《產(chǎn)品造型設(shè)計材料與工藝》課件-4.1-第四章 金屬材料-性質(zhì)

2025/1/21第4章金屬材料及其加工技術(shù)常用金屬材料及其特性金屬材料成型與工藝性金屬表面處理與裝飾技術(shù)

金屬材料在設(shè)計中的應(yīng)用

思考題

2025/1/211.常用金屬材料及其特性

金屬材料的特性

金屬材料分類及其特性思考題2025/1/21金屬材料的特性良好的反射能力、金屬光澤和不透明性，具有良好的裝飾效果；良好的塑性變形能力（延展性），所以可以經(jīng)過軋制、擠壓、拉拔等加工方法制成各種型材。良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和正的電阻溫度系數(shù)。除了貴金屬外，幾乎所有金屬的化學(xué)性質(zhì)都較為活潑，易氧化而生銹、腐蝕。2025/1/211.常用金屬材料及其特性

金屬材料的特性

金屬材料分類及其特性思考題2025/1/212）金屬材料的分類及其特性

金屬材料

黑色金屬（鋼鐵）

有色金屬

純鐵鑄鐵鋼輕金屬

重金屬(C≤0.02%）（C:0.02~2.11%）(C≥2.11%）（p≤4500kg/m3)（p≥4500kg/m3)

純鐵：主要用于制作磁鐵、磁極的鐵心。（塑性好但強度較低）

鑄鐵：有的可代替優(yōu)質(zhì)鋼制造一些重要零件。如曲軸、連桿。

鋼：分為碳素鋼和合金鋼。輕金屬如鋁、鎂、鈦及其合金；重金屬如銅、鉛、錫及其軸承合金。2025/1/21

鑄鐵的分類及其特性

鋼的分類及其特性鋁的分類及其特性銅的分類及其特性2）金屬材料的分類及其特性2025/1/21鑄鐵（占各類機械中總重量的40%~70%）1.鑄鐵的成分、性能

成分：鑄鐵含碳、硅量高，雜質(zhì)元素硫和磷較多。

性能：（1）強度、塑性和韌性較差，不能進行鍛造，但其具有較好鑄造性、切削加工性、減摩性、減震性；

（2）價格低廉、成型工藝簡單。2025/1/21鑄鐵（占各類機械中總重量的40%~70%）灰口鑄鐵（石墨）白口鑄鐵（滲碳體）麻口鑄鐵（以石墨為主、部分為滲碳體）灰口鑄鐵可鍛鑄鐵球墨鑄鐵按碳存在的形式按石墨形態(tài)2.鑄鐵的分類2025/1/21鑄鐵的牌號、性能和用途

1）灰口鑄鐵：HT+數(shù)字（抗拉強度）（

HT100-260）

可用于制造各種承受壓力和要求減震的床身、機架、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的箱體、殼體、經(jīng)受摩擦的導(dǎo)軌和缸體。2025/1/21

2）可鍛鑄鐵：KTH+兩組數(shù)字（最低抗拉強度、最低伸長率）KTH330-08

俗稱瑪鋼,馬鐵。具有較好的強度、塑性和沖擊韌性，可部分代替碳鋼。用于承受沖擊和振動的零件（汽車的后橋外殼、管接頭、低壓閥門等）。

鑄鐵的牌號、性能和用途2025/1/213）球墨鑄鐵：QT+兩組數(shù)字QT400-17

具有優(yōu)良的機械性能及鑄造性、加工性，工藝簡單、逐步取代可鍛鑄鐵，甚至可代替鑄鋼、鍛鋼和某些合金鋼。用于制造受力復(fù)雜、負(fù)荷較大和要求耐磨的鑄件。如曲軸、凸輪軸、連桿、齒輪、蝸輪.鑄鐵的牌號、性能和用途2025/1/21鑄鐵的牌號、性能和用途4）蠕墨鑄鐵

20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的材料，其強度接近于球墨鑄鐵。

具有良好的韌性和較高的耐磨性，又具有灰口鑄鐵的鑄造性和導(dǎo)熱性。

常用于制造電機外殼、機座、閥體、機床的零件等。國外大量應(yīng)用取代灰口、球墨、可鍛鑄鐵。2025/1/21

鑄鐵的分類及其特性

鋼的分類及其特性鋁的分類及其特性銅的分類及其特性2）金屬材料的分類及其特性鋼（鐵、碳及雜質(zhì)如硅、錳、硫、磷、氫、氧）

1）按含碳量:低（<0.25%）、高（>0.6%）、中碳鋼(0.25%~0.6%)；（含碳越高，強度、硬度增大，塑性、韌性和可焊接性降低。）

2）按合金元素的有無:普通碳素鋼和優(yōu)質(zhì)碳素鋼；

3）按用途和組成:碳素鋼（碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼）、合金鋼（合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼、特殊性能鋼）。碳素結(jié)構(gòu)鋼2025/1/21

低碳鋼(08~20鋼):又稱軟鋼。易于鍛造,焊接和切削,常用于制造鏈條、

鉚釘、

螺栓、軸等。

中碳鋼(30~50鋼):熱加工及切削性能良好；焊接性能較差，強度、硬度比低碳鋼高，而塑性和韌性低于低碳鋼?？刹唤?jīng)熱處理，直接使用熱軋材、冷拉材，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，用作制作齒輪、軸類、套筒；

高碳鋼(50~80鋼):用作高強度的軸類和彈簧。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：所含雜質(zhì)少，純潔度、均勻性和表面質(zhì)量都比較高，所以塑性、韌性比較好。

正常含錳量的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼應(yīng)用廣泛，較高含錳量機械性能更好，表示為如20Mn。2025/1/21

屬于特殊質(zhì)量非合金鋼。用于制作刃具、模具和量具。分為碳素刃具鋼、碳素模具鋼和碳素量具鋼。

與合金工具鋼相比，其加工性良好，價格低廉，使用范圍廣泛，在工具生產(chǎn)中用量較大。碳素工具鋼2025/1/21碳素工具鋼合金鋼（合金元素錳、硅、鎳、鉬、鎢、釩、鈦、稀土元素等）合金結(jié)構(gòu)鋼：用于制造零件（軸類、齒輪、連桿、彈簧、緊固件）、各種金屬構(gòu)件（橋梁、船體、高壓容器等）。合金工具鋼：工具鋼分為刃具鋼、模具鋼和量具鋼。合金工具鋼比碳素工具鋼具有更好的耐磨性、耐高溫、耐腐蝕。特殊性能鋼：具有特殊物理化學(xué)性質(zhì)的合金鋼。在機械制造中常用的特殊鋼有不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼。

彩色不銹鋼是70年代發(fā)展的新型工業(yè)造型材料，廣泛用于家用廚具、浴池、體育用品、信號牌、商業(yè)廣告等。耐熱鋼、耐磨鋼2025/1/21爐底板耐高溫鍋爐風(fēng)帽

彩色不銹鋼（項鏈）關(guān)鍵特性：不生銹；可實現(xiàn)獨具特色的表面處理；硬度很高；可以通過各種工藝成型；不適合冷加工。應(yīng)用：用于有潛在腐蝕而有耐高溫要求的環(huán)境下。如廚房用具、餐具、機械元件、扣件。常用鋼材的品種和用途型鋼（角鋼、槽鋼、工字鋼）鋼管（有縫、無縫）

有縫鋼管和無縫鋼管是根據(jù)加工形式劃分的,有縫鋼管一般為焊接而成,無縫鋼管有冷拔和熱軋兩種方式制造。鋼絲鑄鋼鋼板（薄、中、厚）（1）鋼帶（大多為涂層鋼帶，供汽車、洗衣機、電冰箱等外殼沖壓件使用）（2）覆層鋼板（在具有良好深沖壓性能的低碳鋼板表面鍍覆金屬保護層、涂覆有機涂層、塑料等，如鍍鋅（白鐵皮）、鍍錫、鍍鋁、彩鋼、花紋、不銹）2025/1/21花紋不銹鋼

表面凹凸不平，主要起防滑和裝飾作用，可熱軋、冷軋、鉆切加工制成。

廣泛用于造船、汽車、建筑等行業(yè)。滾軋成型中空不銹鋼遮陽簾

該中空不銹鋼遮陽簾可以阻隔大部分外部熱能，能承受55km/h的風(fēng)力。

簾間縫隙總面積占簾面積20％，具有良好的能見度。

另外獨特的截面設(shè)計可以阻隔從東到西任何角度的陽光，大大降低使用空調(diào)成本。鍍錫鋼板表面金屬光澤強，具有良好耐腐蝕性、焊接性、深沖壓有潤滑性，并能進行彩色印刷。

廣泛用于啤酒、飲料等罐裝包裝材料。啤酒罐：馬口鐵（鍍錫鋼板）2025/1/21包裝盒彩鋼2025/1/21

鑄鐵的分類及其特性

鋼的分類及其特性鋁的分類及其特性銅的分類及其特性2）金屬材料的分類及其特性2025/1/21鋁及鋁合金（使用量最大）

鋁是廉價且應(yīng)用廣泛的金屬材料。它作為工程結(jié)構(gòu)和功能材料，也是一種重要的工業(yè)造型材料，它在構(gòu)成現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品小巧輕薄、簡潔平直、剛勁挺拔的造型風(fēng)格方面，起著不可忽視的作用。

鋁比重小，可以制成輕合金，在飛機制造和儀器儀表工業(yè)中，可作為輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料；

鋁有良好的導(dǎo)熱性，可用于制造炊具和器皿，工業(yè)上常用作散熱器;

鋁具有較好的導(dǎo)電性，制造各種導(dǎo)線、電纜、導(dǎo)電器材。2025/1/21

鋁的分類及特性

純鋁：分為工業(yè)高純鋁（牌號L01、L04）和工業(yè)純鋁（L1、L5），純度達(dá)到99.7%。主要用于科研及制造電容器。鋁合金：具有較高的強度和韌性，與低合金的鋼強度相當(dāng)，可用作為制造承受一定載荷的零件。

鑄造鋁合金（ZL102）（生鋁合金）變形鋁合金鋁合金

1）鑄造鋁合金（ZL102）（生鋁合金）：生鋁合金具有良好的鑄造性、焊接性和耐熱性。生鋁合金常用來制造形狀復(fù)雜、載荷不大、重量較輕、耐蝕、耐熱的鑄件。如內(nèi)燃機的汽缸蓋、活塞、風(fēng)扇葉片、電機及儀表外殼或薄壁零件等。

目前有AI-Si、AI-Cu、AI-Mg、AI-Zn四個系列，最常見的是AI-Si合金。

鋁的分類及特性2）變形鋁合金2025/1/21

經(jīng)過冷熱加工后，以鍛坯、型材、板材供應(yīng)的鋁合金。

(1)防銹鋁合金LF：制造耐腐蝕的薄板容器、蒙皮以及殼體、管道；

(2)硬鋁LY

：制造飛機大梁、隔框、鉚釘及蒙皮，在儀表中應(yīng)用較多；

(3)超硬鋁LC：強度大，但耐熱耐蝕差，常用包鋁法防護，用于受力大的構(gòu)件；

(4)鍛鋁合金LD：較好的壓力加工特性，用于形狀復(fù)雜、具有較高比強度的鍛件。除了防銹鋁合金外，其余為可熱處理強化的鋁合金。廣泛用于工程結(jié)構(gòu)、工業(yè)造型和建筑裝璜材料等。

鋁的分類及特性2025/1/21常用鋁材的品種和用途

1）板材：分為熱軋板（R）和冷軋板（L）。冷軋板表面多數(shù)有包鋁層。用純鋁和防銹鋁生產(chǎn)的冷軋板，有軟（M）、半硬（YZ）和硬（Y）三種狀態(tài)供應(yīng)。板材表面經(jīng)陽極氧化、噴漆、覆膜或精加工處理可獲得各種色彩或肌理。裝飾鋁材有：單層彩色鋁板、鋁合金花紋板、鋁塑板等。

鋁合金花紋板返回鋁塑板2025/1/21

1）板材：分為熱軋板（R）和冷軋板（L）。冷軋板表面多數(shù)有包鋁層。用純鋁和防銹鋁生產(chǎn)的冷軋板，有軟（M）、半硬（YZ）和硬（Y）三種狀態(tài)供應(yīng)。板材表面經(jīng)陽極氧化、噴漆、覆膜或精加工處理可獲得各種色彩或肌理。裝飾鋁材有：單層彩色鋁板、鋁合金花紋板、鋁塑板等。

2）管材：其尺寸規(guī)格使用“外徑×壁厚”表示。管材分為薄壁管（拉制）和厚壁管（擠制）。

3）棒材：為擠壓制品，尺寸用直徑表示。

4）型材：為擠制品，根據(jù)斷面形狀分為：角、槽、丁字、工字、Z字等類別。

5）線材：分為導(dǎo)線、焊條線和鉚線三種，都按直徑尺寸確定規(guī)格。應(yīng)用圖片常用鋁材的品種和用途2025/1/21建筑用鋁合金屋面板與墻面板

建筑用鋁合金屋面板與墻面板

2025/1/21建筑用鋁合金屋面板與墻面板

2025/1/21建筑用鋁合金屋面板與墻面板

2025/1/21建筑用鋁合金屋面板與墻面板

2025/1/21鋁塑板2025/1/21

鑄鐵的分類及其特性

鋼的分類及其特性鋁的分類及其特性銅的分類及其特性2）金屬材料的分類及其特性銅及銅合金（應(yīng)用最早的有色金屬）1.純銅（紫銅）

1）具有極好的塑性。具有良好的加工性和焊接性，冷、熱加工很容易，可制成型材如銅絲、銅箔;2）化學(xué)穩(wěn)定性高。在大氣、淡水、非氧化酸中（如鹽酸、氫氟酸）中均有優(yōu)良的抗蝕性，但在海水和氧化性酸如硝酸、濃硫酸等易被腐蝕；

3）導(dǎo)電、導(dǎo)熱性極好。僅次于銀，抗磁性強，常用作電工導(dǎo)體和各種防磁器械。工業(yè)純銅的純度99.95%~99.99％。銅及銅合金（應(yīng)用最早的有色金屬）2.銅合金

銅合金黃銅（鋅與銅）青銅（錫和銅、鋁和銅..）白銅（鎳與銅）近代又出現(xiàn)含有硅、鈹、錳、鉛的銅合金）銅合金鑄造銅合金變形銅合金2025/1/21黃銅（Cu-Zn合金）普通黃銅（H65表示65%銅含量）、ZH65表示鑄造黃銅）

1）單相黃銅（含鋅量小于32%）：具有極好的變形能力，易進行冷加工。如典型H70、H68，稱為“七三黃銅”，大量用于制作彈殼、儀器的套管、復(fù)雜的深沖件。

2）雙相黃銅（含鋅量大于32%）：塑性低，不宜冷加工，需加熱變形加工。如H59、H62是典型的雙相黃銅，稱“六四黃銅”。一般在800度以上進行熱加工，強度較高，具有一定的耐蝕性。因其含銅少，價格便宜，常用作電器上要求導(dǎo)電、耐蝕及適當(dāng)強度的結(jié)構(gòu)件，如螺紋緊固件和軸套等，多以型材和棒材供應(yīng)。2025/1/2165黃銅（雙相黃銅）73黃銅（單相黃銅）黃銅（Cu-Zn合金）2025/1/21黃銅（Cu-Zn合金）普通黃銅如H65（65%銅含量）、ZH65（鑄造黃銅）。

1）單相黃銅（含鋅量小于32%）：具有極好的變形能力，易進行冷加工。如典型H70、H68，稱為“七三黃銅”，大量用于制作彈殼、儀器的套管、復(fù)雜的深沖件。

2）雙相黃銅（含鋅量大于32%）：塑性低，不宜冷加工，需加熱變形加工。如H59、H62是典型的雙相黃銅，稱“六四黃銅”。一般在800度以上進行熱加工，強度較高，具有一定的耐蝕性。因其含銅少，價格便宜，常用作電器上要求導(dǎo)電、耐蝕及適當(dāng)強度的結(jié)構(gòu)件，如螺紋緊固件和軸套等，多以型材和棒材供應(yīng)。特殊黃銅如有鉛黃銅、錫黃銅、鋁黃銅等，這些合金改善其耐蝕性、鑄造性、切削性能，提高其強度。

牌號如Hpb59-1表示含銅59%、鉛1%的鉛黃銅。

白銅（Cu-Ni合金)白銅具有極高的電阻和熱電勢，非常小的電阻溫度系數(shù)，耐蝕性好，是制造精密電工測量儀器、變阻器、熱電耦及電熱器不可缺少的材料。普通白銅僅由銅和鎳組成，牌號如B45（45表示鎳的百分含量）；特殊白銅在普通白銅基礎(chǔ)上再加入鋅、鋁、錳等合金元素，常用作電阻元件、熱電偶材料等，牌號如BMn50-1.5。2025/1/21

青銅

普通青銅：含錫、鋁、硅、鈹、鉛等合金元素的銅基合金。

（1）壓力加工錫青銅，主要用于制造彈簧、軸承、軸套上的襯墊等；

（2）鑄造錫青銅

含錫量10%~