1、金属切削材料的知识培训CNC加工知识培训系列课程之五塑料铜钢铁铝材料材料加工过程中常见的材料有哪些？培训内容：1.金属材料的知识介绍 材料的种类，有色金属和黑色金属 钢，铁，铜，铝合金 2.热处理知识的介绍 热处理的定义 常见的的热处理方式 钢的热处理一、金属材料的知识介绍 金属材料来源丰富，并具有优良的使用性能和加工性能，是机械工程中应用最普遍的材料，常用以制造机械设备、工具、模具，并广泛应用于工程结构中。金属材料分为黑色金属（钢和生铁）和有色金属（铜、铝、金）金属材料的知识介绍钢分为碳素钢（简称碳钢）和合金两大类。碳钢是指含碳量小于2.11%并含有少量硅、锰、硫、磷杂质的铁碳合金。工业用碳
2、钢的含碳量一般为0.05%1.35%。为了提高钢的力学性能、工艺性能或某些特殊性能（如耐腐蚀性、耐热性、耐磨性等），冶炼中有目的地加入一些合金元素（如Mn、Si、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti等），这种钢称为合金钢。（一）碳钢1碳钢的分类碳钢的分类方法有多种，常见的有以下三种。（1）按钢的含碳量多少分类 分为三类：低碳钢，含碳量0.60%。（2）按钢的质量（即按钢含有害元素S、P的多少）分类 分为三类：普通碳素钢，钢中S、P含量分别0.055%和0.045%；优质碳素钢，钢中S、P含量均0.040%；高级碳素钢，钢中S、P含量分别0.030%和0.035%。（3）按钢的用途分类 分为两类：碳素
3、结构钢，主要用于制造各种工程构件和机械零件；碳素工具钢，主要用于制造各种工具、量具和模具等。金属材料的知识介绍2碳钢牌号的表示方法（1）碳素结构钢 碳素结构钢的牌号由屈服点“屈”字汉语拼音第一个字母Q、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D）及脱氧方法符号（F、b、Z）等四部分按顺序组成。其中质量等级按A、B、C、D顺序依次增高，F代表沸腾钢，b代表镇静钢，Z代表镇静钢等。如Q235-AF表示屈服强度为235Mpa的A级沸腾碳素结构钢。（2）优质碳素结构钢 优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示。这两位数字代表钢中的平均含碳量的万分之几。例如45钢，表示平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。0
4、8钢，表示平均含碳量为0.08%的优质碳素结构钢。（3）碳素工具钢 碳素工具钢的牌号是用碳字汉语拼音字头T和数字表示。其数字表示钢的平均含碳量的千分之几。若为高级优质，则在数字后面加“A”。例如，T12钢，表示平均含碳量为1.2%的碳素工具钢。T8钢，表示平均含碳量为0.8%的碳素工具钢。T12A，表示平均含碳量为1.2%的高级优质碳素工具钢。3碳钢的用途举例Q195、Q215，用于铆钉、开口销等及冲压零件和焊接构件。Q235、Q255，用于螺栓、螺母、拉杆、连杆及建筑、桥梁结构件。Q275，用于强度较高转轴、心轴、齿轮等。Q345，用于船舶、桥梁、车辆、大型钢结构。08钢，含碳量低，塑性好，
5、主要用于制造冷冲压零件。10、20钢，常用于制造冲压件和焊接件。也常用于制造渗碳件。35、40、45、50钢属中碳钢，经热处理后可获得良好的综合力学性能，主要用制造齿轮、套筒、轴类零件等。这几种钢在机械制造中应用非常广泛。T7、T8钢，用于制造具有较高韧性的工具，如冲头、凿子等。T9、T10、T11钢，用作要求中等韧性、高硬度的刃具，如钻头、丝锥、锯条等。T12、T13钢，用于要求更高硬度、高耐磨性的锉刀、拉丝模具等。金属材料的知识介绍（二）合金钢合金钢的分类方法有多种，常见的有以下两种。（1）按用途分类 分为三类：合金结构钢，用于制造各种性能要求更高的机械零件和工程构件；合金结构钢，用于制造
6、各种性能要求更高的刃具、量具和模具；特殊性能钢，具有特殊物理和化学性能的钢，如不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。（2）铵合金元素总含量多少分类 分为三类：低合金钢，合金元素总含量小于5%；中合金钢，合金元素总含量为5%10%；高合金钢，合金元素总含量大于10%。2合金钢牌号的表示方法合金钢是按钢材的含碳量以及所含合金元素的种类和数量编号的。钢号首部是表示含碳量以及所含合金结构钢与碳素结构钢相同，以万分之一的碳作为单位，如首部数字为45，则表示平均含碳量为0.45%；合金工具钢以千分之一的碳作为单位，如首部数字为5，则表示平均含碳量为0.5%。在表示含碳量的数字后面，用元素的化学符号表示出所含的合金元素
7、。合金元素的含量以百分之几表示，当平均含量小于1.5%时，只标明元素符号，不标含量。如25Mn2V，表示平均含碳量为0.25%，含锰量约为2%，含钒量小于1.5%的合金结构钢。又如9SiCr，表示平均含碳量为0.9%，含硅、铬都少于1.5%的合金工具钢。对于含碳量超过1.0%的合金工具钢，则在牌号中不表示含碳量。如CrWMn钢，表示含碳量大于1.0%并含有铬、钨、锰三种合金元素的合金工具钢。但也有特例，高速钢的含碳量小于1.0%，牌号中也不表示含碳量。如W18Cr4V钢，其含碳量仅为0.7%0.8%。特殊性能钢牌号中也不表示方法基本上与合金工具钢相同。如2Cr13，表示平均含碳量为0.2%，含
8、铬量约为13%的不锈钢。有些特殊用钢，则用专门的表示方法，如滚动轴承钢，其牌号以G表示，不标含碳量，铬的平均含量用千分之几表示。如GCr15，表示含铬量为1.5%的滚动轴承钢。对于高级优质钢，在钢号末尾加一个“A”字，如38CrMoAIA。金属材料的知识介绍3合金钢的用途举例09MnNb、16Mn、15MnTi钢属低合金结构钢，用于制造桥梁、车辆、锅炉、油罐、建筑结构和化工容器等。14MnVTiRe、14MnMoV、18MnNb、14CrMnMoVB钢用于制造大型船舶、重要桥梁、电站设备及锅炉、化工、石油等中高压容器。20Cr、20MnV钢，适于制造渗碳小齿轮、小轴、活塞销等。20CrMnTi
9、钢，常用于制造汽车、拖拉机上的齿轮。18Cr2Ni4WA、15CrMn2SiMo、20Cr2Ni4A钢，常用于制造大型渗碳齿轮和轴类件。40MnB、40Cr、35CrMo、40CrMnMo钢，用于制造重要调质件，如主轴、曲轴、连连杆和齿轮等机械零件。65Mn、60Si2Mn钢属弹簧钢，主要用于制造截面小于25mm的弹簧，如车箱板簧和机车板簧、扭杆簧等。GCr15、GsiMnMoV钢属轴承钢，主要用于制造滚动轴承的内圈、外圈和滚动体，也可用于制造冷冲模、冷轧辊等。CrWMn、CrMn、9Mn2V钢，用于制造测量工具，如卡尺、千分尺、量规、块规塞规等。W18Cr4V、W6Mo5C4V2钢，用于制造
10、高速切削的刃具，如钻头、铣刀、滚刀、拉刀、铰刀车刀等。5CrMnMo、3Cr2W8V钢，属热模具钢，用于制造热锻模、热压模、压铸模等。Cr12、Cr12MoV钢，属冷模具钢，用于制造冷冲模具、冷切剪刀具等。1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13钢，属马氏体不锈钢，用于制造抗弱腐蚀性介质并承受冲击载荷的零件，还可用来制造具有较高硬度和耐磨性的医疗工具等。1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti钢，属奥氏体不锈钢，用于制造耐硝酸、冷磷酸、有机酸及盐、碱溶液腐蚀的设备零件。Mn13钢，属耐磨钢，用于制造拖拉机链轨板、挖掘机铲齿、球磨机衬板、铁路道岔等。15CrMo、4Cr10Si2Mo钢，属耐
11、热钢，用于制造在高温下工作的零件或构件。金属材料的知识介绍 有色金属是指黑色以外的金属及其合金，如铜合金、铝及铝合金等。根据铸铁中碳的存在形式不同，铸铁可分为白口铸铁可分为白口铸铁和灰口铸铁两大类。灰口铸铁中的碳大部分或全部以自由状态的石墨形式存在，断口呈暗灰色。根据灰口铸铁中石墨存在形式不同，它又可分为普通灰口铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁等。金属材料的知识介绍铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金，它含有比碳钢更多的硅、锰、硫、磷等杂质。工业上常用的铸铁含碳量为2.5%4.0%。根据铸铁中碳的存在形式不同，铸铁可分为白口铸铁可分为白口铸铁和灰口铸铁两大类。（一）白口铸铁白口铸铁中的碳几乎全部以Fe
12、3形式存在，断口呈银白色，性能硬而脆，很难进行切削加工，工业上极少用来制造机械零件。主要用作炼钢原料或用于可锻铸铁的毛坯。（二）灰口铸铁灰口铸铁中的碳大部分或全部以自由状态的石墨形式存在，断口呈暗灰色。根据灰口铸铁中石墨存在形式不同，它又可分为普通灰口铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁等。1普通灰口铸铁简称灰口铸铁，其石墨形态呈片状。由于片状石墨的存在，割裂了金属基体组织，减少了承载的有效面积，因此其综合力学性能较低，但其减振性、耐磨性、铸造性及切削加工性较好，主要用于制造承受压力的床身、箱体、机座、导轨等零件。灰口铸铁牌号的表示方法为“HT”加数字，其中“HT”是灰铁两字汉语拼音的第一个字母，数字表示
13、最低抗拉强度。常用的灰口铸铁牌号为HT100、HT150、HT200、HT250、HT300等。2可锻铸铁可锻铸铁是由白口铸铁经石墨化退火后而得到，其后墨形态呈团絮状。由于其石墨呈团絮状，对金属基体的割裂作用减小，故其抗拉强度、塑性、韧性都比灰口铸铁高，主要用于制造一些形状比较复杂而在工作中承受一定冲击载荷的薄壁小型零件，如管接头、农具等。可锻铸铁的牌号由“KTH”或“KTZ”加两组数字组成。其中“KT”是可铁两字汉语拼音第一个字母，后面的“H”表示黑心可锻铸铁，“Z”表示珠光体可锻铸铁。其后面的两组数字分别表示材料的最低抗拉强度数值和最小伸长率数值。其主要牌号有KTH350-10、KTZ55
14、0-04等。金属材料的知识介绍3球墨铸铁球墨铸铁中石墨形态呈球状。由于球状石墨对金属基体的割裂作用更小，因此它具有较高的强度、塑性和韧性，所以应用较广，在某些情况下可替代中碳钢使用。主要用于制造受力较复杂、负荷较大的机械零件，如曲轴、连杆、齿轮、凸轮轴等。球墨铸铁的牌号由“QT”加两组数字组成。其中“QT”是球铁两字汉语拼音的第一个字母，两组数字分别表示最低抗拉强度数值和最小伸长率数值。主要牌号有QT500-7、QT800-2等。三、铸钢铸钢也是一种重要的铸造合金，其应用仅次于铸铁。铸钢件的力学性能优于各类铸件，并具有优良的焊接性能，适于采用铸焊联合工艺制造重型铸件。生产上铸钢主要用于制造形状
15、复杂、难于锻造而又需承受冲击载荷的零部件。如机车车架、火车车轮、水压机的缸和立柱、大型齿轮、轧钢机机架等。常用的铸钢有碳素铸钢和合金铸钢两大类，其中碳素铸钢应用较广，约占铸钢件的80%。一般工程用铸钢的牌号由“ZG”加两组数字表示。其中“ZG”为铸钢二字汉语拼音第一个字母，后面两位数字分别表示材料的最小屈服强度值和最小抗拉强度值。如ZG200-400、ZG270-500、ZG340-640等金属材料的知识介绍四、铜合金及铝合金铜、铝合金是工业上最常用的有色合金。因具有某些特殊的使用性能，使其成为现代工业技术中不可缺少的材料。（一）铜合金在纯铜中加入某些合金元素（如锌、锡、铝、铍、锰、硅、镍、磷
16、等），就形成了铜合金。铜合金具有较好的导电性、导热性和耐腐蚀性，同时具有较高强度和耐磨性。根据成分不同，铜合金分为黄铜和青铜等。1黄铜是以锌为主要合金元素的铜合金。按照化学成分，黄铜分为普通铜和特殊黄铜两种。（1）普通黄铜 普通黄铜是铜锌二元合金。由于塑性好，适于制造板材、棒材、线材、管材及深冲零件，如冷凝管、散热管及机械、电器零件等。铜的平均含量为62%和59%的黄铜也可进行铸造，称为铸造黄铜。（2）特殊黄铜 为了获得更高的强度、抗蚀性和良好的铸造性能，在铜锌合金中加入铝、硅、锰、铅、锡等元素，就形成了特殊黄铜。如铅黄铜、锡黄铜、铝黄铜、硅黄铜、锰黄铜等。铅黄铜的切削性能优良，耐磨性好，广泛
17、用于制造钟表零件，经铸造制作轴瓦和衬套。锡黄铜的耐腐蚀性能好，广泛用于制造海船零件。铝黄铜中的铝能提高黄铜的强度和硬度，提高在大气中的抗蚀性，铝黄铜用于制造耐蚀零件。硅黄铜中的硅能提高铜的力学性能、耐磨性的耐蚀性，硅黄铜主要用于制造海船零件及化工机械零件。金属材料的知识介绍2青铜青铜原指铜锡合金，但工业上都习惯称含铝、硅、铅、铍、锰等的铜合金也为青铜，所以青铜实际上包括锡青铜、铝青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、铅青铜等。青铜也分为压力加工青铜和铸造青铜两类。（1）锡青铜 以锡为主要合金元素的铜基合金称锡青铜。工业中使用的锡青铜，锡含量大多在3%14%之间。锡含量小于5%锡青铜适于冷加工使用；锡含
18、量为5%7%的锡青铜适于热加工；锡含量大于10%的锡青铜适于铸造。锡青铜在造船、化工、机械、仪表等工业中广泛应用，主要用以制造轴承、轴套等耐磨零件和弹簧等弹性元件以及抗蚀、抗磁零件等。（2）铝青铜 以铝为主要合金元素的铜基合金称铝青铜。铝青铜的力学性能比黄铜和锡青铜高。实际应用的铝青铜的铝含量在5%12%之间，含铝为5%7%的铝青铜塑性最好，适于冷加工使用。铝含量大于7%8%后，强度增加，但塑性急剧下降，因此多在铸态或经热加工后使用。铝青铜的耐磨性以及在大气、海水、海水碳酸和大多数有机酸中的耐蚀性，均比黄铜和锡青铜高。铝青铜可制造齿轮、轴套、蜗轮等高强度抗磨零件以及高耐蚀性弹性元件。（3）铍青
19、铜 以铍为基本元素的铜合金称铍青铜。铍青铜的含铍量为1.7%2.5%。铍青铜的弹性极限、疲劳极限都很高，耐磨性和抗蚀性优异，具有良好的导电性和导热性，还具有无磁性、受冲击时不产生火花等优点。铍青铜主要用于制作精密仪器的重要弹簧、钟表齿轮、高速高压下工作的轴承、衬套以及电焊机电极、防爆工具、航海罗盘等重要机件。金属材料的知识介绍（二）铝合金铝中加入合金元素就形成了铝合金。铝合金具有较高的强度和良好的加工性能。根据成分及加工特点，铝合金分为形变铝合金和铸造铝合金。1形变铝合金形变铝合金包括防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金等。因其塑性好，故常利用压力加工方法制造冲压件、锻件等，如铆钉、焊接油箱、管道
20、、容器、发动机叶片、飞机大梁及起落架、内燃机活塞等。2铸造铝合金铸造铝合金是用于制造铝合金铸件的材料，按主要合金元素的不同，铸造铝合金分为铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金和铝锌合金。（1）铝硅铸造铝合金 铝硅合金是应用最广的铸造铝合金，通常称为硅铝明。其铸造性能好，比重小，并有相当好的抗蚀性和耐热性，适于制造形状复杂的零件，如泵体、电动机壳体、发动机的气缸头、活塞以及汽车、飞机、仪器上的零件，也可制造日用品。（2）铝铜铸造铝合金 铝铜合金的强度较高，耐热性较好，铸造性能较差，常用于铸造内燃机气缸头、活塞等零件，也可作为结构材料铸造承受中等载荷、形状较简便的零件。（3）铝镁铸造铝合金 铝镁合金强度高
21、、比重小，有良好的耐蚀性，但铸造性能不好，多用于制造承受冲击载荷、在腐蚀性介质中工作、外形简单的零件，如舰般配件、氨用泵体等。（4）铝锌铸造铝合金 铝锌合金价格便宜、铸造性能优良、强度较高，但抗蚀性差、热裂倾向大，常用于制造汽车、拖拉机发动机零件及形状复杂的仪器元件，也可用于制造日用品。工件材料切削加工性分级表工件材料切削加工性分级表 切削加工性 易切削 较易切削 较难切削 难切削 等级代号 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 硬度 50 50100 100150 150200 200250 250300 300350 350400 400480 480635 635 抗拉强度 0.
22、196 0.1960.44 0.440.589 0.5890.785 0.7850.981 0.9811.18 1.181.37 1.371.57 1.571.77 1.771.96 1.962.45 延仲率 10 1015 1520 2025 2530 3035 3540 4050 5060 60100 100 冲击韧度 0.196 0.1960.392 0.3920.589 0.5890.785 0.7850.981 0.9811.37 1.371.77 1.771.96 1.962.45 2.452.94 2.943.92 导热系数 419293 293167 16783.7 83.76
23、2.8 62.841.9 41.933.5 33.525.1 25.116.7 16.78.37 8.37-在材料切削加工性评定中，存在着许多模糊性因素，比如我们说某材料易切削、难切削等概念，它没有一个明确的界限。模糊数学中的模糊综合评判正是对受多种因素制约的事物或对象，作出一个总的评价。二、材料热处理的知识介绍热处理是将固定金属 或合金通过加热，保温及冷却后获得所需要的组织结构与性能的操作工艺.热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。这些过程互相衔接，不可间断。加热是热处理的重要工序之一。金属热处理的加热方法很多，最早是采用木炭和煤作为热源，进而应用液体和气体
24、燃料。电的应用使加热易于控制，且无环境污染。利用这些热源可以直接加热，也可以通过熔融的盐或金属，以至浮动粒子进行间接加热。金属加热时，工件暴露在空气中，常常发生氧化、脱碳(即钢铁零件表面碳含量降低)，这对于热处理后零件的表面性能有很不利的影响。因而金属通常应在可控气氛或保护气氛中、熔融盐中和真空中加热，也可用涂料或包装方法进行保护加热。冷却也是热处理工艺过程中不可缺少的步骤，冷却方法因工艺不同而不同，主要是控制冷却速度。一般退火的冷却速度最慢，正火的冷却速度较快，淬火的冷却速度更快。但还因钢种不同而有不同的要求，例如空硬钢就可以用正火一样的冷却速度进行淬硬。材料热处理的知识介绍 金属热处理工艺
25、大体可分为整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类。根据加热介质、加热温度和冷却方法的不同，每一大类又可区分为若干不同的热处理工艺。同一种金属采用不同的热处理工艺，可获得不同的组织，从而具有不同的性能。钢铁是工业上应用最广的金属，而且钢铁显微组织也最为复杂，因此钢铁热处理工艺种类繁多。整体热处理是对工件整体加热，然后以适当的速度冷却，以改变其整体力学性能的金属热处理工艺。钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。材料热处理的知识介绍钢的热处理:退火,将钢中加热到适当温度,保持一定时间,然后缓慢冷却,目的是降低钢的硬度,以利于切削加工,细化晶粒,改善组织,改善钢的性能或为以后的热处
26、理做准备,消除钢中的残余内应力,以防止变形和开裂.正头：将钢件加热到A3或ALM以上3050经过保温后，从炉中取置空中冷却淬火：钢件加热到A3或A1以上3050保温一段时间，然后水冷或油冷却以得到高硬度组织的热处理工艺；是将工件加热保温后，在水、油或其他无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却。淬火后钢件变硬，但同时变脆。为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于650的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，这种工艺称为回火。退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的“四把火”，其中的淬火与回火关系密切，常常配合使用，缺一不可。“四把火”随着加热温度和冷却方式的不同，又演变出不同的热处理
27、工艺。为了获得一定的强度和韧性，把淬火和高温回火结合起来的工艺，称为调质。某些合金淬火形成过饱和固溶体后，将其置于室温或稍高的适当温度下保持较长时间，以提高合金的硬度、强度或电性磁性等。这样的热处理工艺称为时效处理。SKD11 通过淬火，硬度可达到55-60。材料热处理的知识介绍 把压力加工形变与热处理有效而紧密地结合起来进行，使工件获得很好的强度、韧性配合的方法称为形变热处理；在负压气氛或真空中进行的热处理称为真空热处理，它不仅能使工件不氧化，不脱碳，保持处理后工件表面光洁，提高工件的性能，还可以通入渗剂进行化学热处理。化学热处理是通过改变工件表层化学成分、组织和性能的金属热处理工艺。化学热
28、处理与表面热处理不同之处是后者改变了工件表层的化学成分。化学热处理是将工件放在含碳、氮或其他合金元素的介质(气体、液体、固体)中加热，保温较长时间，从而使工件表层渗入碳、氮、硼和铬等元素。渗入元素后，有时还要进行其他热处理工艺如淬火及回火。化学热处理的主要方法有渗碳、渗氮、渗金属。材料热处理的知识介绍 钢的化学处理，常用的有渗碳和渗氮钢的渗碳：提高钢件表层的含碳量，渗碳后工件经淬火及低温回火，表面获得高硬度，而其内部具有高的韧性，表层硬度可高达HRC5864钢的渗氮：提高零件表面的硬度，耐磨性，耐蚀性及疲劳强度,渗碳一般深度为0.10.6金属材料的切削性能良好的切削加工性能是指刀具的寿命较高或
29、在一定的寿命下允许的切削速度较高切削条件下相同切削条件下切削力较小，切削温度较低；容易获得较细的表面粗糙度,容易控制切削形状成断屑 表面热处理是只加热工件表层，以改变其表层力学性能的金属热处理工艺。为了只加热工件表层而不使过多的热量传入工件内部，使用的热源须具有高的能量密度，即在单位面积的工件上给予较大的热能，使工件表层或局部能短时或瞬时达到高温。表面热处理的主要方法有火焰淬火和感应加热热处理，常用的热源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感应电流、激光和电子束等。小结 热处理是机械零件和工模具制造过程中的重要工序之一。大体来说，它可以保证和提高工件的各种性能，如耐磨、耐腐蚀等。还可以改善毛坯的组织和应力状态，以利于进行各种冷、热加工。例如白口铸铁经过长时间退火处理可以获得可锻铸铁，提高塑性；齿轮采用正确的热处理工艺，使用寿命可以比不经热处理的齿轮成倍或几十倍地提高；另外，价廉的碳钢通过渗入某些合金元素就具有某些价昂的合金钢性能，可以代替某些耐热钢、不锈钢；工模具则几乎全部需要经过热处理方可使用。请提问，谢谢！
