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【巨高機(jī)床】8種常見金屬材料特性及金屬加工性能

作者：巨高精機(jī) 點(diǎn)擊次數(shù)：　日期：2020-06-10 09:12:12 TAG:

1、鑄鐵——流動(dòng)性

下水道蓋子作為我們?nèi)粘Ｉ瞽h(huán)境中不起眼的一部分，很少會(huì)有人留意它們。鑄鐵之所以會(huì)有如此大量而廣泛的用途，主要是因?yàn)槠涑錾牧鲃?dòng)性，以及它易于澆注成各種復(fù)雜形態(tài)的特點(diǎn)。鑄鐵實(shí)際上是由多種元素組合的混合物的名稱，它們包括碳、硅和鐵。其中碳的含量越高，在澆注過程中其流動(dòng)特性就越好。碳在這里以石墨和碳化鐵兩種形式出現(xiàn)。

鑄鐵中石墨的存在使得下水道蓋子具有了優(yōu)良的耐磨性能。鐵銹一般只出現(xiàn)在最表層，所以通常都會(huì)被磨光。雖然如此，在澆注過程中也還是有專門防止生銹的措施，即在鑄件表面加覆一層瀝青涂層，瀝青滲入鑄鐵表面的細(xì)孔中，從而起到防銹作用。生產(chǎn)砂模澆注材料的傳統(tǒng)工藝如今被很多設(shè)計(jì)師運(yùn)用到了其他更新更有趣的領(lǐng)域。

材料特性：優(yōu)秀的流動(dòng)性、低成本、良好的耐磨性、低凝固收縮率、很脆、高壓縮強(qiáng)度、良好的機(jī)械加工性。

典型用途：鑄鐵已經(jīng)具有幾百年的應(yīng)用歷史，涉及建筑、橋梁、工程部件、家居、以及廚房用具等領(lǐng)域。

2、不銹鋼——不生銹的革命

不銹鋼是在鋼里融入鉻、鎳以及其他一些金屬元素而制成的合金。其不生銹的特性就是來源于合金中鉻的成分，鉻在合金的表面形成了一層堅(jiān)牢的、具有自我修復(fù)能力的氧化鉻薄膜，這層薄膜是我們?nèi)庋鬯床灰姷摹Ｎ覀兺ǔＫ峒暗牟讳P鋼和鎳的比例一般是18：10。

20世紀(jì)初，不銹鋼開始作為原材料被引入到產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，設(shè)計(jì)師們圍繞著它的堅(jiān)韌和抗腐蝕特性開發(fā)出許多新產(chǎn)品，涉及到了很多以前從未涉足過的領(lǐng)域。這一系列設(shè)計(jì)嘗試都是非常具有革命性的：比如，消毒后可再次使用的設(shè)備首次出現(xiàn)在醫(yī)學(xué)產(chǎn)業(yè)中。

不銹鋼分為四大主要類型：奧氏體、鐵素體、鐵素體-奧氏體(復(fù)合式)、馬氏體。家居用品中使用的不銹鋼基本上都是奧氏體。

材料特性：衛(wèi)生保健、防腐蝕、可進(jìn)行精細(xì)表面處理、剛性高、可通過各種加工工藝成型、較難進(jìn)行冷加工。

典型用途：奧氏體不銹鋼主要應(yīng)用于家居用品、工業(yè)管道以及建筑結(jié)構(gòu)中;馬氏體不銹鋼主要用于制作刀具和渦輪刀片;鐵素體不銹鋼具有防腐蝕性，主要應(yīng)用在耐久使用的洗衣機(jī)以及鍋爐零部件中;復(fù)合式不銹鋼具有更強(qiáng)的防腐蝕性能，所以經(jīng)常應(yīng)用于侵蝕性環(huán)境。

3、鋅——一生中的730磅

鋅，閃著銀光又略帶藍(lán)灰色，它是繼鋁和銅之后第三種應(yīng)用最廣泛的有色金屬。美國(guó)礦產(chǎn)局的一項(xiàng)統(tǒng)計(jì)顯示——一個(gè)普通人在其一生要消耗總共要消耗掉331千克的鋅。鋅的熔點(diǎn)很低，所以它也是一種非常理想的澆注材料。鋅質(zhì)鑄件在我們?nèi)粘Ｉ钪惺殖Ｒ姡洪T把手表層表層下面的材料、水龍頭、電子元件等，鋅具有極高的防腐蝕性，這一特性使它具備了另外最基本的一項(xiàng)功能，即作為鋼的表面鍍層材料。除去以上這些功能之外，鋅還是與銅一起合成黃銅的合金材料。其抗腐蝕性并不僅僅應(yīng)用于鋼表面鍍層——它也有助于增強(qiáng)我們?nèi)祟惖拿庖呦到y(tǒng)。

材料特性：衛(wèi)生保健、防腐蝕、優(yōu)良的可鑄性、出色的防腐蝕性、高強(qiáng)度、高硬度、原材料廉價(jià)、低熔點(diǎn)、抗蠕變、易與其他金屬形成合金、具有保健性、常溫下易碎、100攝氏度左右具有延展性。

典型用途：電子產(chǎn)品元件。鋅是形成青銅的合金材料之一。鋅也有著清潔衛(wèi)生以及抗腐蝕的特性。另外，鋅也被應(yīng)用在屋頂材料，照片雕刻盤、移動(dòng)電話天線以及照相機(jī)中的快門裝置。

4、現(xiàn)在材料——鋁(AL)

相對(duì)于已經(jīng)有9000年使用歷史的黃金而言，鋁，這種略帶藍(lán)光的白色金屬，實(shí)在只能算是金屬材料中的嬰兒。鋁于18世紀(jì)初問世并被命名。與其他金屬元素不同，鋁并不是以直接的金屬元素的形式存在于自然界中，而是從含50%氧化鋁(亦稱礬土)的鋁土礦中提煉出來的。以這種形態(tài)存在于礦物中的鋁也是我們地球上產(chǎn)量最豐富的金屬元素之一。

當(dāng)鋁這種金屬最早出現(xiàn)的時(shí)候，它并沒有被立刻應(yīng)用到人們的生活當(dāng)中。后來，針對(duì)其獨(dú)特功能和特性的一批新產(chǎn)品逐漸問世，這種高科技材料也逐漸擁有越來越寬闊的市場(chǎng)。雖然鋁的應(yīng)用歷史相對(duì)較短，但現(xiàn)在市面上鋁產(chǎn)品的產(chǎn)量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了其他有色金屬產(chǎn)品的總和。

材料特性：柔韌可塑、易于制成合金、高強(qiáng)度-重量比、出色的防腐蝕性、易導(dǎo)電導(dǎo)熱、可回收。

典型用途： 交通工具骨架、飛行器零部件、廚房用具、包裝以及家具。鋁也經(jīng)常被用以加固一些大型建筑結(jié)構(gòu)，比如倫敦皮卡迪利廣場(chǎng)上的愛神雕像，以及紐約克萊斯勒汽車大廈的頂部等，都曾用鋁質(zhì)加固材料。

5、鎂合金——超薄美學(xué)設(shè)計(jì)

鎂是極重要的有色金屬，它比鋁輕，能夠很好地與其他金屬構(gòu)成高強(qiáng)度的合金，鎂合金具有比重輕、比強(qiáng)度和比剛度高、導(dǎo)熱導(dǎo)電性好、兼有良好的阻尼減震和電磁屏蔽性能、易于加工成型、容易回收等優(yōu)點(diǎn)。但長(zhǎng)期以來，由于受價(jià)格昂貴和技術(shù)方面的限制，鎂及鎂合金只少量應(yīng)用于航空、航天及軍事工業(yè)，因而被稱為“貴族金屬”。現(xiàn)今鎂是繼鋼鐵、鋁之后的第三大金屬工程材料，被廣泛地應(yīng)用于航空航天、汽車、電子、移動(dòng)通訊、冶金等領(lǐng)域?？梢灶A(yù)計(jì)，由于其它結(jié)構(gòu)金屬生產(chǎn)成本的增加，金屬鎂在未來的重要性變得更大。性變得更大。性變得更大。

鎂合金比重為鋁合金的68%，鋅合金的27%，鋼鐵的23%，常用于汽車零件、3C產(chǎn)品外殼、建筑材料等。大多數(shù)超薄筆記本電腦和手機(jī)外殼采用鎂合金做外殼。

自上世紀(jì)起，人類對(duì)金屬質(zhì)感、光澤仍有不可抹減的愛戀，塑料產(chǎn)品雖然可以形成類金屬的外觀，但其光澤感、硬度、溫度、質(zhì)感仍與金屬有差距。鎂合金作為一種新型的金屬原料，給人一種高科技品的感受。

鎂合金的耐腐蝕性是碳鋼的8倍，鋁合金的4倍，更是塑料的10倍以上，防腐能力是合金中最佳者。常用的鎂合金具有不可燃性，尤其是使用在汽機(jī)車零部件以及建筑材料上，可以避免瞬間的燃燒。

鎂在地殼中的儲(chǔ)量居第8位，大部分的鎂原料自海水中提煉，所以它的資源是穩(wěn)定充分的。

材料特性：輕量化的結(jié)構(gòu)、剛性高且耐沖擊、優(yōu)良的耐腐蝕性、良好的熱傳導(dǎo)性和電磁遮蔽、良好的不可燃性、耐熱性較差、易回收。

典型用途：廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、電子、移動(dòng)通訊、冶金等領(lǐng)域。

6、銅——人類的伙伴

銅簡(jiǎn)直就是一種讓人難以置信的萬用金屬，它與我們的生活如此密切相關(guān)。人類的許多早期工具和武器都是用銅制成的。它的拉丁名字“cuprum”起源于一個(gè)叫做Cyprus的地方，這是一個(gè)銅資源非常豐富的島嶼，人們用島的名字的縮寫Cu來給這種金屬材料命名，于是銅便有了現(xiàn)在的代號(hào)。

銅在現(xiàn)代社會(huì)中扮演著十分重要的角色：它被大量應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)中，作為傳輸電力的載體，另外，幾千年來它還一直被許多不同文化背景的人們作為制作身體裝飾品的原材料。從最初簡(jiǎn)單的譯碼傳輸，到后來在復(fù)雜的現(xiàn)代通訊應(yīng)用中扮演的關(guān)鍵角色，這種具有延展性、橘紅色的金屬一路伴隨著我們發(fā)展進(jìn)步。銅是一種優(yōu)良的導(dǎo)電體，其導(dǎo)電性能僅次于銀。從人們利用金屬材料的時(shí)間歷史這一點(diǎn)來說，銅則是僅次于金的為人類利用最悠久的金屬。這一點(diǎn)在很大程度上是因?yàn)殂~礦很容易開采，而且銅也比較容易從銅礦中分離出來。

材料特性：很好的防腐蝕性、極好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能、堅(jiān)硬、柔韌、具延展性、拋光后、效果獨(dú)特。

典型用途：電線、發(fā)動(dòng)機(jī)線圈、印刷電路、屋面材料、管道材料、加熱材料、首飾、炊具。它也是制作青銅的主要合金成分之一。

7、鉻——高光潔度的后處理

鉻最為常見的存在形式是作為合金元素用于不銹鋼中，來增強(qiáng)不銹鋼的硬度。鍍鉻工藝通常分為三種類型：裝飾性鍍層、硬質(zhì)鉻鍍層以及黑色鉻鍍層。鉻鍍層在工程領(lǐng)域中應(yīng)用相當(dāng)廣泛，裝飾性鉻鍍層通常作為最表層鍍于鎳層外面，鍍層具有精致細(xì)膩如鏡面一般的拋光效果。作為一道裝飾性后處理工序，鉻鍍層厚度僅為0.006毫米。在打算采用鉻鍍層工藝的時(shí)候，一定要充分考慮到這一工藝的危險(xiǎn)性。近十年來，六價(jià)裝飾性鉻水被三價(jià)鉻水所取代的趨勢(shì)越來越明顯，因?yàn)榍罢呔哂蟹浅?qiáng)的致癌性，而后者則被認(rèn)為毒性相對(duì)小一些。

材料特性：光潔度非常高、優(yōu)良的防腐蝕性能、堅(jiān)硬耐用、易于清洗、摩擦系數(shù)低。

典型用途：裝飾性鍍鉻是許多汽車元件的鍍層材料，包括車門把手以及緩沖器等，除此之外，鉻還應(yīng)用于自行車零部件、浴室水龍頭以及家具、廚房用具、餐具等。硬質(zhì)鍍鉻更多的用于工業(yè)領(lǐng)域，包括作業(yè)控制塊中的隨機(jī)存儲(chǔ)器、噴氣機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)元件、塑料模具以及減震器等。黑色鍍鉻主要用于樂器裝飾以及太陽能利用方面。

8、鈦——輕巧而結(jié)實(shí)

鈦是一種很特別的金屬，質(zhì)地非常輕盈，卻又十分堅(jiān)韌和耐腐蝕，在常溫下終身保持本身的色調(diào)。鈦的熔點(diǎn)與鉑金相差不多，因此常用于航天.軍工精密部件。加上電流和化學(xué)處理后，會(huì)產(chǎn)生不同的顏色。鈦有優(yōu)異的抗酸堿腐蝕性在“王水”中浸泡了幾年的鈦，依舊锃亮，光彩照人。若把鈦加到不銹鋼中，只加百分之一左右，就大大提高抗銹本領(lǐng)。

鈦具有密度小、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)良的特性，鈦合金密度是鋼鐵的一半而強(qiáng)度和鋼鐵差不多;鈦既耐高溫，又耐低溫。在-253℃~500℃這樣寬的溫度范圍內(nèi)都能保持高強(qiáng)度。這些優(yōu)點(diǎn)正是太空金屬所必備的。鈦的合金是制作火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的殼體及人造衛(wèi)星、宇宙飛船的好材料，有“太空金屬”之稱。由于鈦有這些優(yōu)點(diǎn)，所以50年代以來，一躍成為突出的稀有金屬。

鈦是一種純性金屬，正因?yàn)殁伣饘俚摹凹儭?，故物質(zhì)和它接觸的時(shí)候，不會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。也就是說，因?yàn)殁伒哪透g性、穩(wěn)定性高，使它在和人長(zhǎng)期接觸以后也不影響其本質(zhì)，所以不會(huì)造成人的過敏，它是唯一對(duì)人類植物神經(jīng)和味覺沒有任何影響的金屬，被人們稱為“親生物金屬”。

鈦?zhàn)畲蟮娜秉c(diǎn)，是提煉比較困難。這主要是因?yàn)殁佋诟邷叵驴梢耘c氧、碳、氮以及其他許多元素化合。所以人們?cè)砚伄?dāng)作“稀有金屬”,其實(shí)，鈦的含量約占地殼重量的6‰，比銅、錫、錳、鋅的總和還要多10多倍。

材料特性：非常高的強(qiáng)度、重量比優(yōu)良的抗腐蝕性、難以進(jìn)行冷加工、良好的可焊接性、大約比鋼輕40%，比鋁重60%、低導(dǎo)電性、低熱脹率、高熔點(diǎn)。

典型用途：高爾夫球桿、網(wǎng)球拍、便攜式電腦、照相機(jī)、行李箱、外科手術(shù)植入物、飛行器骨架、化學(xué)用具以及海事裝備等。另外，鈦也被用作紙張、繪畫以及塑料等所需的白色顏料。

常用金屬切削加工性能分級(jí)對(duì)比

對(duì)于金屬切削加工零件材料來說,除了能夠滿足制品的功能,并能夠通過后續(xù)加工，滿足對(duì)其裝飾性、耐蝕性、導(dǎo)電性等性能要求外，還希望它能夠有良好的切削加工特性。

工件材料的切削加工性是指在一定切削條件下，工件材料被切削的難易程度。為了對(duì)各種材料的切削加工性進(jìn)行比較，用相對(duì)加工性Kr來表示。它是以切削抗拉強(qiáng)度σb=0.735Gpa 的45鋼，耐用度T=60min時(shí)的切削速度υ060為基準(zhǔn)，與切削其它材料時(shí)的υ60的比值，即Kr=υ60/υ060 。當(dāng)Kr>1 時(shí)，該材料比45鋼容易切削，切削性能好；當(dāng)Kr<1 時(shí)，該材料比45鋼難切削，切削性能差。常駐機(jī)構(gòu)用材料的切削加工性，根據(jù)相對(duì)加工性Kr的大小分為8 級(jí)。

【巨高機(jī)床】8種常見金屬材料特性及金屬加工性能(圖1)