1、人民美术出社工艺金属工艺与成型PPT第1页，共131页。金属材料的固有特性金属材料的固有特性常用的金属材料常用的金属材料金属材料的工艺特性金属材料的工艺特性 金属材料的表面处理技术金属材料的表面处理技术:1铸造铸造2.金属塑性加工金属塑性加工3切削加工切削加工4.焊接加工焊接加工5.粉末冶金粉末冶金金属材料的成型加工金属材料的成型加工:金属材料的热处理金属材料的热处理:(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.普通热处理普通热处理2表面热处理表面热处理3特殊热处理特殊热处理1 金属材料的表面前处理金属材料的表面
2、前处理2 金属材料的表面装饰技术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在设计中的应用第2页，共131页。第3页，共131页。第4页，共131页。金属材料的固有特性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
3、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。第5页，共131页。金属材料的工艺特性金属材料的工艺特性金属材料的成型加工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。第6页，共131页。第7页，共131页。(1)砂型铸造 俗称翻砂，用砂粒制
4、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。第8页，共131页。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第9页，共131页。第10页，共131页。砂型铸造造型（制芯）方法 1、手工造型、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、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
5、型，高压造型，射压造型。第11页，共131页。砂型铸造视频砂型铸造视频：砂型铸造.avi第12页，共131页。(2)特种铸造之一特种铸造之一熔模铸造熔模铸造 又称失蜡铸造，为精密铸造方法之一，是常用的铸造方法。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。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。而成，小批
6、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。，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石蜡和石蜡和50%硬脂酸的混合料。将熔化好的硬脂酸的混合料。将熔化好的45-48度的蜡料倒入压型内，同时不断的翻转
7、压型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，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。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。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。第13页，共131页。制作型壳：在蜡模上均匀地刷一层耐火涂料制作型壳：在蜡模上均匀地刷一层耐火涂料(如水玻璃溶液如水玻璃溶液)，洒，洒一层耐火砂，放入饱和一层耐火砂，放入饱和NaCl溶液中使之硬化成壳。如此反复涂三四溶液中使之硬化成壳
8、。如此反复涂三四次，便形成具有次，便形成具有57mm厚度的由耐火材料构成的型壳厚度的由耐火材料构成的型壳(洒耐火洒耐火砂先细后粗砂先细后粗)。脱蜡：将制作好的型壳放入炉中烘烤或放入脱蜡：将制作好的型壳放入炉中烘烤或放入8090度热水中度热水中，将蜡模熔化流出并回收，从而得到一个中空的型壳。，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（焙烧和造型：将型壳进行高温（800950度度0.52小时）焙烧，以小时）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。或
9、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（浇注：将型壳保持一定温度（600700度），浇注金属溶液，然度），浇注金属溶液，然后冷却。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。件。第14页，共131页。第15页，共131页。（1）尺寸精度高，表面质量好，表面粗糙度能达到12.51.6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
10、。（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熔模铸造的特点和应用第16页，共131页。第17页，共131页。(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，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，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
11、尺寸精度均优于砂型铸件，且铸件的组织结构致密，力学性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能较高。适用于中小型有色金属(如铝、铜、镁及其合金等如铝、铜、镁及其合金等)铸件铸件和铸铁铸件的生产。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（12.56.3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.第18页，共131页。(4)特种铸造之三-压力铸造 简称压铸。在压铸机上
12、，用压射活塞以较高的压简称压铸。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。属于精密铸造方法。铸件尺寸精确，表面光洁(便面粗糙度达到便面粗糙度达到6.3-1.6微米微米)，组织致密，生产效，组织致密，生产效率高。适合生产小型、薄壁率高。适合生产小型、薄壁(0.8毫米毫米,孔径可达孔径可达0.8毫米毫米,螺距可达螺距可达0.75毫米毫米)的复杂铸件，铸件抗拉强度壁的复杂铸件，铸件抗拉强度壁砂型铸造高
13、砂型铸造高25%-40%.并能使铸件表面获得清晰的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。及其合金等铸件的生产。第19页，共131页。(5)特种铸造之四特种铸造之四-离心铸造离心铸造 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，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
14、各种金属的管形或可减少气孔、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。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其他的特种铸造还有:低压铸造低压铸造消失模铸造消失模铸造陶陶瓷型铸造瓷型铸造挤压铸造和连续铸造等挤压铸造和连续铸造等.离心铸造视频：离心铸造视频：离心铸造离心铸造.avi第20页，共131页。第21页，共131页。2 金属塑性加工金属塑性加工 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
15、加工方法，其特点是：在成型的同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。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金属塑性变形过程中遵循最小阻力定律加工硬化定加工硬化定律和体积不变规律律和体积不变规律.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。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。第22页，共131页。(1)锻造锻造 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，使金属材锻造是利用手锤、锻锤
16、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。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。械锻造。自由锻是利用冲击力或压力使金属坯料在上、下砥铁自由锻是利用冲击力或压力使金属坯料在上、下砥铁(砧砧)之间之间,产生塑
17、性产生塑性变形而获得所需形状变形而获得所需形状,尺寸和尺寸和 内部质量锻件的加工方法，如图内部质量锻件的加工方法，如图6-5所示。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，获得所需形状状,尺寸和内部质量锻件的加工法方法尺寸和内部质量锻件的加工法方法.由于由于模膛限制了金属胚料的流动模膛限制了金属胚料的流动,使得模锻件与模膛形状一致使得模锻件与模膛形状一致.如图如图6-6所示。所示。第23页，共131页。第24页，共131页。第25页，共131页。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
18、种高低凹凸不平的浮雕效果。图6-7为锻铜浮雕。第26页，共131页。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.第27页，共131页。首先将铜皮用汽油喷灯进行加温，烧至红色，这一过
19、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)：第28页，共131页。模锻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;
20、()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.第29页，共131页。(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）第30页，共131页。第31页，共131页。第32页，共131页。第33页，共131页。第34页，共131页。(3)挤压挤压 将金属放入挤压筒内，用强大的压力使坯料从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模孔中
21、挤出，从而获得符合模孔截面的坯料或零件的加工方法，如图的加工方法，如图69所示。常用的挤压方法有：所示。常用的挤压方法有：正挤压、反挤压、复合挤压、径向挤压。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其合金。通过挤压可以得到多种截面形状的型材或零件。第35页，共131页。第36页，共131页。第37页，共131页。(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
22、材、异形材）第38页，共131页。第39页，共131页。无缝钢管无缝钢管第40页，共131页。(5)冲压冲压 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。第41页，共131页。冲压工序及特点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
23、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.第42页，共131页。第43页，共131页。第44页，共131页。第45页，共131页。第46页，共131页。第47页，共131页。第48页，共131页。第49页，共131页。第50页，共131页。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。第51页，共131页。第52页，共131页。磨削工艺磨削工艺第53页，共131页。第54页，共131页。焊接加工焊接加工
24、 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第55页，共131页。焊接工艺焊接工艺第56页，共131页。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
25、有塑性变形.第57页，共131页。焊接工艺的特点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.第58页，共131页。粉末冶金粉末冶金 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：，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，粉末原料的制取和准备
26、，将粉末加工成所需形状的坯料：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。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。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
27、，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、省材和节能、省材和高效生产高效生产”的新技术，是现代冶金工业的重要生产方法。的新技术，是现代冶金工业的重要生产方法。第59页，共131页。第60页，共131页。第61页，共131页。第62页，共131页。金属材料的热处理金属材料的热处理 将材料在固态下进行加热将材料在固态下进行加热保温和冷却保温和冷却，改变金属内部或表面的组织结，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构，以获得预期性
28、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。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普通热处理包括退火、正火、淬火和回火处理。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（、退火是将金属加热到临界温度（Ac3或或Ac1,即即度）以上，保温一段时度）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，均化组织和成分间后，
29、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。，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低硬度，去除应力。去应力退火的加热温度一般为500650度度第63页，共131页。B、正火是将金属加热到临界温度以上、正火是将金属加热到临界温度以上-度度,保温保温适当时间后，在室温下空气中进行冷，是一种特殊的退适当时间后，在室温下空气中进行冷，是一种特殊的退火出火出 理。理。正火冷却速度比退火快正火冷却速度比
30、退火快,金属组织细小金属组织细小,正火后的强正火后的强度度,硬度硬度,韧性都高于退火韧性都高于退火,且塑性基本不降低且塑性基本不降低.C、淬火是将金属加热至临界温度以上，保温后快速冷却至、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，以达到强化金属组室温，以达到强化金属组 织，提高金属的强度、硬度等机械织，提高金属的强度、硬度等机械性能。性能。淬火的目的是为了提高钢的力学性能淬火的目的是为了提高钢的力学性能.如如:用于制作锉用于制作锉刀的刀的T号钢号钢,退火后的硬度小于退火后的硬度小于HRC,而经过淬而经过淬火处理其硬度可以达到火处理其硬度可以达到.第64页，共131页。D、回火是将淬
31、火后的金属重新加热，再进行保温冷却。其目的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是为了消除淬火 应力，以达到所要求的组织和性能。应力，以达到所要求的组织和性能。时间时间温温度度加热加热保温保温退火退火正火正火回火回火淬火淬火Ac3(Ac1)第65页，共131页。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，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感应淬火是利用感应电流通过工件所
32、产生的热效应,使工件表面使工件表面 局部或整体局部或整体加热加热,并进行快速冷却的淬火工艺并进行快速冷却的淬火工艺;火焰淬火是应用氧气火焰淬火是应用氧气-乙炔火焰对零件进行加热乙炔火焰对零件进行加热,然后冷却的工艺然后冷却的工艺.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(提高强度和耐磨性提高强度和耐磨性)、渗、渗氮氮(提高强度
33、提高强度,耐磨性耐磨性,疲劳性质疲劳性质,耐腐蚀和热硬性耐腐蚀和热硬性)和氮碳共渗和氮碳共渗(又称氰化又称氰化)。相。相关视频：关视频：表面表面 热处理热处理.avi.avi3 3、特殊热处理特殊热处理 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、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。磁场热处理等。2、表面热处理表面热处理 表面热处理包括表面淬火和化学热处理：表面热处理包括表面淬火和化学热处理：第66页，共131页。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
34、的浸蚀作用，会引起金属材料或制品失光、变色、粉化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。护作同，另一方面是装饰用。1 金属材料的表面前处理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
35、属。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。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。浸蚀的过程，有时也可用于弱浸蚀
36、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的表面处理技术第67页，共131页。第68页，共131页。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。工艺。(1)金属表面着色工艺金属表面着色工艺 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。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、化学着色：在
37、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。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、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。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、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
38、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。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。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、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。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金属材料的表面装饰技术第69页，共131页。第70页，共131页。
39、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。、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。、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。、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。、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 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
40、制作出肌理效果。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。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：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。也不尽相同。表面镶嵌：在
41、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。，然后打磨平整。呈现纤巧华美的装饰效果。第71页，共131页。第72页，共131页。第73页，共131页。第74页，共131页。表面蚀刻：是使用化学酸进行腐蚀而得到的一种斑驳表面蚀刻：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：、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
42、进行腐青的表面刻画，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。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75页，共131页。金属材料种类繁多，按照不同的要求又有许多分类方法：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。按金属材料构成元素分为黑色金属材料和有色金属
43、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、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。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。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。按金属材料主要性能和用途分为金属结构材
44、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按金属材料密度分为轻金属(密度密度45gcm3)和重金属和重金属密度密度45gc m3)常用的金属材料常用的金属材料第76页，共131页。工业上应用最广泛的金属材料是钢铁材料，其产量约占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：，根据含碳量多少、钢铁树料可分为三大类：
45、工业纯铁工业纯铁含碳呈不超过含碳呈不超过002的铁碳合金，工业纯铁虽然塑性的铁碳合金，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。好，但强度低，很少用作结构材料和外观材料。钢钢含碳量为含碳量为0.02211的铁碳台金，另含有少重磷的铁碳台金，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、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。和合金钢两大类，广泛应用于名个领域。铸铁铸铁含碳量为含碳量为2114.0的铁碳合金，铸铁是一种使的铁碳合金，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，用历史悠
46、久的重要工程材料。其熔点低，具有良好的铸造性能，切削性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。钢铁材料钢铁材料第77页，共131页。纯纯铁铁第78页，共131页。铸铁铸铁第79页，共131页。灰口铸铁灰口铸铁第80页，共131页。(1)碳素钢碳素钢 碳素钢又称碳钢，含碳碳素钢又称碳钢，含碳量量低于低于211的铁碳合金。除铁、碳及限的铁碳合金。除铁、碳及限量量以内的硅、锰、磷
47、、以内的硅、锰、磷、硫、氧等杂质外，不含硫、氧等杂质外，不含其它其它合金元素。碳作为钢中的主要元票，合金元素。碳作为钢中的主要元票，其其含含量量对钢的组织结构和性能对钢的组织结构和性能有决定性影响。通常含碳量有决定性影响。通常含碳量增加，增加，钢的强度、硬度增大，塑性、韧性和可焊性降低。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：碳素钢按含碳量可分为：低碳钢低碳钢(含碳量含碳量025以下以下)低碳钢具有低强度、高塑性、高韧性及良好的加低碳钢具有低强度、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。工性和焊接性，适合制造形状复杂和需焊接的零件结
48、构件。中碳钢中碳钢(含碳量含碳量0250.6)中碳钢具有一定的强度、塑性和适中的韧性，经热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。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。高碳钢高碳钢(含碳量含碳量0.6以上以上)高碳钢具有较高的强度和硬度，耐磨性好，塑性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。和韧性较低，主要用于制造工具、刃具、弹簧及耐磨零件等。1 钢的分类钢的分类第81页，共131页。低碳钢低碳钢第82页，共131页。高碳钢高
49、碳钢第83页，共131页。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。各领域。(2)合金钢合金钢 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
50、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、工艺性能，常用的有硅、锰、铬、镍、钨、钼、铁、硼等。如铬可使钢锰、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、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，与硫的合金硬度，与铬的合金钢司作强韧钢，
