设计材料及加工工艺第六章 金属材料及加工工艺课件.ppt

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1、第六章金属材料及加工工艺金属概述金属指的是由金属元素组成的单质，它以质地坚硬、良好金属光泽感、强度高、导电、导热等特点，成为现代工业设计中的主流设计材料之一。6．1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：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

2、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。金属的机械性能金属的机械性能也称之为力学性能，它是指金属材料在外力作用下所表现的抵抗能力，包括强度、硬度、刚度、塑性、弹性、延伸率、断面收缩率、冲击韧性和疲劳与疲劳强度等方面。1．强度强度是指金属材料在静载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。由于载荷的作用方式有拉伸、压缩、弯曲、剪切等形式，所以强度也分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。2．硬度硬度是指材料表面抵抗比它更硬的物体压入的能力。目前生产中测定硬度的方法最常用的是压入硬度法，它是用一定

3、几何形状的压头在一定载荷下压入被测试的金属材料表面，根据被压入程度来测定其硬度值。常用的有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等方法。3．刚度金属材料在受力时抵抗弹性变形的能力称为刚度。4．塑性塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。5．弹性弹性是指金属材料受外力作用时产生变形，当外力去除后能恢复其原来形状的性能。6．延伸率材料在拉伸断裂后，总伸长与原始长度的百分比称为延伸率。7．断面收缩率金属的断面收缩率指的是金属材料在拉伸断裂后、断面最大缩小面积与原断面积的百分比。8．冲击韧性以很大速度作用于机件上的载荷称为冲击载荷，金属在冲击载荷作用下抵抗破坏的能

4、力叫做冲击韧性。9．疲劳与疲劳强度疲劳是指在循环加载下，发生在材料某点处局部的、永久性的损伤递增过程。经足够的应力或应变循环后，损伤累积可使材料产生裂纹，或使裂纹进一步扩展至完全断裂。出现可见裂纹或者完全断裂称为疲劳破坏。疲劳强度是指材料反复经受循环应力也不发生断裂的最大应力值。6.2金属的工艺性能所谓金属的工艺性能是指制件在加工制造过程中，金属材料在一定的冷、热加工条件下表现出来的性能。金属材料工艺性能的好坏，决定了它在制造过程中加工成形的适应能力。由于加工条件不同，要求的工艺性能也就不同，如可焊性、可锻性、铸造性能、切削加工性能等。6.2.1金属的成型加工1

5、．铸造金属铸造是指将金属熔化成液体，浇注于具有特定型腔的铸型中凝固成形的金属材料成型方法。铸造是液态金属充填铸型型腔并在其中凝固和冷却的过程，液态金属的流动特性和凝固收缩特性直接影响着铸件的形成。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。铸造的方法有许多，常用的有砂型铸造、熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、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。(1)砂型铸造砂型铸造为铸造生产

6、中的最基本方法，砂型铸造的生产工序主要包括：制模、配砂、造型、造芯、合型、熔炼、浇注、落砂、清理和检验。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。（2）熔模铸造熔模铸造是用易熔材料制成模样，然后再模样上涂耐火材料，经硬化之后，再将模样熔化，排出型外，获得无分型面的铸型，浇注即可获得铸件。也称失蜡铸造，是发展较快的一种精密铸造方法。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而成，小批量时可采用易熔合金、

7、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，即翻制得硅橡胶膜压型。③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，待蜡模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。④制作型壳：在蜡模上均匀地刷一层耐火涂料（如水玻璃溶液），洒一层耐火砂，使之硬化成壳。如此反

8、复涂三四次，便形成具有一