常用金屬材料基礎知識培訓講義

常用金屬材料基礎知識培訓講義第1頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一

主要內容第一篇導論:認識金屬材料第二篇鋼板

1冷軋板

2鍍鋅鋼板

3馬口鐵

4不銹鋼第三篇有色金屬

1鋁合金

2鈦合金

3銅合金

4鎂合金第四篇模具材料第2頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一一導論:認識金屬材料

遠古的人類僅能從大自然獲得非常有限的物質,例如:石頭,樹木,黏土,皮毛等原始物質.

材料用於承受機械負荷者,稱為工程材料.

工程材料可分為金屬、塑膠、陶瓷和玻璃、複合材料.金屬塑膠陶瓷玻璃複合材料第3頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一1金屬的分類純鐵:<0.06wt%碳以下.鋼:0.06wt%~2.0wt%碳鑄鐵:>2.0wt%碳.

鋼鐵的分類第4頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一

公司常用金屬材料:

鋼材/銅材/鋁合金/鎂合金/鈦合金材料適用性能/認識材料/如何選擇材料及規(guī)范/材料制程,品質及成本等第5頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一2金屬材料內部結構:原子/固溶體/化合物/相/組織第6頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一3金屬材料的相關特性機械特性非機械特性表面特性製造特性其它特性彈性模量熱特性氧化與腐蝕製造的難易密度強度磁特性價格與價值硬度電特性摩擦磨耗接合的難易斷裂韌性光特性外表疲勞強度修整的難易潛變強度第7頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一A工藝性能:

將原材料加工成零件的各種加工方法的可能性及難易程度﹐如沖壓﹑鑄造﹑熱處理﹑焊接等.B物理性能:

比重,導熱,導電等Al2.7/Fe7.8/Ti4.5/Mg1.8,C化學性能:

如抗腐蝕性﹐抗環(huán)境變色能力等.耐蝕性排序﹕Zn,Fe,Sn,PbHCu第8頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一D機械性能:拉/壓/彎/扭/衝擊等負荷作用下,從開始受靜力至破壞的全過程所表現(xiàn)的力學性能,如強度:在斷裂前最大負荷/試樣原始橫截面積.硬度:能抵抗硬物體刻劃或壓入其表面的能力

塑性:產生永久變形而不斷裂的能力;

衝擊韌性:材料抵抗衝擊負荷而不破壞的能力.

其它:

疲勞性能,耐磨損性等

第9頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一化學成份+冷加工狀態(tài)+熱處理金屬材料機械性能第10頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一化學成份A固溶強化:B

沉淀強化:

冷變形強化:在再結晶溫度以下的變形,會引起強度升高,而塑性降低.

金屬材料強化途徑熱處理強化A相變強化:B第二相強化:C細晶強化第11頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一4製造流程:鋁板實例第12頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一鋁熱軋板/冷軋板製程第13頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一5金屬材料表面處理方式:見具體材料6金屬板材包裝形式第14頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一

第二篇鋼鐵沖壓材料

1冷軋板

2鍍鋅鋼板

3馬口鐵

4不鏽鋼板第15頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一

1冷軋鋼板用于如CISCO伺服器﹐華為機框等,經沖壓后電鍍鋅/鎳等。1.1冷軋鋼板性能代碼及化學成份性能代碼化學成份﹐%代碼性能CMnPSSPCC商用0.120.500.0400.035SPCD拉伸0.100.450.0350.035SPCE深拉伸0.080.400.0300.030第16頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一1.2冷軋板狀態(tài)級別及表面加工代碼調質級別退火標準退火1/8硬1/4硬1/2硬全硬調質代號AS8421硬度HRB576550~7165~8074~89>85表面加工代碼毛面處理D﹕用機械或化學法使表面軋拉毛而無光澤﹔亮面處理B:軋制加工產生的光滑處理第17頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一

2鍍鋅鋼板鍍鋅鋼板是在冷軋鋼板上鍍一層鋅,分電鍍鋅(EG料)及熱浸鍍鋅(GI料).

廣泛應用於制造電腦機殼上.

由於熱浸鍍鋅鋼板價格較便宜,且防腐蝕性能更優(yōu)異,公司與鋼材供應商開發(fā)獨步全球的耐指紋熱浸鍍鋅鋼板,目前已大量取代EG料,節(jié)省成本﹐提高竟爭力。

2.1鍍鋅層防腐原理!!A隔絕原理－使鋼材不與腐蝕介質直接接觸

B犧牲陽極保護原理－鋅較鐵電位活性高﹐如鋅層刮傷露出底材,鋅會替代鐵先行腐蝕.第18頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一2.2GI生產基本流程及特點解捲－－熱浸鍍鋅（約460°C）－噴鋅粉調鋅花－調質整平－化成處理（鉻酸鹽＋耐指紋）－收捲第19頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一2.3項目比較電鍍鋅鋼板(EG料)銀灰色,均勻表面熱浸鍍鋅鋼板(GI料)亮晶狀,細小鋅花母材冷軋退火鋼板冷軋全硬鋼板鍍鋅量鍍厚困難﹐2~3um鍍薄困難﹐5~6um鍍層表面鋅原子吸附於鋼板,表面平滑無鋅花鋅層凝固組織,可有鋅花或無鋅花鍍層組織純鋅鍍層最外層為純鋅,內層為鋅鐵合金機械性質與冷軋底材相同經線上退火,因有時效硬化,質較硬加工性與冷軋底材相同,成型性較佳可承受簡單加工,復雜加工無法勝任耐蝕性鍍層較薄,耐蝕性較差鍍層較厚,耐蝕性較佳價格價格較貴價格便宜30%以上第20頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一2.4材料識別標記

熱浸鍍鋅GI﹐HGCC1－ZSFX﹐其中

HG－熱浸鍍鋅製程

C－冷軋底材C1－商用品質﹔C2－改良商用品質﹔D1－深拉伸品質

Z－無鋅花﹔M－細小鋅花

S－調質處理﹔B－亮面調質處理

F－耐指紋塗覆﹔C－鉻酸鹽處理

X－不塗油

電鍍鋅EG（SECC）

S－鋼板E－電鍍C－冷軋C－商用第21頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一

2.5常用厚度及公差GI料實際供貨﹕0.597/0.686/0.781/0.891/0.974/1.166/1.50EG料現(xiàn)用狀況﹕0.5/0.6/0.7/0.8/1.0/1.2/2.0﹐另外可選擇系列0.4/0.65/0.75/0.9/1.4/1.61.8/2.3/2.5公差:<0.6(±0.05)<0.8(±0.06)<1.0(±0.07)<1.25(±0.08)<1.6(±0.10)<2.5(±0.12)形狀公差﹕

側邊弧形度1.0mm/m;

任意板面放在平臺上﹐平坦度＜2mm﹒第22頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一

3馬口鐵板(主要為薄板)馬口鐵是指用低碳鋼生產的電鍍錫鋼板,有一次冷軋板(CRS)和二次冷軋板(CRS+退火+軋制),產品大量用於食品罐頭.在電腦機殼中主要用於電磁遮蔽之遮片及沖制小零件.

外觀漂亮﹐涂裝性﹑印刷性好﹔

耐腐蝕性﹑焊接性好﹔

材質均勻﹐加工性優(yōu)良﹔

可選擇各種表面處理的調質度

作為食品容器對人體無害。第23頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一3.1馬口鐵原板鋼種的化學成份鋼種D類鋼L類鋼MR類鋼化學成份,%C0.12Mn0.60Si0.03P0.02S0.05Cu0.20Ni0.15Cr0.100.130.600.020.0150.050.060.040.060.130.600.020.020.050.200.150.10備考AL鎮(zhèn)靜鋼﹐用于拉伸加工及易發(fā)生呂德斯花紋或表面折痕的加工。Cu,Ni,Cr,Mo其它雜質微量成份特別少﹐對某種食品具有極好的耐腐蝕性﹐作為容器材料使用。殘留余量成分少﹐具有優(yōu)良的耐腐蝕性﹐廣泛用于包括容器材料在內的一般用途。第24頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一

3.2調質度:在原板上實施適應各種用途的適當退火(批次封盒退火/連續(xù)退火),以調整強度和加工性。第25頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一3.3馬口鐵的鍍錫重量第26頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一3.4馬口鐵表面處理分類光亮處理B﹕在光滑的原板上進行錫的溶融操作使之具有光澤的加工石磨紋處理R﹕在有一定方向磨痕(R1)和極粗磨痕(R2)的原板上進行錫的溶融操作使之具有少許光澤的加工。銀色處理S及亞光處理M﹕對粗糙的原板表面不進行錫的溶融操作光澤消失的加工。粗鈍狀原板表面處理為S﹐有一定方向磨痕的原板表面處理為M第27頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一

3.5馬口鐵皮膜膜層及厚度/um機能過剩時不足時油膜﹐0.005潤滑性發(fā)生eyehole易損傷氧化鉻﹐0.005耐氧化性﹐涂裝性上錫不良涂料附著性不良錫﹐0.3耐腐蝕﹐上錫﹐焊接性成本高耐腐蝕/上錫/焊接性不良合金層﹐0.1耐腐蝕性錫不足耐腐蝕性不良第28頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一4不銹鋼不銹鋼是鋼鐵材料中的一個分支,主要用於需要耐腐蝕性的環(huán)境下,其耐腐蝕性主要歸功於含有合金元素鉻,但也可加鎳和鉬來增加效果.

耐蝕性結構件彈性薄材

第29頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一

4.1不銹鋼特性不銹鋼並非不生銹的鋼,不銹鋼生銹是常見的現(xiàn)象,真正名實相符,應該叫做耐蝕鋼.不銹鋼是鐵、碳和鉻的合金,或另外再添加其他合金元素,鉻是第一主要合金元素,鎳是第二主要合金元素.它有光潔的外觀,能抵抗腐蝕,並具有良好的機械性能.不銹鋼暴露於空氣或溶液中,其表面生成一層很薄的皮膜,是氧化鉻,緻密、不透氣,可防止腐蝕性氣體或液向內滲透,所以不能繼續(xù)腐蝕,以收到不腐蝕的效果.第30頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一4.2不銹鋼分類與基本特性

第31頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一4.3不銹鋼的調質狀態(tài)機械性能第32頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一

4.4不銹鋼的的表面處理表示方法表面符號內容2D冷軋-熱處理-酸洗2B冷軋-熱處理-酸洗–再冷軋適宜的光澤度NO.3NO.100~~120號砂拋光#320NO.320號砂拋光BA冷軋后光亮熱處理HL拋光成連續(xù)的紋理第33頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一

第三篇有色金屬鋁及其合金板材目前公司常用的鋁合金牌號有1100、5052、6061等,主要應用于手機&電腦外殼或內構件,如磁架.前板.后板.分隔板.支撐架.連接架.支架.散熱片﹑手機外殼等.

Q37用鋁特別多

第34頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一

1.1鋁及鋁合金基本特性!!質輕:輕量化角色耐蝕:自然(人工)氧化薄膜,優(yōu)良耐蝕性易成形性:軟態(tài)適於各種成形加工,如燈罩,外殼等可強化至不同等級:2~60Kg/mm2表面處理多樣:陽極處理/化成處理/電鍍/涂覆導電性好:純銅之60%,但成本便宜.導熱性好:極佳,散熱片,熱交換器加工性及焊接性:特佳,棒,線,板及各種擠型材無毒:食品用途方面可再生:回收重熔,為地球上充分且有效利用之資源.第35頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一1.2鋁合金的分類變形鋁合金鑄造鋁合金第36頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一合金系合金編號常用對應實例純鋁(>99.0%)1***L2,1070(ASTM),A1100(JIS)Al-Cu2***LY9,2024,A2024Al-Mn3***LF21,3003,A3003Al-Si4***LT1,4043,A4043Al-Mg5***LF2,5052,A5052Al-Mg-Si6***LD1(2),6063(6061),A6063(1)Al-Zn7***LC4,7075,A7075其它8***備用9***1.3.變形鋁合金牌號對照第37頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一1.4調質度之基本定義第38頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一第39頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一第40頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一1.5調質度之TX(TXY)定義第41頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一1.6常用鋁材的機械性能(與厚度有關﹐0.5為例)合金狀態(tài)抗拉強度MPa屈服強度MPa延伸率,>%彎曲內邊直徑﹐mm1100H16135~165>12014T3003O95~125>35202T5052H32215~265>15552T6061T6>295>245>104T第42頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一1.7鋁材外觀缺陷《ES03－030鋁板及其沖件外觀檢驗規(guī)範》分級面定義:裝飾面與非裝飾面檢視方法:缺陷分析及解釋:

裂紋/非金屬壓入物/腐蝕斑點/硝鹽痕/髒污折痕/壓痕/金屬壓入物/刮痕/夾痕/摩擦痕乳液痕/松樹枝狀花紋/氣泡/小黑點色差/黑線/貼膜印痕/毛刺/軋輥及模具第43頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一2鈦及其合金2.1鈦的基本特性鈦早先應用於航空航天造船醫(yī)療行業(yè),它有高純鈦,工業(yè)純鈦及鈦合金(α,

α+β

,β)三大類型多種牌號.工業(yè)純鈦能被應用於手機外殼主要在於:

鈦的比強度高,可做出薄壁件;

常溫下化學穩(wěn)定性好,在海水/大氣中抗蝕性好;

膨脹系數(shù)小,良好的導電及導熱性;

機械性能類同一般低碳鋼,塑性好容易沖壓成形;

焊接性好等第44頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一第45頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一第46頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一2.2純鈦的分類一般JIS商用純鈦板可分為四個等級：Class1，Class2，Class3及Class4,典型純鈦板化學成分如表1所示，主要是靠調整氧及鐵的含量來控制強度.隨著氧及鐵含量的增加,純鈦板強度上升，延展性下降，沖壓成形性變差。見下表第47頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一2.3純鈦板的機械性質第48頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一

典型特徵如下：

強度接近普通低碳鋼;

楊氏係數(shù)約為低碳鋼和不銹鋼的一半，降伏強度/楊氏係數(shù)比值為表中所列金屬中最大,該比值與成形後回彈有關。

加工硬化指數(shù)(n值)較其他金屬小。

塑性異向性應變比r值極大,這是其六方晶系結構特性所決定.Class1純鈦板較軟且有極佳的成形性，常用以做沖壓成形之用。同等級純鈦板按退火條件及退火後調質程度，獲致不同機械性質，如Class2分為硬質及軟質。第49頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一3銅合金及特性

銅fcc結晶構造,電及熱傳導率高、耐蝕性優(yōu)秀、塑性加工容易,光澤性好,易於電鍍塗裝等.微量的不純物可使銅的電導率明顯的降低.銅為反磁性,若含鐵0.04%,既成順磁性.銅對大氣及水有良好的耐蝕性.銅綠---大氣中CO2、SO2及水分等的作用生成的鹽基性碳酸銅CuCO3Cu(OH)2、鹽基性硫酸銅CuSO4Cu(OH)2等主要成份,形成不溶於水的保護層.第50頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一純銅>99.3%Cu,具極佳導電性,用在電線/線纜上第51頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一3.1黃銅Cu-Zn合金C2xxxZn含量低的合金主要作為美術工藝品及裝飾品等,最常用的合金為30-40%Zn的合金,適於電鍍,深衝用途,

黃銅的性質:黃銅容易發(fā)生局部腐蝕(脫鋅腐蝕).黃銅常因冷卻加工等的殘留應力,引起時效破裂.(若接觸阿摩尼亞或銨鹽,則結晶粒間遭受局部腐蝕而引起應力集中,在使用中或儲藏中發(fā)生破裂。)黃銅係材料在常溫加工,若在室溫放置,各種性能逐漸變化,此現(xiàn)象稱為經年變化。稍軟化;退火處理予以減輕.

第52頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一各種黃銅合金95Cu-5Zn與純銅差不多,容易壓印,稱為鍍金銅。90Cu-10Zn(丹銅),用於拉壓加工,稱為商用黃銅。85Cu-15Zn質軟,耐蝕性佳,用於建築配件,稱為redbrass。80Cu-20Zn可用做可撓軟管,有時稱為lowbrass。70Cu-30Zn(七三黃銅0,容易冷加工,廣供深壓拉用。65Cu-35Zn與七三黃銅同為深壓拉加工用銅材。60Cu-40Zn又稱六四黃銅,組織為(+)黃銅,常溫延展性不如七三黃銅,但強度較大,耐蝕性差,容易脫鋅腐蝕,大多做為螺栓、螺帽等。第53頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一3.2洋白銅洋白又稱洋銀,為添加鎳的黃銅,色澤近於銀.彈簧特性佳、耐蝕性優(yōu)秀、可為彈簧、化學機械用材料。通常用10-20%Ni,15-30%Zn的組成。第54頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一3.3Cu-Sn-P合金磷青銅為銅錫合金,並含微量磷,耐疲勞強度,加工性好,耐蝕性優(yōu)於黃銅,耐磨耗性良好.

磷添加量,使合金中的磷量達約0.05-0.5%時,改善液流,同時,增高合金的硬度與強度,改善耐磨耗性,彈性.極少量磷固溶,此外成硬脆的Cu3P相存在合金中.錫固溶液也因含磷而下降,鑄造組織中的相增加,有增高硬度的效果.第55頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一C52100性能TemperGrade1/2HHEHSymbolC5210-1/2HC5210-P-HC5210-PEHTensile

TestThickness(mm)0.2min.0.2min.0.2min.TensileN/mm2470to610590to705685to785Elongation%27min.20min.11min.BendTestThickness(mm)1.6max.1.6max.1.6max.BendAngle180orW180orW180orWInsideRadiusTX1TX1.5TX3ElasticLimitThickness(mm)0.2min.1.60.2min.1.60.2min.1.6ElasticN/mm2

245min.390min.460min.HardnessHV140to205185to235210to260第56頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一3.4Cu–Be合金鈹銅約在2%Be左右彈簧特性、導電率優(yōu)秀,具良好耐腐蝕性,加工性.第57頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一4壓鑄鎂合金4.1鎂合金特性熔液的流動性良好,可以鑄造薄壁之鑄件,但有高溫脆性,容易破裂,壓鑄性不良;

由于熔液甚易氧化,且接觸空氣會引起燃燒,需加以保護,防止合金在675度以下之氧化.

鎂合金的切削性非常好;

耐蝕不良.8.