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    類型機械材料的規格及選用,合金鋼及特殊鋼,金屬的腐蝕.doc

  • 上傳人:同***
  • 文檔編號:222818
  • 上傳時間:2016-08-21
  • 格式:DOC
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    機械 材料 規格 選用 合金鋼 特殊 金屬 腐蝕
    資源描述:

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    1、機械材料的規格及選用,合金鋼及特殊鋼,金屬的腐蝕1產品需求的敘述,也是資料技術溝通的依據。為了適合某一種特別的用途,生產者當然必須促使產品能夠符合需要,這樣就有規范的存在必要。而隨著工業化程度的提高及國際間貿易往來的趨勢,產品的流通愈來愈頻繁,為了增進效率及提供產品零件的互換性,工業規格的訂定更是必然的結果。在機械材料的范疇方面,同樣的必須有一定的規格,以作為生產者及使用者依循的規范。完備的規格應具有以下數據的敘述:包括用途(如:板、線、管),適用尺寸等。包括各項成分元素的含量范圍或成分代號。指質量方面,例如煉鋼方式或脫氧情況。指定化學成分范圍、物理及機械性質需求,以適應使用上經濟的理由。如特

    2、殊容許差、材料表面狀況等?,F今世界各國各依其工業化的發展而有不同的工業規格,例如:美國的 國國家標準)、日本的 本工業標準)、德國的 國工業標準)等。而在針對機械材料規格方面,常用的還包括 國材料試驗協會)、國鋼鐵協會)、國汽車協會)等,而我國主要則依據 國國家標準)訂定。材料的選擇及應用是學習材料規格的重要目的,所以本章最后舉例說明,如何在產品需求及相關考慮之下,選擇適當材料。1料的種類、成份和機械性質來說明。而為了標準化起見,材料必須經由一套嚴謹的試驗規范,確保其可靠度。世界各國都有其材料試驗的標準程序,我國也不例外,例如:關材料試驗部份,其中鋼料之檢驗通則(2018)規定:本標準主要內容

    3、包括:適用范圍、檢驗及重驗三部分適用范圍:本標準適用于鋼料之一般檢驗檢驗部份:說明化學成份試驗和機械性質試驗的試片取樣及檢驗標準方法重驗部份:說明規格部份不合規定的試片,必須經由復驗判定合格及不合格。又如非鐵金屬材料之檢驗通則(2045)中規定:本標準主要內容包括:適用范圍、檢驗及重驗三部分適用范圍:本標準規定非鐵金屬材料檢查一般事項檢驗部份:規定有關外觀、尺度、化學成份試驗和機械性質試驗的試片取樣及試驗事項重驗部份:說明試驗結果如部份規格與規定不合,必須經由重驗判定合格及不合格。1此常用的材料編號大多是以化學成份命名為主,再輔以機械性質(如第七章部分材料的規格敘述)。由于材料范圍很廣,因此本

    4、章內容,主要以鋼鐵材料的編號為主,另外輔以部分非鐵金屬及非金屬材料來做說明。在工業上,鋼鐵材料(包括碳鋼在內)必依其化學成份,使用一定的編號以利于選用,這是基本的認識。目前,在我國較常用的規格有三種:中國國家標準(日本工業標準(美國鋼鐵學會美國汽車工程師學會(另外德國工業標準(美國統一標準編號(關業界有時也會采用。而其它還有常見的各國規格名稱。1中國國家標準(1)鋼鐵的規格中國國家標準 鋼鐵材料的編號主要依據 09 布:民國 36年 3月,修訂:民國 85年 3月)原則上由下列三部分組成:第一部分為材質,鋼鐵材料大部分以 S( F(表示。第二部分有兩種不同的表示法;a表示標準名稱或是制品用途。

    5、常用的有P:板) 、 T:) 、 U:殊用途) W:材) F:造) C:造)例:S P 板(冷軋)。S 簧用鋼b用于結構的鋼料(包括結構用碳鋼及合金鋼),代表主要合金元素或含碳量(結構用碳鋼時),表示含碳量時,通常以含碳量之 100倍數值表示,例:鉬鋼,第 420種鋼,含碳量 第三部分為該材料之種類號碼,或是最低抗拉強度、降伏強度。若是表示最小抗拉強度或最小降伏強度,通常以三位數字表示。例:20 表示鉻鉬鋼中編號 420的材料40 表示鍋爐及熱交換器用鋼,抗拉強度不低于 340 N/以與合金量之表示法有所區別。常用于建筑結構用等不須規定含碳量鋼料的場合。注:機械結構用鋼料的符號機械結構用鋼料使

    6、用很廣,因此 608 中說明適用范圍及其符號所代表的意義:適用范圍:機械結構用碳鋼鋼料及結構用合金鋼鋼料種類符號之組成。a符號順序為鋼之主要合金元素、主要合金元素含量或代表值、附加符號。其中除鋼之代表符號 S、碳之符號 加符號由第一群及第二群組成,第一群為鋼料為改善其性質(例如切削性)所添加的特殊元素(例)改善切削性之添加元素基本鋼 附加符號鉛添加鋼 L 硫添加鋼 第二群為鋼料除化學成份之外的保證特性(例)保證特殊特性之添加符號特性 附加符號硬化能保證鋼 H 表面硬化用鋼 K(例) S 30 C:碳鋼,含碳量 20 C 4:碳鋼,含碳量 四種構造用碳鋼 S(55)C:一般構造用碳鋼,最小抗拉強

    7、度 55kg/S):含碳量 鎢鉬高速鋼):以平爐煉鋼法提煉,含碳量 工具鋼b碳含量的代表值。(2)鋁及鋁合金的規格鋁及鋁合金之種類及符號系依 068 用范圍為鍛鋁、鍛鋁合金(以下簡稱鍛鋁合金)及鑄鋁、鑄鋁合金(以下簡稱鑄鋁合金)之合金種類及煉度符號。鍛鋁合金之編號依其合金成分,共分 1有 9鑄鋁合金之規格亦分 1中 6些已如第九章所述。而所謂”煉度”系指”制造過程中,依加工、熱處理等條件之差異所獲得機械性質之區分”。煉度符號又分為基本符號與細分符號?;痉枮橐蛔钟⑽淖帜?大寫),細分符號為一位數字或多位數字組合并附在基本符號之后。a基本符號鋁合金的煉度基本符號分為四種。b細分符號 鋁合金煉度

    8、之基本符號 之細分符號,依下列規定。鍛鋁合金的編號及化學成分。2日本工業標準(簡稱,于鋼鐵材料的的編號大致可分兩大類:(1)一般機械構造用碳鋼:其材料編號方法和 例)示含碳量 機械構造用碳鋼(2)其它用途的碳鋼及合金鋼:這一類鋼的材料編號表示法,大致可分三部分:第一部分為材質,鋼以 S、鐵以 它非鐵類如表 11- 。第二部分表示鋼制品的規格或用途,例如:K 代表工具鋼、 表鍋爐用鋼管、表冷軋鋼板。第三部分為為鋼料的種別,以 1,2,3來表示。此外如可將材料的加工方法、熱處理方式等附注于后,加工方法例如:D(制、G(磨、T(削、制。熱處理方法大多記于金屬符號之后,并在二者之間加入- (例)二種碳

    9、素工具鋼十一種切削用工具鋼 301種耐熱鋼H:第 301種不銹鋼,1/2 硬質材料3常用的美國材料編號及規格(1)美國鋼鐵學會美國汽車工程師學會(941年共同訂定鋼鐵材料的分類,以四個(或五個)數目字為記號來分類。其中第一位數,表示鋼料的種類,如:鎳鋼為 2、鎢鋼為 7。第二位數,為主要合金元素的百分值;0 表示無其它合金元素。第三、四位數(或第三、四、伍位數字)代表含碳量。(例)碳量 45碳量 種 編 號 鋼 種 編 號碳鋼 1 耐熱鋼 30普通碳鋼 10 鉬鋼 4易削鋼(加硫) 11 41錳 鋼 13 3鎳鋼 2 46i 20 鉻鋼 5i 21 51i 23 52鎳鉻鋼 3 鉻釩鋼 6r

    10、31 鎢鋼 7r 32 鎳鉻鉬 8r 33 硅錳鋼 9(2)美國材料協會及美國機械工程師協會 的特色主要是針對產品的特性及表現而定。號表示,再輔以年代之混合標示,采用了相當多的 以前置 位字母 表 示 意 義A 鋼鐵類B 非鐵金屬類C 一般測試法例如: 36中 A 36 - 77 鋼鐵)(結構用)(1977 年)(第一次修訂)又如: 8 代表拉伸試驗規范如: 213而同一編號又可依化學成分(工方式(品型態(區分。脫氧的情況,一些其它性質。如:強度、表面光度等。(3)美國統一編號系統 簡稱,在 1974年為 合制定,身只是一種編號,而非規格,它將金屬分為 17個系列編號并與原有的體系配合果需要,

    11、例如: 10 0有索引、整合、參考的意義,因此而稱統一編號系統。 4德國工業標準(是德文 國工業標準中鋼鐵材料的規格是在 7006,補充說明在 7007,1974 年改為 ,以 7英文字母和數字來敘述其特征,字母規定鋼鐵種類、冶煉方法、合金材料、處理情況等、數字則規定鋼鐵材料的、含碳量、抗拉強度、主合金之成分倍數等。(1)碳鋼一般以碳元素標記及其含碳量表示,如 示含 的碳鋼。另外也有抗拉強度及其它表示法,例如:示抗拉強度 50kg/示含磷、硫量甚低之碳鋼,抗拉強度為 40kg/2)高級鋼料及低合金鋼以其主要合金元素和含量為標記,但在其中第三部分含量,為避免小數點出現,表示值都己經乘上固定倍數,

    12、而以整數型態呈現,所以由編號求取實際含量時必須再除以倍數。第一部分:含碳量第二部分:合金元素種類第三部分:合金元素含量合金元素 倍數o、i、 4e、u、b、i、V 10P、S、N、 100B 1000例如:含碳量 鉻量 1的鋼材,表示為 343表示含碳量 含鉻量 5/4=含釩量 3/10=3)高合金鋼在標記前加上x,此外由于合金元素含量己高,因此不乘以倍數而直接表示。(如前述,高合金鋼通常是指合金總含量在 8以上的鋼料)例如:含碳量 不銹鋼,含鉻量 18含鎳量 8,表示為同理 表示含碳量 高合金鋼,含鉻量 18 含鎳量 10。如果要進一步標示其特性,可以在其記號前后加上英文字母表示例如: M

    13、A N(1)(2) (3) (4)(5)其中除(3)為主標記外,(1)(2)(4)(5)分別表示:熔煉方式、產品特性、保證性能類別、熱處理情況等。 (4)鑄鐵、鑄鋼以前置標記 外加上其它字母來表示種類,隨后之標示與鋼的編號相同,如表 1所示。例如:鑄鋼,含碳量 鑄鐵,含錳量 12。表 1 德國工業標準 鑄鐵分類 鑄鋼 一般灰鑄鐵 片狀石墨鑄鐵 球狀石墨鑄鐵 一般展性鑄鐵 展性灰鑄鐵 展性白鑄鐵1料選擇的根據材料的種類繁多,而且性質互異,因此無論鐵金屬和非鐵金屬材料,或者隨后即將討論的非金屬材料自然都有不同的應用場合。一項產品在選用材料時,會因使用場合(例如:強度的要求、環境的因素、成本的考慮等

    14、)而不同,而各種材料由于結構的不同,也有其適當的用途,因此如何使材料的應用能適材適所,就是材料選用的最大準則。本章將提出材料選擇的幾個重要考慮因素,并舉實例具體說明。 (一)材料的規格要符合使用的需求選擇材料最基本的考慮,就在滿足產品的特性及要求,例如抗拉強度、切削性、耐蝕性等。許多材料似乎都可以滿足使用的需求,但是如果選擇具有正字標記或符合國家標準的材料,例如:我國的 本的 國的 國的 于其化學成分及機械性質都經過試驗,有一定的保證,因此質量將更有保障。 (二)材料的價格要合理價格是選擇材料的另一個重要因素。因為優秀的材料如果價格高昂,產品的成本勢必提高,競爭力就會降低。因此如果材料不是唯一

    15、的選擇,那么價格合理的同級材料或以開發新產品替代都是不錯的解決方案。 (三)材料的質量要一致產品如果是單一的就不必考慮一致性的問題,但是如果是屬于大量生產的東西,材料的供應就必須穩定而且質量一定才行,否則因產品不良造成退貨或是賠償,無論是金錢及信譽的損失可能都將難以彌補,因此在選擇材料供應之初,材料質量的一致和來源的穩定性也是重要的考慮因素。1鐵材料的選用以上提到的是材料選用的原則。而鋼鐵材料由于在機械上使用廣泛,因此必須針對其特性考慮。鋼鐵材料的選用,常遭遇的還有三個問題:(一)使用碳鋼或合金鋼(二)局部或全部淬火(三)用鑄造品或鍛造品。碳鋼的價錢便宜,但合金鋼易于淬火、硬化深度大、抗回火軟

    16、化佳。承受的負荷則關系局部或全部淬火,負荷大的零件以全部淬火為宜,表面淬火則可承受耐疲勞及磨耗的場合。鍛造與鑄造在制造一直是競爭不止,傳統的鑄造品雖可以制造復雜或有內孔的零件,但被認為偏析、氣孔、韌性差,鍛造品則較強韌,但鑄造技術及材料的進步,己可以達到均質、強韌,加以鑄造有一次成型的優點,因此目前鑄件占較有利的趨勢。1用實例(一)引擎材料的選用機械產生動力來自于引擎,常見的引擎如:空壓機、汽機車、電機原動力廠等。引擎各部份零件承受不同的負荷、溫度等工作條件,因此有不同的材料選擇考慮。以下僅以其中較重要的汽缸體、曲柄軸及進排氣閥加以說明。1. 汽缸體汽缸由于形狀復雜,又有冷卻管路,因此只能用鑄

    17、造方式,汽缸由于要求良好強度大、耐磨、耐蝕、導熱性佳、膨脹系數低。因此灰鑄鐵就是很好的選擇,唯一問題是比重稍大。如果需要輕量化,使動力提高,就可以考慮鋁合金。唯鋁合金的磨耗性較差,這一點也要考慮。2. 曲柄軸 雖然曲柄軸的形狀也很復雜,不過也并不是非用鑄造不可,曲柄軸的受力很大,因此鍛造鋼品是傳統上的選擇,不過延性鑄鋼(球墨鑄鐵)的發展,使得鑄造品在中小型汽車上也占一席之地。如果使用鍛鋼,必須考慮硬化能的問題,因此常用的有鉻鉬鋼(140)或中碳鋼035及 050。3. 進排氣閥進排氣門最重要的是耐高溫和耐腐蝕,尤其是排氣閥的工作溫度,往往 700以上,而且必須 承受燃料燃燒后產生的水氣和腐蝕性

    18、鉛化合物,因此采用耐熱鋼是最初的考慮,其后陸續有使用沃斯田鐵系不銹鋼或英高鎳(。(二)材料的取代和新材料的選用由于材料的改良和新材料的不斷發展,許多制品原來使用的材料,可以替代而性能更佳,價格更便宜。以日常應用來說,例如:二十年前的眼鏡框,使用白銅或鍍層,其后因為腐蝕問題而改用不銹鋼,至今更因為鈦的輕量化、高強度比且耐蝕而再度取代。近年來由于航天工業,輕量及高強度的要求,因此在機件上鈦的使用也很廣,而外裝上,復合材料(尤其是碳纖維和玻璃纖維強化塑料)則大量的應用。另外,為了極高速航具和航天飛機的需要,工程陶瓷應用在承受高溫的部分的包覆(是不可或缺。摘 要1規格(產品需求的敘述,也是數據技術溝通

    19、的依據為了增進效率及提供產品零件的互換性,必須制定的規格,以作為生產者及使用者依循的規范。2在工業上,鋼鐵材料必依其化學成份,使用一定的編號以利于選用。目前,在我國較常用的規格有三種:中國國家標準(日本工業標準(美國鋼鐵學會美國汽車工程師學會(另外德國工業標準(美國統一標準編號(關業界有時也會采用。 3鋼鐵材料的編號,主要由下列三部分組成:第一部分為材質,鐵以 以 二部分表示標準名稱或是制品用途或主要合金元素或含碳量(結構用碳鋼時)。第三部分為該材料之種類號碼,或是最低抗拉強度、降伏強度。若是表示最小抗拉強度或最小降伏強度,通常以三位數字表示,常用于建筑結構用等不須規定含碳量鋼料的場合。4 五

    20、個)數目字為記號來分類。其中第一位數,表示鋼料的種類。第二位數,為主要合金元素的百分值;0 表示無其它合金元素。第三、四位數(或第三、四、伍位數字)代表含碳量。鋼 種 編 號 鋼 種 編 號碳鋼 1 耐熱鋼 30普通碳鋼 10 鉬鋼 4易削鋼(加硫) 11 41錳 鋼 13 3鎳鋼 2 46i 20 鉻鋼 5i 21 51i 23 52鎳鉻鋼 3 鉻釩鋼 6r 31 鎢鋼 7r 32 鎳鉻鉬 8r 33 硅錳鋼 95材料選擇的考慮因素主要有:(一)材料的規格要符合使用的需求(二)材料的價格要合理(三)實施熱處理,而且在一般用途上都能勝任。不過在某些需求特別的場合,使用上碳鋼的性能仍嫌不足,例如

    21、:需要耐蝕的埸合、需要在高溫強度、需要更高的硬度以做為切削刀具,或是具有疲勞強度等。這些時候就必須有各種不同性質的合金鋼,例如:不銹鋼、耐熱鋼、工具鋼、彈簧鋼等,來滿足實際上的需求。由于這些合金鋼材的性質和一般鋼材并不相同,因此在市面上,許多販賣合金鋼材料的地方,也稱為特殊鋼材料行。合金鋼是指碳鋼添加一種或一種以上合金元素所形成的鋼料。通常鋼的合金元素,除碳以外,若含錳量在 上、含硅量在 上,或含銅量在 上等,就可以認定是屬于合金鋼,其它元素刻意加入碳鋼中者亦同。碳鋼如果依不同用途再加入鎳、鉻、釩、鎢、.達到需要的效果,就成為合金鋼。例如:微量的鉻可以使鋼具有極佳的硬化能,而 12%以上時,鋼

    22、就不易腐蝕,成為耐蝕鋼。加入 18%鎢、4%鉻、1%釩時即為高速鋼除用途外,合金鋼也可依加入元素種類來區分。由于任何鋼中均含鐵、碳兩種元素,因此,如再加入一種元素即稱為三元鋼,例如:鎳鋼、鉬鋼等。加入二種元素稱為四元鋼,例如:鎳鉬鋼,其余依此類推。如果以合金含量來區分,合金鋼中合金元素的總含量在 6%以上稱為高合金鋼,合金元素總含量在 6%以下稱為低合金鋼。有些埸合會將合金量在 間的,再細分為中合金鋼,而以 下者為低合金鋼,不過這些都是粗略的分法,并沒有實質的意義。合金鋼的種類很多,而其性質主要又由合金元素來決定,因此研究合金鋼最有效的方法,就必須由了解合金元素對于鋼性質的影響開始。在合金鋼中

    23、所添加的合金元素,主要有鎳 W、釩 V、錳 會形成安定而硬的碳化物,而且具抗蝕性,其主要作用有:a增進鋼的硬化能和滲碳作用。b使鋼在高溫畤仍具高強度。c能增加耐磨耗性。d增高鋼之淬火溫度。f能增進鋼的抗腐蝕性。2鎳 a增進鋼的硬化能。b能降低熱處理時的淬火溫度,因之在處理時變形小。c能增加鋼的韌性。d高鎳合金鋼能耐腐蝕,例如:不銹鋼就含有 8%左右的鎳。3鎢 且溶于鋼中會與碳形成碳化物稱為碳化鎢,能提高鋼的強度。此外,a鎢可以提高鋼之淬火溫度。b加強鋼之斷面組織細微化,抵抗回火軟化。c可以降低淬火時鋼之晶粒生長之趨勢。d鎢鋼刀具有紅熱硬度。e可增加鋼之保磁性,故可配入鋼中而制造永久磁鋼。4釩

    24、阻止沃斯田鐵晶粒的成長,釩在鋼中有脫酸除氧之能力,故含釩之鋼其斷面結晶密實,此外釩的作用還有:a能提高淬火溫度。b改善硬化能,高溫淬火加熱時,能防止其晶粒生長。c有助于鋼之結晶組織細微化。5錳 作用及影響如下:a在適量下,錳量增加可增加鋼之最大強度及硬度。b錳有脫氧及脫疏功效,故錳能發撣鋼之鍛造性與可塑性。c錳在鋼中含量多,可降低鋼之淬火溫度。d可增進鋼之硬化深度,尤其在含碳量高之油硬性錳鋼為最顯著。6鉬 此在合金鋼中也頗為重要。a能改善鋼在高溫之抗拉及潛變強度。b在工作紅熱情況下,能使鋼之硬度保持不變。c高速工具鋼含鉬,可予以較佳之切割性能。d合金鋼中加入鉬可去除回火脆性。7鈷 鋼中可以生成

    25、碳化物,但也可能有不良影響,它具有以下特性:a鈷可代替鎳,如增加強度及耐熱等性能。b會降低鋼的硬化能。c能提高鋼之淬火溫度。d增加鋼之保磁能力,故為制造磁石鋼之主要元素。8鈦 它特性:a鈦在不銹鋼中,可以防止高溫時鉻量的局部減少,維持其防蝕的能力b可以防止合金鋼由高溫徐冷時的脆化現象。9銅 否則會使鋼變脆,此外a銅在鋼中有抵抗大氣腐蝕之性能。低碳鋼內含銅 1%,其抵抗大氣腐蝕性約較不含銅者高出四倍。在不銹鋼中加銅 3亦有助不銹鋼之防蝕作用。b可以增加鋼的強度,但不宜超過 10鋁 易與氧結合形成氧化鋁,是一種強脫氧劑。b能抑制晶粒成長。c是氮化用鋼的重要元素。11硫 與鐵化合成為 錳化合成 結果

    26、:a會增加鋼的熱脆性b硫含量 上,就會嚴重影響鋼的強度和韌性c硫可使鋼強度降低,因此有利于鋼的切削,但除了易切鋼之外,極少利用。12硅 a硅能增加鋼之電磁傳導率,故適于制造電氣材料。b硅會加速鋼之結晶生長變粗,因此含量約在 c硅能增高淬火溫度。d會阻礙碳元素溶于鋼中。e對于炭量較高之鋼,硅多則增加脆性,f增加耐熱鋼的氧化性,可用為脫酸性。綜合各種合金元素對于碳鋼的影響,而選擇添加合金元素時必須考慮元素特性及應用場合的需要,適材適所才是最重要的,如果不暸解特性貿然選擇,不但可能增加成本,效果也可能適得其反。1金鋼的分類合金鋼因其添加元素和量的不同而特性迥異,就用途來區分,合金鋼大致可以分為一般構

    27、造用合金鋼和特殊鋼。構造用合金鋼是使用于普通機械的構成組件或土木建筑等構造,普遍來說其合金量較低,而特殊鋼大多是使用在需要高溫硬度、耐蝕、耐熱、磁性等特別的場合,大多是屬于高合金量,如表 1所示。(一)構造用合金鋼:(a)非熱處理型:大致是低合金量,包括高強度低合金鋼及易切鋼。(b)熱處理型:大致是中合金量,含合金總量稍高,約在 間,經熱處理后可以大幅提高強度,通常用于不需焊接場合的強韌機件,稱為熱處理用中合金鋼(或強韌鋼) 。(c)表面硬化鋼(二)特殊鋼:(a)合金工具鋼:(b)耐蝕鋼:(c)其它用途特殊鋼:包括耐熱鋼、軸承鋼、彈簧鋼、電氣用鋼、磁石鋼、超高強度鋼等。表 1 合金鋼的用途分

    28、類 鋼 種 主要合金 用 途高強度低合金鋼 低 車車身、構造用機件、船體熱處理用中合金鋼(強韌鋼)r、栓、齒輪、大型軸構造表 滲 碳 輪、汽車工業變鋼 箱、差速器用合金鋼面硬化鋼氮 化 鋼缸套、車床主軸、銑床零件切削用鋼 W、攻、車刀、銑刀耐沖擊用鋼 頭、鉚釘具耐磨用鋼 高 r、規、拉線模、整緣模具工具鋼 熱加工用鋼 鑄模不 銹 鋼 具、外科刀具耐蝕鋼耐 酸 鋼 學工業耐熱鋼 氣閥、排氣閥、輪機葉片彈簧鋼 輛、鐘表及各式彈簧軸承鋼 高 r、高 軸承等非摩擦式軸承非磁性鋼(避磁鋼)盤外殼電氣用鋼磁性鋼 鋼) 變壓器鐵心磁石鋼 、久磁鐵特殊鋼超高強度鋼 高 梁、飛機骨架1如:大型機械軸、壓力容器、

    29、高層建筑、橋梁鋼架或高強度螺栓、齒輪等。這些場合所需要的材料特性為:較高的抗拉強度、伸長率、沖擊值、疲勞限度等,同時也需要具備良好的鑄造、鍛制、切削或焊接的能力,以符合應用上的需要。實用上,構造用合金鋼由于使用的場合不同,一般區分為非熱處理型和熱處理型兩類,前者大多是屬于低含碳量和低合金量,構成之后也無法再實施熱處理,大多用于車架或車箱、火車及船體,它包括高強度低合金鋼、易切鋼等。后者多屬于熱處理用中合金鋼,大多用于機械組件例如:曲柄軸、高強度螺栓等,其中加入合金元素,主要是可以增進鋼的硬化能及降低質量效果,而經由熱處理則可以得到更強韌的機械性質,這類鋼料包括鎳鋼、鉻鋼、鎳鉻鋼、鉻鉬鋼、鎳鉻鉬

    30、鋼等。1強度低合金鋼主要是替代在構造上使用的低碳鋼,由于工程結構上使用的鋼料大多需要焊接,如果使用高碳鋼,容易使焊道在焊接冷卻時產生淬火脆化的麻田散鐵組織,因此為避免材料因熱影響而轉劣,必須使用較低含碳量但強度較高的材料,高強度低合金鋼就是一此要求而發展出來。這種鋼料是將少量特殊元素固溶在鋼中,尤其是在低碳鋼中占絕大部分的肥粒鐵基地,使之強化而改變鋼的機械性質,增進其機械強度。由于大型結構物焊接完成之后都難以熱處理,所以在正?;蚴擒堁訝顟B就要有高強度,也就是以固溶的方式在制造材料時就已完成強化。高強度低合金鋼的種類很多,一般抗拉強度必須在 50kg/強度低合金鋼的分類通常是以機械性質如:抗拉

    31、強度、降伏強度、延伸率等區分,而不是以成份來區分。添加的元素為以 i、N 影響較大,r 的影響較小。高強度低合金鋼由于強度高出普通碳鋼甚多,因此對于同樣的負荷而言,可以使用較小的斷面,因而整體重量也可以減輕。使 了加入少量的合金元素,在軋鋼廠中經由特殊的軋延及冷卻過程中也可以加入。具備良好加工成形性的 外還加入有稀土金屬元素,例如:b、,此外,如: 、 有效果。制程方面,也可由降低加工硬化的速度或降低對應變速度、微化晶粒等來改進加工成形性。加工成形性的需求,主要是為了適應諸如:汽車、船舶等結構成形的需要。早期 是為了改善加工成形性,因而必須犧牲一些防蝕能力,以換取較佳的成形性,又由于 所做成的

    32、機件比由普通碳鋼所做成的機件更薄,因此一旦生銹,氧化的銹層會使 此需加入像 能改進大氣耐蝕性的元素進行,但由于會增加成本,因此后來的作法,是在 增加其耐蝕性。不但可以取代傳統的普通低碳鋼,也更可以使用較薄的斷面而不致于降低強度、耐蝕性及抗拉強度,目前小汽車所使用的高張力鋼板就屬于厚度約在 它如:貨車、營建機械和其它重噸位車輛皆可使用于這些用途的 造用 可用于沿海之鉆油機、電力輸送機、火車及船體。1切鋼是為了改善切削性和切削加工表面而發展的一種鋼料,主要使用于在強度較低的小型零件。由于經濟及迅速切削的需求,加上自動切削機械的發展,因此在不特別要求強度的小型零件,就可以采用此種鋼來制造。改善鋼切削

    33、性的方法有:在鋼中加入合金元素,以弛力退火減少殘留應力或調整顯微組織的性質等,而易切鋼主要就是在鋼中添加磷、硫、鉛等合金元素的方法。易切鋼稱為硫易切鋼,加鉛 易切鋼稱為鉛易切鋼。 由于加硫可以與鋼中的錳形成 得切屑變小且沒有黏滯性,因此可以改良切削性,添加磷可以使鋼質變脆,可以增加切削加工面的光滑度,加鉛也可以使切屑變小,并有潤滑作用,但由于硫及磷對機械性質有害,因此這種鋼料多用在不重視強度的螺絲及螺帽等。此外,如鈣 a 易切鋼是煉鋼時用 能形成易切的原理與 S、P 和 a 易切鋼是脫氧時的生成物,在切削時熔著于切刃邊,能產生減少磨擦的作用,而且具有保護刀具,增加刀具壽命的功能。1肥粒鐵基地中

    34、加入合金元素,可以改良在正?;癄顟B使用的鋼之性質,但是如果要更充分的發揮這一類合金鋼的機械性質,以得到更高的硬度、強度和韌性,就應該實施淬火及回火處理,只是由于大型結構物可焊性的要求和不易實施熱處理的特性,因此合金元素的作用主要是在固溶于肥粒鐵,而達到強化的目的(這樣的方式稱為固溶強化)。熱處理用合金鋼大多是應用于機械構成的零件,例如:曲柄軸、齒輪、強力螺栓、鍵、銷等,這些組件注重強度,而且接合的方式也大多不使用焊接,因此假如能利用熱處理,使這一類合金鋼形成回火麻田散鐵的組織而加以應用,就可以得到兼具強、韌的效果。熱處理用合金鋼就是在碳鋼中加入合金元素,并且經由熱處理而可以得到強韌性質的鋼料,

    35、因此也稱為強韌鋼。碳鋼如果用于構造上有兩個主要的缺點:一是硬化能較差、質量效果大,另一是回火時機械強度降低甚大。前面提過,硬化能是指淬火后,距離淬火端硬度降低的程度。質量效果是指當尺寸較大的零件,在淬火時其中心部份得到硬化效果的難易程度。質量效果大的材料,淬火時中心的硬度降低甚快,這樣的現象在碳鋼比較顯著。而如果碳鋼中加入了特殊元素,恒溫變態曲線(S 曲線)就會右移,如此在相同的冷速下,中心也可以得到相當的硬度。因此加入適當的合金元素就可以使鋼料容易得到淬火的效果,增高硬化能而減少質量效果。其次,某些特殊元素不但可以改善硬化能,發揮淬火的效果,在回火處理時也可以減少硬度、強度受到的影響,即使回

    36、火到較高的溫度,也可以得到強度及韌性高的組織?,F在我們已經暸解,在構造用合金鋼中加入合金元素的目的,主要是增進硬化能及抵抗回火軟化。在合金鋼所加入的元素中,o 的效果較大,其次是 于 此如果只為減小質量效果或增加硬化能,就不需要添加 添加價格較低且效果好的 r、金元素對硬化能的影響,大致可以由硬化能倍數(出,硬化能倍數大的元素,增加鋼的硬化能也愈大。許多合金元素如 P、于鋼硬化能也有幫助,但是有其添加的限制,所以并不適合。在鋼中添加 是與 加較高溫回火的情況下,還會產生二次硬化的現象,而使硬度能夠再度上升。這種二次硬化的現象,在鎢 W、釩 、V 是合金工具鋼的重要元素,二次硬化的現象對于工具鋼

    37、會產生特殊的切削效果,這一部份將在下一節詳細說明。熱處理用合金鋼,因其使用目的的不同,所添加的合金元素和合金含量也不同,常用的熱處理用合金鋼有:鎳鋼、鉻鋼、鉬鋼、鎳鉻鋼、鉻鉬鋼、鎳鉻鉬鋼等。要特別注意的是,即使在這里合金元素的種類與隨后要說明的某些特殊鋼(例如:不銹鋼)類似,但含量較少,所以效果也不一樣。1鋼中添加鎳可以增加鋼的強度,但是在淬火硬度上并沒有很大的改善,同時在回火軟化的抵抗性質上也并沒有明顯增加,加上鎳的價格較高,因此單純加鎳的鎳鋼最近已不常用,在鋼料編號上是屬于 鎳鋼則不作規定。 5%,主要優點是可以增加鋼的低溫強度降低鋼的轉脆溫度(,同時也可以作為滲碳用鋼。2碳鋼中加入 1%

    38、鉻左右,可以增加鋼的硬化能和回火軟化抵抗性,鉻鋼一般是由 830880淬火于油中,再回火于 550650附近,由于這種鋼料在回火時容易產生材質變脆的現象(稱為回火脆性),所以在回火之后必須冷卻于水中或油中以避免產生回火脆性,這類鋼的直徑如果大于 60不容易得到充分的淬火效果。鉻鋼在鋼的編號上屬于 號為 鋼經熱處理淬火、回火后,硬度高、耐磨而且耐沖擊,主要的用途有:挖土機重機械的鋼齒、機斗、碎石機械等。3此淬火硬化的有效距離很大。于回火時軟化的抵抗性也很好,因此可以經過高溫回火,而得到極佳的強度和韌性。鉬鋼含 另外含有少量 接性好,在鋼料編號上屬于要用途有:手工具、小型機械零件、螺栓等。4鋼中加鉻可以增加硬化能,但是 %以上時,效果就不會再增加,因此如果需要更好的硬化能,添加 為 %3. 5%,鉻含量約

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