金属材料及其加工工艺.docx

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金属材料及其加工工艺

金属材料及其加工工艺（总5页）

第五章金属材料及其加工工艺

思考题

6．简述热处理方法的分类。

常用的热处理方法有哪些？

答：

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、表面热处理和特殊热处理。

常用的热处理方法有：

普通热处理：

普通热处理包括退火、正火、淬火、和回火处理。

表面热处理：

包括表面淬火和化学热处理。

特殊热处理：

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。

9．不同碳含量的碳素钢有什么性能和特点？

答：

碳素钢又称碳钢，含碳量低于2.11%的铁碳合金。

除铁、碳及限量以内的硅、锰、磷、硫、氧等杂质外，不含其他合金元素。

碳作为钢中的主要元素，其含量对钢的组织结构和性能有决定性的影响。

通常含碳量增加，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：

低碳钢（含碳量在0.25%以下）——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和构件。

中碳钢（含碳量在0.25%～0.6%之间）——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。

高碳钢（含碳量在0.6%以上）——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。

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、化工等各领域。

12．铝合金的性能特征是什么铝材有哪些品种和用途列举铝合金装饰板在设计中的应用实例。

答：

铝合金的性能特征：

铝合金质轻、强度高，比强度值接近或超过钢，具有优良的导电、导热性和抗蚀性，易加工，耐冲压，并且可阳极氧化成各种颜色。

常见铝材的品种和用途：

铝合金型材：

广泛用作产品造型材料、展示材料、门窗框体材料、墙面和吊顶骨架支撑材料等。

铝合金装饰板：

铝及铝合金装饰板是现代流行的新型、高档的装饰材料，广泛用于内外墙、屋面室内天棚的装饰，以其特有的光泽质感丰富着现代城市环境艺术的语汇。

铝箔：

广泛用于各种商品的包装。

铝塑复合膜：

用于现代包装机的高速自动包装，广泛用于食品、日化、药品和其他各类商品的包装。

常用的铝塑复合膜有AL/PE，用于包装巧克力等；OPP/PE/AL/PE,用于包装奶粉、茶叶、化妆品和药品等；PET/AL/CPP，为三层耐蒸煮材料，用于包装肉、禽类等软罐头；OPP/AL/PE，用于包装榨菜、奶粉和药品等。

真空镀铝膜：

镀铝前在薄膜基材上涂布一层透明的颜色，就可获得多种颜色的金属光泽，这些五彩缤纷的材料特别适用于礼品包装。

真空镀铝膜与聚乙烯进行复合则具有更大的应用范围；如PET/镀铝/PE，在PET膜上印刷图案及商标，把印刷好的PET膜进行真空镀铝，然后与PE进行复合，即组成复合膜，这类材料具有高光泽的金属质感，阻气性和防潮性好，机械强度高，可采用热封，是一种良好的包装装潢材料，深受包装装潢界的欢迎。

铝合金装饰板在设计中的应用实例：

铝板的种类繁多，常用的有铝塑复合板、单层彩色压型板、铝合金花纹板、铝质浅花纹板、冲孔吸音板等，广泛用作建筑物墙面、屋面装饰材料和展示材料。

压型板是由铝合金一次压制成具有一定厚度、形状，具有重量轻、外形美、耐腐蚀、经久耐用、易安装、施工快捷等特点，主要用于墙面和屋面的装修。

铝合金花纹板是采用防锈铝合金等坯料用特别的花纹轧辊轧制而成的。

花纹美观大方，筋高适中，不易磨损，防滑防腐蚀，便于冲洗。

花纹板板材平整，裁剪尺寸准确，便于安装，广泛用于现代建筑物墙面、车辆、船舶、飞机等工业防滑部位装饰。

16.搜集金属材料未来发展的相关材料，探讨金属材料在未来设计中的地位与应用前景。

答：

金属材料，尤其是新型金属材料在目前的情况下，应用较为广泛，前景依然不错，这种状况将持续很长时间，非金属材料的研究进展将决定这种状态的时间长短。

镁由于优良的物理性能和机械加工性能，丰富的蕴藏量，已经被业内公认为最有前途的轻量化材料及21世纪的绿色金属材料，未来几十年内镁将成为需求增长最快的有色金属。

钛及钛合金具有密度小、比强度高和耐蚀性好等优良特性。

随着国民经济及国防工业的发展，钛日渐被人们普遍认识，广泛地应用于汽车、电子、化工、航空、航天、兵器等领域。

铝合金具有密度小、导热性好、易于成形、价格低廉等优点，已广泛应用于航空航天、交通运输、轻工建材等部门，是轻合金中应用最广、用量最多的合金。

随着电力工业的发展和冶炼技术的突破，其性价比大为提高，目前交通运输业已成为铝合金材料的第一大用户。

金属材料在未来设计中的地位与应用前景：

世界各大汽车公司已经将镁合金制造零件作为重要发展方向。

在欧美国家中，各国的汽车厂商正极力争取采用镁合金零件的多少作为自身车辆领先的标志，大众、奥迪、菲亚特汽车公司纷纷使用镁合金。

90年代初期，欧美小汽车上应用镁合金的重量，平均每车约1公斤，至2000年已达到3.6公斤左右，目前欧美各主要车厂都在规划在今后15~20年的期间，将每车的镁合金用量上升至100～120公斤。

行家预测，在未来的7-8年中，欧洲汽车用镁将占总消耗量的14%，预计今后将以15%的速度递增，2005年达到20万吨。

汽车行业对镁合金的大量需求，推动了镁合金生产技术的多项突破，镁合金的使用成本也大幅度下降，从而促进了镁合金在计算机、通讯、仪器仪表、家电、医疗、轻工等行业的应用发展。

其中，镁合金应用发展最快的是电子信息和仪器仪表行业。

在薄壁、微型、抗摔撞的要求之下，加上电磁屏蔽、散热和环保方面的考虑，镁合金成了厂家的最佳选择。

另外，镁合金外壳可使产品更豪华、美观。

在电子信息和仪器仪表行业的镁合金制品的单位重量和尺寸不如汽车零部件，但它的数量大、覆盖面广，其用量也是巨大的。

所以，近几年电子信息行业镁合金的消耗量急剧增加，成为拉动全球镁消耗量增加的另一重要因素。

从钛的应用领域来看，以美国、日本为例，美国钛的最大应用领域是航空航天，占到总消费量的58.5%；日本则是火力、核电厂，及板式热交换器，两者合计占总消费量的41.9%。

从下表可以看出，与美国相比，日本在更多方面使用钛。

在体育用品方面，除了在高尔夫球杆头上使用钛以外，还有短距离用跑鞋的销钉、羽毛球拍及冰杖等登山器具、滑雪滑冰用的冰刀刃、自行车架、轮椅等等。

美日两国在化学工业及油气田钻探装置上的用钛量都在增加。

在计算机磁盘（真空镀膜）、纤维纺织机的框架、餐具、帐篷用具、拐杖和照相机等方面都巧妙地使用钛。

铝合金是亚音速飞机的主要用材，目前民用飞机结构上的用量为70%～80%，其中仅铝合金铆钉一项每架飞机就有40～150万个；据波音飞机公司的统计，制造各类民用飞机31.6万架，共用铝材7100千吨，平均每架用铝22吨。

铝制零部件在先进军用飞机中的比例虽低一些，但仍占其自身总质量的40%～60%。

据预测，2010年全球航空航天铝材的消费量可达60万吨，年平均增长率约为4.5%。

航空航天铝材的价格比普通民用铝材的价格高得多，为后者的18倍左右，是一个非常重要的市场，而其政治与军事意义则尤为重大。

2002年美国航空航天铝材的价格为33000～44100美元/吨，而普通民用铝材的价格只不过2200～3500美元/吨。

泡沫铝材被认为是一种大有前途的未来汽车的良好材料。

泡沫铝材在汽车制造中的应用多为三明治式的三夹板，即：

芯层为泡沫铝或泡沫铝合金，上下层为铝板或其他金属薄板。

德国卡曼汽车公司用三明治式复合泡沫铝材制造的吉雅轻便轿车（Ghiaroadster）的顶盖板的刚度，比原来的钢构件高7倍左右，而其质量却比钢件轻25%。

据测算，汽车车身构件约有20%可用泡沫铝材制造，一辆中型轿车如采用泡沫铝材制造，某些零件可减重27.2kg左右，既可节约能源又可减轻对环境的污染。

采用泡沫铝材结构，可大大简化结构系统，零部件数至少可减少1/3。

根据国际铝业协会（IAI）统计数字，1991-1999年铝及铝合金在汽车上的应用翻了一番，预计到2005年还将再翻一番。

预计2005年美国汽车用铝及铝合金将超过130kg/辆，西欧将达到119kg/辆。

20.列举几个材料的发展史中具有代表性的金属制品，分析其造型、功能、材料及工艺。

答：

我列举的第一个具有代表性的金属制品是水龙头。

水龙头是水咀的通俗称谓，水龙头最早出现于16世纪，用青铜浇铸的，主要作用是用于控制水管出水开关和水流量的大小。

早期的水龙头是螺旋升降式的，到现在市场上大多数都是陶瓷阀芯的水龙头，螺旋升降式的基本上已经淘汰了。

生产工艺：

铜锭→溶解→浇铸（低档的用翻砂浇铸、高品质水龙头用重力铸造）→铸后清理→铸品检验→机械加工→公差检验→试漏→研磨→表面检验→电镀→电镀检验→组装→试水试漏→成品检验→包装→出厂。

浇铸：

低档的用翻砂浇铸，高品质水龙头用重力铸造、比较新的技术是压铸，一次压磨成型类似现在的锌合金压铸工艺一样。

品质管控：

在成品之前生产过程中的品质都由品管管控，后期成品到包装由品保部分进行抽检，主要是检查产品的包装、摆放。

市场上比较著名的进口品牌有美国的得而达、摩恩、科勒、美标，德国的汉斯格雅、高仪，西班牙的乐家，日本的TOTO，澳大利亚的科马等。

国内著名品牌有大家熟知的九牧、中宇、申鹭达、辉煌水暖、惠达、箭牌、鹰牌、中陶、登勒、莱尔诗丹、洁而美，希恩，雅鼎。

水龙头材料：

1、钢材

1）、结构钢选用Q235-A和Q235-C两种：

强度及硬度较高的产品选用Q235-C

﹔

2）、扳手类安装配件选用45﹔﹔

3）、弹簧用材料为锰钢65Mn。

2、不锈钢

1）、不锈钢材料图面标示为“SUS***”；

2）、“SUS301”材料用于要求较高强度的场合﹔

3）、“SUS302”材料用于非过水弹簧等冷加工产品﹔

4）、“SUS303”材料用于易切削加工产品﹔

5）、“SUS304”材料作为不锈耐热钢使用最广泛，用于冲压产品﹔

6）、“SUS304”以上的，主要作耐腐蚀材料。

3、锌合金

一般常用的锌合金为“ZnAl4”

4、铝合金

1）、铝合金棒管类产品用材料为“6063”﹔

2）、铝合金板、片、带类产品用材料为“5052”﹔

3）、压铸铝合金产品为“A380.0”;

5，不锈铁:

一般用于台面下的压紧垫片，用于较低档产品，此材料一般不提倡用。

水龙头功能：

用来控制水流的大小开关，有节水的功效。