《产品造型设计材料与工艺》课件-4.1-第四章 金属材料-性质

2025/1/21第4章金属材料及其加工技术常用金属材料及其特性金属材料成型与工艺性金属表面处理与装饰技术

金属材料在设计中的应用

思考题

2025/1/211.常用金属材料及其特性

金属材料的特性

金属材料分类及其特性思考题2025/1/21金属材料的特性良好的反射能力、金属光泽和不透明性，具有良好的装饰效果；良好的塑性变形能力（延展性），所以可以经过轧制、挤压、拉拔等加工方法制成各种型材。良好的导电性、导热性和正的电阻温度系数。除了贵金属外，几乎所有金属的化学性质都较为活泼，易氧化而生锈、腐蚀。2025/1/211.常用金属材料及其特性

金属材料的特性

金属材料分类及其特性思考题2025/1/212）金属材料的分类及其特性

金属材料

黑色金属（钢铁）

有色金属

纯铁铸铁钢轻金属

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

纯铁：主要用于制作磁铁、磁极的铁心。（塑性好但强度较低）

铸铁：有的可代替优质钢制造一些重要零件。如曲轴、连杆。

钢：分为碳素钢和合金钢。轻金属如铝、镁、钛及其合金；重金属如铜、铅、锡及其轴承合金。2025/1/21

铸铁的分类及其特性

钢的分类及其特性铝的分类及其特性铜的分类及其特性2）金属材料的分类及其特性2025/1/21铸铁（占各类机械中总重量的40%~70%）1.铸铁的成分、性能

成分：铸铁含碳、硅量高，杂质元素硫和磷较多。

性能：（1）强度、塑性和韧性较差，不能进行锻造，但其具有较好铸造性、切削加工性、减摩性、减震性；

（2）价格低廉、成型工艺简单。2025/1/21铸铁（占各类机械中总重量的40%~70%）灰口铸铁（石墨）白口铸铁（渗碳体）麻口铸铁（以石墨为主、部分为渗碳体）灰口铸铁可锻铸铁球墨铸铁按碳存在的形式按石墨形态2.铸铁的分类2025/1/21铸铁的牌号、性能和用途

1）灰口铸铁：HT+数字（抗拉强度）（

HT100-260）

可用于制造各种承受压力和要求减震的床身、机架、结构复杂的箱体、壳体、经受摩擦的导轨和缸体。2025/1/21

2）可锻铸铁：KTH+两组数字（最低抗拉强度、最低伸长率）KTH330-08

俗称玛钢,马铁。具有较好的强度、塑性和冲击韧性，可部分代替碳钢。用于承受冲击和振动的零件（汽车的后桥外壳、管接头、低压阀门等）。

铸铁的牌号、性能和用途2025/1/213）球墨铸铁：QT+两组数字QT400-17

具有优良的机械性能及铸造性、加工性，工艺简单、逐步取代可锻铸铁，甚至可代替铸钢、锻钢和某些合金钢。用于制造受力复杂、负荷较大和要求耐磨的铸件。如曲轴、凸轮轴、连杆、齿轮、蜗轮.铸铁的牌号、性能和用途2025/1/21铸铁的牌号、性能和用途4）蠕墨铸铁

20世纪70年代发展起来的材料，其强度接近于球墨铸铁。

具有良好的韧性和较高的耐磨性，又具有灰口铸铁的铸造性和导热性。

常用于制造电机外壳、机座、阀体、机床的零件等。国外大量应用取代灰口、球墨、可锻铸铁。2025/1/21

铸铁的分类及其特性

钢的分类及其特性铝的分类及其特性铜的分类及其特性2）金属材料的分类及其特性钢（铁、碳及杂质如硅、锰、硫、磷、氢、氧）

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

2）按合金元素的有无:普通碳素钢和优质碳素钢；

3）按用途和组成:碳素钢（碳素结构钢、碳素工具钢）、合金钢（合金结构钢、合金工具钢、特殊性能钢）。碳素结构钢2025/1/21

低碳钢(08~20钢):又称软钢。易于锻造,焊接和切削,常用于制造链条、

铆钉、

螺栓、轴等。

中碳钢(30~50钢):热加工及切削性能良好；焊接性能较差，强度、硬度比低碳钢高，而塑性和韧性低于低碳钢。可不经热处理，直接使用热轧材、冷拉材，经调质处理后，用作制作齿轮、轴类、套筒；

高碳钢(50~80钢):用作高强度的轴类和弹簧。优质碳素结构钢：所含杂质少，纯洁度、均匀性和表面质量都比较高，所以塑性、韧性比较好。

正常含锰量的优质碳素结构钢应用广泛，较高含锰量机械性能更好，表示为如20Mn。2025/1/21

属于特殊质量非合金钢。用于制作刃具、模具和量具。分为碳素刃具钢、碳素模具钢和碳素量具钢。

与合金工具钢相比，其加工性良好，价格低廉，使用范围广泛，在工具生产中用量较大。碳素工具钢2025/1/21碳素工具钢合金钢（合金元素锰、硅、镍、钼、钨、钒、钛、稀土元素等）合金结构钢：用于制造零件（轴类、齿轮、连杆、弹簧、紧固件）、各种金属构件（桥梁、船体、高压容器等）。合金工具钢：工具钢分为刃具钢、模具钢和量具钢。合金工具钢比碳素工具钢具有更好的耐磨性、耐高温、耐腐蚀。特殊性能钢：具有特殊物理化学性质的合金钢。在机械制造中常用的特殊钢有不锈钢、耐热钢、耐磨钢。

彩色不锈钢是70年代发展的新型工业造型材料，广泛用于家用厨具、浴池、体育用品、信号牌、商业广告等。耐热钢、耐磨钢2025/1/21炉底板耐高温锅炉风帽

彩色不锈钢（项链）关键特性：不生锈；可实现独具特色的表面处理；硬度很高；可以通过各种工艺成型；不适合冷加工。应用：用于有潜在腐蚀而有耐高温要求的环境下。如厨房用具、餐具、机械元件、扣件。常用钢材的品种和用途型钢（角钢、槽钢、工字钢）钢管（有缝、无缝）

有缝钢管和无缝钢管是根据加工形式划分的,有缝钢管一般为焊接而成,无缝钢管有冷拔和热轧两种方式制造。钢丝铸钢钢板（薄、中、厚）（1）钢带（大多为涂层钢带，供汽车、洗衣机、电冰箱等外壳冲压件使用）（2）覆层钢板（在具有良好深冲压性能的低碳钢板表面镀覆金属保护层、涂覆有机涂层、塑料等，如镀锌（白铁皮）、镀锡、镀铝、彩钢、花纹、不锈）2025/1/21花纹不锈钢

表面凹凸不平，主要起防滑和装饰作用，可热轧、冷轧、钻切加工制成。

广泛用于造船、汽车、建筑等行业。滚轧成型中空不锈钢遮阳帘

该中空不锈钢遮阳帘可以阻隔大部分外部热能，能承受55km/h的风力。

帘间缝隙总面积占帘面积20％，具有良好的能见度。

另外独特的截面设计可以阻隔从东到西任何角度的阳光，大大降低使用空调成本。镀锡钢板表面金属光泽强，具有良好耐腐蚀性、焊接性、深冲压有润滑性，并能进行彩色印刷。

广泛用于啤酒、饮料等罐装包装材料。啤酒罐：马口铁（镀锡钢板）2025/1/21包装盒彩钢2025/1/21

铸铁的分类及其特性

钢的分类及其特性铝的分类及其特性铜的分类及其特性2）金属材料的分类及其特性2025/1/21铝及铝合金（使用量最大）

铝是廉价且应用广泛的金属材料。它作为工程结构和功能材料，也是一种重要的工业造型材料，它在构成现代工业产品小巧轻薄、简洁平直、刚劲挺拔的造型风格方面，起着不可忽视的作用。

铝比重小，可以制成轻合金，在飞机制造和仪器仪表工业中，可作为轻质结构材料；

铝有良好的导热性，可用于制造炊具和器皿，工业上常用作散热器;

铝具有较好的导电性，制造各种导线、电缆、导电器材。2025/1/21

铝的分类及特性

纯铝：分为工业高纯铝（牌号L01、L04）和工业纯铝（L1、L5），纯度达到99.7%。主要用于科研及制造电容器。铝合金：具有较高的强度和韧性，与低合金的钢强度相当，可用作为制造承受一定载荷的零件。

铸造铝合金（ZL102）（生铝合金）变形铝合金铝合金

1）铸造铝合金（ZL102）（生铝合金）：生铝合金具有良好的铸造性、焊接性和耐热性。生铝合金常用来制造形状复杂、载荷不大、重量较轻、耐蚀、耐热的铸件。如内燃机的汽缸盖、活塞、风扇叶片、电机及仪表外壳或薄壁零件等。

目前有AI-Si、AI-Cu、AI-Mg、AI-Zn四个系列，最常见的是AI-Si合金。

铝的分类及特性2）变形铝合金2025/1/21

经过冷热加工后，以锻坯、型材、板材供应的铝合金。

(1)防锈铝合金LF：制造耐腐蚀的薄板容器、蒙皮以及壳体、管道；

(2)硬铝LY

：制造飞机大梁、隔框、铆钉及蒙皮，在仪表中应用较多；

(3)超硬铝LC：强度大，但耐热耐蚀差，常用包铝法防护，用于受力大的构件；

(4)锻铝合金LD：较好的压力加工特性，用于形状复杂、具有较高比强度的锻件。除了防锈铝合金外，其余为可热处理强化的铝合金。广泛用于工程结构、工业造型和建筑装璜材料等。

铝的分类及特性2025/1/21常用铝材的品种和用途

1）板材：分为热轧板（R）和冷轧板（L）。冷轧板表面多数有包铝层。用纯铝和防锈铝生产的冷轧板，有软（M）、半硬（YZ）和硬（Y）三种状态供应。板材表面经阳极氧化、喷漆、覆膜或精加工处理可获得各种色彩或肌理。装饰铝材有：单层彩色铝板、铝合金花纹板、铝塑板等。

铝合金花纹板返回铝塑板2025/1/21

1）板材：分为热轧板（R）和冷轧板（L）。冷轧板表面多数有包铝层。用纯铝和防锈铝生产的冷轧板，有软（M）、半硬（YZ）和硬（Y）三种状态供应。板材表面经阳极氧化、喷漆、覆膜或精加工处理可获得各种色彩或肌理。装饰铝材有：单层彩色铝板、铝合金花纹板、铝塑板等。

2）管材：其尺寸规格使用“外径×壁厚”表示。管材分为薄壁管（拉制）和厚壁管（挤制）。

3）棒材：为挤压制品，尺寸用直径表示。

4）型材：为挤制品，根据断面形状分为：角、槽、丁字、工字、Z字等类别。

5）线材：分为导线、焊条线和铆线三种，都按直径尺寸确定规格。应用图片常用铝材的品种和用途2025/1/21建筑用铝合金屋面板与墙面板

建筑用铝合金屋面板与墙面板

2025/1/21建筑用铝合金屋面板与墙面板

2025/1/21建筑用铝合金屋面板与墙面板

2025/1/21建筑用铝合金屋面板与墙面板

2025/1/21铝塑板2025/1/21

铸铁的分类及其特性

钢的分类及其特性铝的分类及其特性铜的分类及其特性2）金属材料的分类及其特性铜及铜合金（应用最早的有色金属）1.纯铜（紫铜）

1）具有极好的塑性。具有良好的加工性和焊接性，冷、热加工很容易，可制成型材如铜丝、铜箔;2）化学稳定性高。在大气、淡水、非氧化酸中（如盐酸、氢氟酸）中均有优良的抗蚀性，但在海水和氧化性酸如硝酸、浓硫酸等易被腐蚀；

3）导电、导热性极好。仅次于银，抗磁性强，常用作电工导体和各种防磁器械。工业纯铜的纯度99.95%~99.99％。铜及铜合金（应用最早的有色金属）2.铜合金

铜合金黄铜（锌与铜）青铜（锡和铜、铝和铜..）白铜（镍与铜）近代又出现含有硅、铍、锰、铅的铜合金）铜合金铸造铜合金变形铜合金2025/1/21黄铜（Cu-Zn合金）普通黄铜（H65表示65%铜含量）、ZH65表示铸造黄铜）

1）单相黄铜（含锌量小于32%）：具有极好的变形能力，易进行冷加工。如典型H70、H68，称为“七三黄铜”，大量用于制作弹壳、仪器的套管、复杂的深冲件。

2）双相黄铜（含锌量大于32%）：塑性低，不宜冷加工，需加热变形加工。如H59、H62是典型的双相黄铜，称“六四黄铜”。一般在800度以上进行热加工，强度较高，具有一定的耐蚀性。因其含铜少，价格便宜，常用作电器上要求导电、耐蚀及适当强度的结构件，如螺纹紧固件和轴套等，多以型材和棒材供应。2025/1/2165黄铜（双相黄铜）73黄铜（单相黄铜）黄铜（Cu-Zn合金）2025/1/21黄铜（Cu-Zn合金）普通黄铜如H65（65%铜含量）、ZH65（铸造黄铜）。

1）单相黄铜（含锌量小于32%）：具有极好的变形能力，易进行冷加工。如典型H70、H68，称为“七三黄铜”，大量用于制作弹壳、仪器的套管、复杂的深冲件。

2）双相黄铜（含锌量大于32%）：塑性低，不宜冷加工，需加热变形加工。如H59、H62是典型的双相黄铜，称“六四黄铜”。一般在800度以上进行热加工，强度较高，具有一定的耐蚀性。因其含铜少，价格便宜，常用作电器上要求导电、耐蚀及适当强度的结构件，如螺纹紧固件和轴套等，多以型材和棒材供应。特殊黄铜如有铅黄铜、锡黄铜、铝黄铜等，这些合金改善其耐蚀性、铸造性、切削性能，提高其强度。

牌号如Hpb59-1表示含铜59%、铅1%的铅黄铜。

白铜（Cu-Ni合金)白铜具有极高的电阻和热电势，非常小的电阻温度系数，耐蚀性好，是制造精密电工测量仪器、变阻器、热电耦及电热器不可缺少的材料。普通白铜仅由铜和镍组成，牌号如B45（45表示镍的百分含量）；特殊白铜在普通白铜基础上再加入锌、铝、锰等合金元素，常用作电阻元件、热电偶材料等，牌号如BMn50-1.5。2025/1/21

青铜

普通青铜：含锡、铝、硅、铍、铅等合金元素的铜基合金。

（1）压力加工锡青铜，主要用于制造弹簧、轴承、轴套上的衬垫等；

（2）铸造锡青铜

含锡量10%~