 T熔点。
溶质原子类型
4.2 固溶强化
• 只有那些在基体金属中固溶度大的元素才 能大量加入。往往采用多元少量的复杂合 金化原则（即多种合金元素同时加入，但 每种元素的加入量不多），使固溶体的成 分复杂化，这样可以使固溶体的强化效果 更佳，并能使固溶强化效果保持到较高的 温度和保留较大的伸长率。
材料的制备、成形与加工
➢ 溶液缩聚：
1、定义：将单体和催化剂等加入到溶剂中进行的缩聚反 应。根据反应条件的差异，可分为高温溶液缩聚和低温 溶液缩聚两种类型。 2、应用：
主要用于树脂（如酚醛树脂、环氧树脂等），以及 熔点与分解温度接近的聚合物【如聚芳酰酯（芳纶）、 聚芳酯】的制备。
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➢ 界面缩聚：
1、定义：将两种单体分别溶解在两种互不相溶的溶剂中， 然后将两种溶液混合，使反应在两相界面处发生。 2、应用：
• 陶瓷 原料：粘土类、长石类、石英类矿物质 制备过程：
原料预处理及破碎→配料→混合→细碎→陈化 →练泥→成型→干燥→施釉→烧成→后加工
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• 玻璃 原料：SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Na2O等 制备过程：
配料→玻璃的熔制→成型→退火→深加工
• 水泥（硅酸盐类：硅酸钙、铝酸钙、铁铝酸钙） • 耐火材料（SiO2、Al2O3、Cr2O3、MgO、CaO等）
2）乳化剂分子包围因搅拌而形成的油滴周围，形成稳 定 的乳液。
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3、反应过程：研究表明，单体的引发及聚合通常是在胶 束中进行。
当溶于水中 的乳化剂达 到一定浓度 时，就会形 成乳化剂－ 单体胶束。
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单体 液滴
乳化剂分子结构
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4、特点： 1）聚合速度快，反应温度易于控制； 2）反应温度低，所得聚合物的分子量高； 3）反应溶液粘度低； 4）乳化剂、分散剂和稳定剂等加入，导致产品纯度低。
矿石（Al2O3）
1100 ℃
Al2O3•Na2O
Na2CO3 NaOH
NaAlO2 Al（OH）3
NaAlO2
CO2
Al（OH）3
湿法制备Al2O3
煅烧 950~1000℃
金属材料及制备加工工艺
金属材料及制备加工工艺金属材料是一种常见的工程材料，被广泛应用于建筑、汽车、航空航天等领域。
它具有优异的力学性能、导电性能和热传导性能，同时也可以通过不同的加工工艺进行制备和加工。
本文将介绍金属材料的基本概念、常见的金属制备工艺以及加工工艺，并探讨其对材料性能的影响。
一、金属材料的基本概念金属是一类化学元素，具有典型的金属特性，如良好的导电性、热导性、延展性和可塑性。
金属材料由纯金属和合金两类组成。
纯金属指的是仅由一种金属元素组成的材料，如铜、铁、铝等。
而合金是由两个或多个金属元素以及非金属元素组成的材料，如不锈钢、合金钢等。
二、金属材料的制备工艺金属材料的制备主要分为两大类：冶金法和物理法。
1. 冶金法冶金法是指利用冶金工艺将金属矿石等进行熔炼、抽取、精炼等过程，制得纯金属或合金的方法。
常见的冶金法包括高炉法、电解法和氧化铝电解法等。
高炉法适用于铁矿石的冶炼，通过高温熔炼将矿石中的杂质去除，得到纯净的铁原料。
电解法适用于锌、铝等金属的冶炼，利用电解原理将金属从其盐类中析出。
氧化铝电解法则用于铝的冶炼，通过电解熔融的氧化铝制得纯铝。
2. 物理法物理法是指通过物理手段改变金属材料的晶体结构和形态，从而改善其性能。
常见的物理法包括挤压、轧制、拉伸和锻造等。
挤压是将金属材料置于挤压机中，利用压力将其挤压成所需的形状。
轧制则是通过辊轧将金属材料加工成板、带、条等形状。
拉伸是将金属材料置于拉伸机中，利用拉力使其产生塑性变形，从而改变其形状和性能。
锻造是将金属材料加热至一定温度后，利用冲击或挤压力将其塑性变形成所需形状。
三、金属材料的加工工艺金属材料经过制备后需要进行进一步的加工才能满足实际需求。
常见的金属加工工艺包括切割、焊接、冲压和铸造等。
1. 切割切割是指将金属材料切割成所需尺寸和形状的工艺。
常见的切割方法有机械切割、火焰切割和激光切割等。
机械切割适用于较薄的金属材料，通过切割机械进行锯切、剪切等。
火焰切割则是利用高温火焰将金属材料局部加热至熔化，并利用氧气吹切割缝隙，实现切割目的。
材料成形工艺基础最新精品课件第五章金属塑性成形理论基础
2. 多晶体的塑性变形
多晶体的塑性变形是由于晶界的存在和 各晶粒晶格位向的不同，其塑性变形过程比 单晶体的塑性变形复杂得多。在外力作用下， 多晶体的塑性变形首先在晶格方向有利于滑 移的晶粒A内开始，然后，才在晶格方向较 为不利的晶粒B、C内滑移。由于多晶体中 各晶粒的晶格位向不同，滑移方向不一致， 各晶粒间势必相互牵制阻扰。为了协调相邻 晶粒之间的变形，使滑移得以继续进行，便 图5-4 多晶体塑性变形过程示意图 会出现晶粒彼此间相对的移动和转动。因此， 多晶体的塑性变形，除晶粒内部的滑移和转 动外，晶粒与晶粒之间也存在滑移和转动。
图5-6 回复和再结晶示意图
（3）晶粒长大 在结晶退火后的金属组织一般为细小均匀的等 轴晶。如果温度继续升高，或延长保温时间，则在结晶后的晶粒 又会长大而形成粗大晶粒，从而使金属的强度、硬度和塑性降低。 所以要正确选择再结晶温度和加热时间的长短。
5.2.2 冷变形和热变形后金属的组织与性能
金属在再结晶温度以下进行的塑性变形称为冷变形，在再结晶以 上进行的塑性变形称为热变形。
图5-7 冲压件的制耳
（4）残余内应力 残余内应力是指去除外力后，残留在金属内 部的应力，它主要是由于金属在外力作用下变形不均匀而造成的。 残余内应力的存在，使金属原子处于一种高能状态，具有自发恢 复到平衡状态的倾向。在低温下，原子活动能力较低，这种恢复 现象难以觉察，但是，当温度升高到某一程度后，金属原子获得 热能而加剧运动。金属组织和性能将会发生一系列变化。
1. 锻造比 锻造比是锻造生产中代表金属变形程度大小的一个参数，一 般是用锻造过程中的典型工序的变形程度来表示（Y）。如拔长时， 锻造比Y拔=F0/F；镦粗时，锻造比Y镦=H0/H。（式中，H0、F0分别为坯 料变形前的高度和横截面积，H、F分别为坯料变形后的高度和横截面 积）。
常用的金属材料其特点及加工工艺
常用的金属材料其特点及加工工艺下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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金属材料及加工工艺
金属材料及加工工艺金属材料是一种常见的建筑材料和工程材料，具有良好的机械性能和导电性能。
一般而言，金属材料可以分为铁、铝、铜、锡、镍、铅、锌等不同的种类。
作为一种建筑材料，金属具有高强度、耐蚀、耐久性等优点，因此被广泛应用于各种建筑结构、桥梁、工业设备等领域。
而在工程材料中，金属被用于制造机械零件、电气元件、汽车零部件等。
金属的加工工艺主要包括锻造、冲压、铸造和焊接等。
锻造是一种通过将金属加热至高温后进行锻打而得到所需形状的工艺。
冲压则是将金属板材通过冲压模具进行挤压、拉伸或剪切等加工过程。
铸造是用熔化的金属倒入预先制备好的模具中，待金属冷却并凝固后，即可得到所需形状。
焊接是将两个或多个金属零件通过熔融或压合等方法连接在一起的工艺。
在金属材料的加工过程中，常常需要通过热处理来改变金属材料的性能。
热处理包括退火、淬火、调质等方法，通过控制金属的加热温度和冷却速率来改变金属的晶体结构和硬度等性能。
总的来说，金属材料及其加工工艺在工程和建筑领域中具有广泛应用。
通过选择合适的金属材料和加工工艺，可以得到满足不同需求的金属产品，并为各个领域的发展提供支持和保障。
金属是一种具有良好机械性能和导电性能的重要材料，广泛应用于建筑、工程和制造等领域。
不同类型的金属材料具有不同的特性和用途，如铁、铝、铜、锡、镍、铅、锌等。
对于不同的需要，我们可以选择适合的金属材料来满足要求。
首先，金属在建筑领域中扮演着重要的角色。
其高强度和耐久性使其成为抗震、承重和防火的理想材料。
建筑中常使用的金属材料包括钢、铝和铜。
钢是一种常用的金属结构材料，以其高强度和抗拉强度而闻名。
铝具有较低的密度和良好的抗腐蚀性，常用于制造门窗、幕墙和屋顶。
而铜则因其良好的导电性和导热性而广泛用于电气和管道系统。
其次，金属材料在工程领域中也扮演着重要角色。
例如，金属材料用于制造工程设备、机械零件和汽车零部件。
钢材、铝材和锌材都是常见的工程材料。
钢材作为一种高强度材料，用于制造机械零件、汽车构件等。
金属材料及加工工艺课件
金属材料与加工工艺
第 １ 章 金属材料概述
1. 2 钢铁材料生产简介
1. 2 钢铁材料生产简介
钢铁材料是机械工程材料中应用最为广泛的金属材料， 它通过冶炼和轧制等生产方 法获得。 钢铁是铁和碳的合金。 钢铁材料按碳的质量分数 ω c (含碳量) 进行分类， 包括 工业纯铁 (ω c <0. 021 8%)、 钢(ω c =0. 021 8% ～2. 11%) 和生铁 (ω c >2. 11%)。
金属材料与加工工艺
绪论
绪论
金属材料与加工工艺是一门有关机械零件制造方法及其用材的综合性技术基础课。 它系统地介绍了机械工程金属材料的性能、 应用及改进材料性能的工艺方法， 各种成形 工艺方法及其在机械制造中的应用及相互联系， 机械零件的加工工艺过程等方面的基础 知识。
各类机器零件的制造过程， 一般分为毛坯制造、 零件制造及装配三个阶段。 毛坯制 造的方法主要有铸造、 锻压及焊接等。 采用先进的铸造、 锻压等方法也可直接制造出机 器零件。 而机器零件的主要加工方法则是切削加工。 将加工好的零件按装配工艺过程组 装起来， 并经调整、 试验便成为合格的产品。 不同的工业部门， 不同的零件所采用的 加工方法是不同的。 如动力工业的锅炉、 化工容器， 造船工业的船体及金属结构的制造， 等等， 焊接就占有很重要的地位; 在机床、 汽车、 拖拉机等行业的制造中， 铸造就占有 很大的比重; 在无线电、 电子、 仪器仪表、 电器、 轻工等工业部门， 则广泛采用冲压来 制造零件。但是， 切削加工几乎是各个工业部门必须采用的加工方法之一， 成批大量生 产的标准件多采用自动化程度很高的专用机床加工成形。 同类零件， 因其使用性能、 要 求不同及其尺寸大小、 加工精度、 生产批量及条件等不同， 其生产方法也不同。 如齿 轮类零件可由铸造毛坯经切削加工成形， 或由锻坯经切削加工成形， 或由热轧圆钢经切 削加工成形， 也可直接用冷轧钢成形， 等等。 齿轮的切削加工又有铣齿、 滚齿、插齿 成形等， 还有剃齿、 珩 (héng) 齿及磨齿等多种齿轮精加工方法。 有时， 同一加工方法 又有多种工艺方案可供选择。
金属加工工艺第五章.ppt
纯金属的加工
常用的纯金属如紫铜、纯铝、纯铁等，其 硬度、强度都较低，导热系数大，对切削加工 有利；但其塑性很高，切屑变形大，刀—屑接 触长度大并容易发生冷焊，生成积屑瘤，因此 切削力较大，不容易获得好的已加工表面质量， 断屑困难。此外，它们的线膨胀系数较大，精 加工时不易控制工件的加工精度。
不锈钢和高温合金的切削加工性
调整材料的化学成分
在钢中适当添加一些元素，如硫、钙、铅等，使钢的 切削加工性得到显著改善，这样的钢叫“易切钢”。
难加工金属材料的切削加工性
难加工的原因一般是以下几个方面：①高 硬度；②高强度；③高塑性和高韧性；④低塑 性和高脆性；⑤低导热性；⑥有大量微观硬质 点或硬夹杂物；⑦化学性质活泼。这些特性一 般都能使切削过程中的切削力加大，切削温度 升高，刀具磨损加剧，刀具使用寿命缩短；有 时还将使已加工表面质量恶化，切屑难以控制； 最终则使加工效率和加工质量降低，加工成本 提高。
衡量切削加工性的指标 以刀具寿命T或一定寿命下的切削速度VT 衡量加工性 以切削力或切削温度衡量切削加工性 以已加工表面质量衡量切削加工性 以切屑控制或断屑的难易衡量切削加工 性
改善切削加工性的途径： 通过热处理改变材料的组织和机械性能
高碳钢和工具钢 球化退火 热轧状态的中碳钢 正火 低碳钢 冷拔或正火
主要标志是：表面的粗糙度、表面层冷 作硬化程度、表面层残余应力的性质及 其大小。已加工表面质量对工件成为机 器零件后的使用性能有很大的影响。
理论粗糙度
切削刃相对于工件运动，能够形成已加工 表面。如果把切削刃看作几何学的线，由相对 于工件运动时，应该形成的已加工表面的粗糙 度，称为理论粗糙度。它的数值决定于残留面 积的高度。实际上，只有切削脆性材料或高速 切削塑性材料时，已加工表面的粗糙度才比较 接近理论组糙度，因为除此之外，还有许多其 他因素，诸如鳞刺、积屑瘤、振动、切削刃不 平整、工件材料组织的缺陷等等的影响，使已 加工表面难以接近理论粗糙度。
金属材料及加工工艺
金属材料及加工工艺引言金属材料是现代工业中最常使用的材料之一。
金属材料的特点包括良好的导电性、导热性、机械性能和耐腐蚀性能，因此被广泛应用于各个领域，如建筑、汽车制造、航空航天等。
为了满足不同工程需求，金属材料的加工工艺也在不断发展和改进。
本文将对金属材料的特性进行简要介绍，并介绍常见的金属加工工艺。
金属材料的分类金属材料主要分为两大类：1）有色金属和2）黑色金属。
有色金属有色金属是指颜色较浅的金属材料，包括铜、铝、铅、锌、镍等。
这些金属具有良好的导电性和导热性，因此常用于电气、电子、建筑等领域。
有色金属通常比黑色金属更昂贵。
黑色金属黑色金属是指颜色较深的金属材料，主要由铁和碳组成。
黑色金属具有较高的强度和耐磨性，因此广泛应用于结构工程、汽车制造、机械制造等领域。
与有色金属相比，黑色金属价格相对较低。
金属加工工艺金属加工工艺是将金属材料进行形状改变和加工的过程。
金属加工工艺可以分为以下几种类型：切削加工切削加工是最常用的金属加工方法之一。
它通过在金属材料上施加切削力，将材料切削成所需形状。
常见的切削加工方法包括车削、铣削、钻削等。
塑性加工塑性加工是通过施加压力将金属材料塑性变形成所需形状的一种加工方法。
常见的塑性加工方法包括锻造、压铸、冲压等。
塑性加工可以在不破坏金属晶体结构的情况下改变材料形状。
焊接焊接是将两个或多个金属材料通过加热或施加压力的方式连接起来的一种加工方法。
常见的焊接方法包括电弧焊、气体焊、激光焊等。
焊接可以将不同类型的金属材料连接起来，实现更复杂的结构。
表面处理表面处理是为了改善金属材料的表面性能而进行的一种加工方法。
常见的表面处理方法包括电镀、热处理、喷涂等。
通过表面处理，可以提高金属材料的耐腐蚀性、耐磨性等性能。
其他加工方法除了以上几种常见的金属加工方法，还有一些特殊的加工方法，如电火花加工、激光切割等。
这些加工方法在特定的应用领域具有独特的优势。
结论金属材料及其加工工艺在现代工业中起着重要的作用。
金属材料及加工工艺
(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.
①金属材料几乎都是有晶格结构的固体．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的色彩与光泽。 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、三元合金等。 ⑥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。
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.
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。
电阻 闪光 对焊 对焊
锡铜银 焊焊焊
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.
常用的金属材料
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
2金属材料及加工工艺
2金属材料及加工工艺金属材料是一类广泛应用于各个领域的材料，其具有优良的导电、导热、机械性能以及良好的可塑性和可加工性。
金属材料的加工工艺包括了金属的锻造、深冲、拉伸、轧制等，通过这些加工工艺，可以改变金属材料的形状、结构和性能。
1.锻造：锻造是利用金属材料的塑性，通过将其放置于冲模或模具之中，并在压力的作用下进行外力变形，从而得到所需形状的一种工艺。
锻造可以分为热锻和冷锻两种方式。
热锻适用于高温下，通过热加工改变金属材料的形状和性能。
冷锻适用于常温下，通过塑性变形形成所需形状。
锻造工艺可以制作各种金属制品，如汽车零部件、机械零件等。
2.深冲：深冲是利用金属材料的塑性，在特定的模具之中进行多次冲击或压缩，从而使金属材料发生塑性变形，最终形成所需产品的一种加工工艺。
深冲适用于制作带有凹面或凸面的产品，如汽车车身、厨具等。
深冲工艺可以高效地制造大量的产品，并且成本相对较低。
3.拉伸：拉伸是通过施加拉力，使金属材料发生塑性变形，实现空心产品成型的一种加工工艺。
拉伸适用于制作金属的管状或薄壁产品，如金属管、金属容器等。
拉伸工艺可以使金属材料在拉伸方向上变薄，同时增强其机械性能。
4.轧制：轧制是通过辊轧的方式，将金属材料压制成不同厚度和宽度的板材或线材的一种加工工艺。
轧制可以分为热轧和冷轧两种方式。
热轧适用于高温下，通过轧制改善金属的结晶结构，并形成所需产品。
冷轧适用于常温下，通过轧制改善金属材料的机械性能和表面质量。
轧制工艺可以制造各种规格和形状的金属板材和线材，广泛应用于建筑、航空航天、电子等领域。
综上所述，金属材料加工工艺的发展使得金属材料在各个领域得到广泛应用。
通过不同的加工工艺，可以改善金属材料的性能和形状，满足不同行业和领域对金属制品的需求。
未来，金属材料加工工艺将继续发展，以应对新材料、新产品和新工艺的需求。
第五章 首饰贵金属材料的加工工艺
3、合金的充型能力
在实际生产条件下，熔融金属充满型腔，获得形状完整、轮廓清晰铸 件的能力，叫合金的充型能力。
液态铂金很难来得及充满铸模，铸件表面就会有问题，一 般离心式铂金铸机铸量不应超过200克／次，加压式铂金 铸造机铸量不应超过350克／次。
在单个铸件又长又大的场合，即使铸件数量少，也应制成 大的铸型。铸型大、放不进小型铸造机时，即使生产数量 少也要使用大型机械。
合金的铸造性能
铸造性能是合金在铸造生产中所表现出来的性能，包括合 金的流动性、收缩性等。
渣、缩孔等缺陷。
合金流动性的大小通常用浇注流动性试样的方法来测定。
2、影响合金流动性的因素
（1） 化学成分、结晶特性和结晶潜热 影响合金流动性的因素很多，最为显著的的是化学成分， 化学成份不同，结晶凝固特点不一样，结晶温度间隔越窄，流动性越
好。 结晶温度间隔越较大时，液相与固相成分差别大，晶体呈树枝装朝散
现代失蜡铸造技术的基本原理并无二致，只不过更加复杂 精密。这主要体现在对蜡模的型位精确的要求更加严格。
现代工艺中蜡模的获得不只是对蜡的直接雕刻，还可以通 过对金属原模（版）的硅胶模压得到阴模，再由硅胶阴模 注蜡后得到蜡模。
浇铸材料也不再是黏土，而代以铸造石膏。这样的产品比 古代的铸件精细得多。
真空加压铸造也是结合了正压和负压铸造优点的铸造方法。 这种铸造方法的“真空”位置在石膏模一侧，而“加压” 在盛放融化金属的坩埚一侧。按照我们上面定义的分类方 法，由于这种铸造方法的铸模（石膏模）内部压力在铸造 过程中是小于大气压的因此也应该归于“负压铸造”一类。
金属材料及加工PPT课件
纯铁 (c<=0.02%)
塑性好、强度低，主要用于制造磁铁
钢 (0.02%<=c<2.11%) 铸铁 (c>=2.11%)
2.1.2 钢铁材料
钢 (0.02%<=c<2.11%)
碳钢
按含碳量：低碳钢、中碳钢、高碳钢 按品质：普通碳素钢、优质碳素钢 按用途：碳素结构钢、碳素工具钢
反映出金属的本质：
有特殊光泽 优良的导电性和导热性 是良好的塑性变形固体物质
2.1.1 金属材料的特性及分类
常用金属材料的分类
常用金属材料及其特性
2.1.1 金属材料的特性及分类 2.1.2 钢铁材料 2.1.3 有色金属及其合金 2.1.4 造型设计中金属材料的选用
2.1.2 钢铁材料
砂型成形方法
机器造型的特点：
生产效率高 劳动条件好 劳动强度低 铸件的表面质量好、尺寸精度高
适用于成批大量生产
砂型铸造
铸造产品设计的特点
由铸造零件的工艺看，产品的外形是由 模型的型腔决定的，无论是砂型还是金 属型或蜡型，在浇注需要良好的金属充 型能力要求的前提下，铸型的型腔不可 能做的太复杂、太有棱角以及太细小。
常用金属材料及其特性
2.1.1 金属材料的特性及分类 2.1.2 钢铁材料 2.1.3 有色金属及其合金 2.1.4 造型设计中金属材料的选用
2.1.3 有色金属及其合金
铝及铝合金 铜及铜合金
铝及铝合金
纯铝：纯度98%~99.996%，密度小、导电、 导热性优良；主要用于科研及制造电容器
合金钢
合金结构钢：合金弹簧钢、合金轴承钢等 合金工具钢：刃具钢、模具钢、量具钢 特殊用途钢：不锈钢、耐热钢、耐磨钢
05第五章金属切削的变形过程
05第五章金属切削的变形过程金属切削是一种常见的金属加工方法，通过将金属材料与切削工具产生切削作用，从而使金属发生变形。
在金属切削过程中，金属材料经历了切削区的切削面积增大、切削区温度升高、切削力增加等一系列的变形过程。
以下将详细介绍金属切削的变形过程。
1.切削面积增大金属切削的第一个变形过程是切削区的切削面积增大。
切削刀具与工件表面接触后产生切削力，切削力作用下，工件上的金属材料被切削屑从原来的表面逐渐剥离并形成新的切削表面。
随着切削继续进行，一层层金属被剥离并逐渐脱离工件，使切削面积不断增大。
2.切削区温度升高金属切削过程中，切削区温度会因为切削力和切削热的相互作用而升高。
切削力在切削区产生的摩擦热和变形热使得金属材料局部温度升高。
同时，切削过程中产生的大量切削屑对切削区周围的金属产生冷却效应，使切削区的温度分布不均匀。
这些因素导致切削区的温度升高，进而引起了金属的热变形。
3.切削力增加在金属切削过程中，切削刀具与工件表面的相互作用产生了切削力。
切削力是一种力矩的形式，其大小和方向受切削力矩、切削力角、切削屑形态等多个因素影响。
随着切削深度的增加和切削速度的提高，切削力也会相应地增加。
切削力的增加会对刀具和工件产生一定的应力，从而引起金属材料的变形。
4.金属流动和回弹金属切削过程中，金属材料会受到切削力的作用而产生流动。
切削刀具通过对金属材料的切削，使金属材料发生塑性变形。
在切削的过程中，金属材料会发生流动，不断向切削区的前方移动，填补切削面积的空隙。
然而，由于切削力的作用和金属材料的弹性回复，金属材料在切削之后会有一定程度的回弹现象。
这种回弹会导致切削加工的精度降低，需要通过调整切削条件或采用支撑装置等方式来减少回弹。
5.切削屑形成和排出在金属切削过程中，金属材料发生塑性变形，并随着切削刀具的运动形成切削屑。
切削屑的形态和性质与切削工艺参数、工件材料、切削刀具等因素密切相关。
切削屑的形态可分为切屑、微切屑和粉末切屑等，并会随着切削深度的增加和切削速度的提高而发生变化。
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• 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，且有较高的综合机械性能和某 特殊的物理、化学性能。 • 合金钢按合金元素的总含最可分为低合金 钢(总含量5%以下)、中合金钢(总含最5%~ 10%)和高合
• 2.常用的品种及用途 • 钢材是由钢坯或钢锭加工而成的产品。常 分为型钢、钢板、钢管,钢丝四大类。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）型刚 • （2）钢板 • （3）钢管 • （4）钢丝
• 1.碳素钢 • 碳素钢又成为碳钢，碳素钢按含碳量可分 为：
• 低碳钢(含碳最0.25%以下)—低碳钢具有低 强度、高嫩性、高韧性及良好的加工性和 焊接性，适合制造形状义杂和需焊接的零 件和构件。
• 中碳钢(含碳最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，多川于制 造要求强韧性的齿轮、轴承等机械零件。 • 高碳钢(含碳最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，主要于制造工具、刃具、弹簧及耐 磨零件等.
• 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。（图为形变热处理）
• 5.2.3 金属材料的表面处理技术 • 1.金属材料的表面前处理 • 机械处理足通过切削、研磨，喷砂等 加工清理制品表血的铸蚀及氧化皮等，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。
• 1.铸造 • 铸造是一种历史悠久的金属液态成型工艺， 是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。今天，铸 造已是第五大工业领域，年产数千万吨铸 件。
• 2.金属塑性加工 • 金属塑性加工又称金属压力加工。压力技 术的应用使金属突然之间可以像塑料一般 任人揉捏而变成任何神奇的形状，进发新 的美感。由于金属键没有方向性，金属表 现出良好的塑性变形能力，即具有良好的 延展性。
• • • • •
常见的钢板品种有： 1.钢带 2.覆层钢板 3.花纹钢板 4.不锈钢板
• 3.铸铁 • 铸铁是一种使用较早的重要工程材料， 是含碳最在2. 11%-9.0%的一种铁碳合金. 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
• 5.4 金属材料在设计中的应用 • 在各个工程领域中，金属材料是所有 材料中最主要和最基本的结图构材料，也 是现代产品设计得以实现的最重要的物质 技术条件。在现代工业设计活动中，几乎 没有不涉及金属材料的。由于金属及其合 金在理学、物理学、化学和加工工艺等方 面的一系列特殊的优异性能，使得它不仅 可以保证产品使用功能的实现.而且可以赋 予产品一定的美学价位.使产品呈现出现代 风格的结构美、造型美和质地美。
• 金属材料是金属及其合金的总称。金属材 料种类繁多，按照不同的要求又有许多分 类方法: • ①按金属材料构成元素分为黑色金属材料 、有色金属材料和特殊金属材料。 • 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。
• 金属的基本特性 • 金属材料是所有材料中最主要和最摹本的 结构材料，也是现代产品设计得以实现的 重要要的物质技术条件。在现代工业设计 活动中，几乎没有不涉及金属材料的。由 于金属及其合金在理学、物理学、化学和 加工工艺等方面的一系列特殊的优异性能， 使得它不仅可以保证产品使用功能的实现， 而且可以赋予产品一定的美学价位，使产 品呈现出现代风格的结构美、造型美和质 地美.
• 5.2.2 金属材料的热处理 • 1.普通热处理 • 普通热处理包括退火、正火、淬火和回火 处理
• 2.表面热处理 • 表面热处理包括表面淬火和化学热处理: • ①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 • ②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、渗氮和氮碳共渗(又称氰 化 )。
• 镁和镁合金 • 密度小是镁及其合金的主要特点。由于其 密度低，镁及其合金具有很高的比强度， 有优良的抗震性能.能比铝合金承受更大的 冲击载荷，还具有优秀的切削加工性能和 抛光性能。
• 3.锡和锡合金 锡合金的熔点低，耐热性好，耐蚀性和减磨 • 性优良，易与铜、铜合金、铝合金焊接， 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。但强度较低，是良好的铸造材料。
• ②表面抛光:利用柔性抛光工具和磨料颗粒 或其他抛光介质对工件表面进行的修饰加 工。抛光不能提高工件的尺寸精度或几何 形状精度，而是可以得到光滑表面或镜面 光泽的表面
• ③表面研磨拉丝:利用研磨材料通过研具与 工件在一定压力下的相对运动对加工表面 进行的精整加工，从而获得所需的表面肌 理.
第五章 金属材料及加工工艺
讲师：赵文韬
• 长期以来，金属材料一直是最重要的结构材料和功能材料。钢铁、铜 合金、铝合金、镍合金等都是最重要和最广泛应用的传统金属材料， 即使是21世纪，也不能否定金属材料是最重要的结构材料和功能材料 的地位。 • 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
• • • • • • • • • •
2.金属材料的表面装饰技术 (1)金属表面着色工艺 ①化学着色 ②电解着色 ③阳极氧化着色 ④镀覆着色 ⑤涂覆着色 ⑥珐琅肴色 ⑦热处理着色 ⑧传统着色技术
• (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。 • ①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。
• 3.切削加工 • 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。
• 4.焊接加工 • 焊接加工是充分利用金属材料在高温作用 不易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，焊接是用来形 成水久连接的工艺方法.焊接加工具有非常 灵活的特点:它能以小拼大，焊件不仅强度 与刚度好，吐质最小:还能进行异种材科的 焊接，材料利用率高:工序简单、工艺准备 和生产周期短;一般不需重型与专用设备产 品的改型较方便。 • 常用的焊接方法有熔焊、压焊和钎焊
谢谢观赏
• 5.3.2 常用的有色金属材料 • 1.铝及铝合金 • 铝及铝合金是工业用最量大的有色金属.是 一种常用的现代材料
• 2.铜及铜合金 • 铜及铜合金是历史上应用最早的有色金属. 工业上常用的铜材有紫铜、黄铜、青铜、 白铜等。
• 5.3.3 其它合金金属 • 1.钛和钛合金 • 纯钛为银白色高熔点轻金属，熔点1675°C, 密度4.54 g/cm，具有优良的耐蚀性和耐热 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。
• ④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，
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5.3 常用的金属材料 5.3.1 钢铁材料 钢的种类繁多，可按多种方法进行分类: 按化学组成可分为碳素钢和合金钢。 按质量(含磷、硫杂质量)可分为普通钢、 优质钢和高级优质钢。 • 按用途可分为结构钢、工具钢和特殊性能 钢(如不锈钢、耐热钢、耐磨钢等)。
• 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，经混合、成型和烧结，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: • ①粉末原料的制取和准备: • ②将粉末加工成所需形状的坯料: • ③将坯料在低于主要组元熔点下的温度进 行烧结，使之获得最终的性能。
• 常用的金属粉末有铁、铜、镍、钴、钨、 铬和钛等粉末:合金粉末有镍青铜、铝合金、 饮合金、高温合金、低合金钢和不锈钢等。
打造最柔美的金属： Alessi 削皮器 设计师 Erio Sommella 为 Alessi 设计的这款削 皮器 ，灵感来源于被削皮器 削出来的果皮，并用仿 生的手法采用曲面将其 呈现 。将金属用柔美的手法 表现，有效的拉近了人 与工具间的关系。
PENXO 极简铝制自 动铅笔 PENXO 铅笔的设计 没有弹簧、按键或是 机械零件，利用物体 本身的重力学来控制 铅的进出，并发挥了 金属材质的特性，只 需轻轻地推动拇指， 笔内的铅就的色彩、 良好的反射能力、不透明性及金属光泽。 • ②优良的力学性能 • ③优良的加工性能 • ④表面工艺性好 • ⑤金属材料是电与热的良导体 • ⑥金属合金 • ⑦金属的氧化
• 5.2 金属材料的工艺特性 • 金属材料是现代工业的支柱，在选用金属 材料时，除了按产品功能要求考虑必要的 机械性能外，还必须同时考虑其工艺性能。 金属材料的工艺性能是指其经受各种工艺 技术的难易程度，实质上是物理、化学、 机械性能的综合。金属材料的工艺性能包 括金属材料的成型加工工艺特性、热处理 工艺特性以及表面处理工艺特性。因此了 解金属材料的工艺特性是设计师快速并可 靠地实现设计构思的一个重要途径。
5.1 金属材料的分类及特征
1.金属的分类
• 金属材料是金属及其合金的总称。金属材 料种类繁多，按照不同的要求又有许多分 类方法: • ①按金属材料构成元素分为黑色金属材料 、有色金属材料和特殊金属材料。 • 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。