鋼材之強(qiáng)度與熱處理

模具材料選用與熱處理鋼材之強(qiáng)度與熱處理(三)-1-鋼鐵材料的機(jī)械性質(zhì)取決因素：*鋼種(化學(xué)成分)故，依使用目的選定鋼種與熱處理極為重要。*熱處理-2-鋼材強(qiáng)度

廣義的鋼材強(qiáng)度硬度、降伏強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、淺變破壞強(qiáng)度、耐磨耗性、與環(huán)境破壞強(qiáng)度等狹義的鋼材強(qiáng)度以抗拉性質(zhì)與硬度為主-3-鋼鐵材料之抗拉特性正?；吞间摵芍?應(yīng)力)伸長(zhǎng)率(應(yīng)變)彈性限,sE上降伏點(diǎn),suy下降伏點(diǎn),sly抗拉強(qiáng)度,sutP,破裂點(diǎn)彈性變形,eE降伏伸長(zhǎng)率,

ey均勻伸長(zhǎng)率,eh總伸長(zhǎng)率,et-4-鋼鐵材料之抗拉特性伸長(zhǎng)率(應(yīng)變)荷重(應(yīng)力)ABCD1D2A:正常化軟鋼

B:低合金鋼，調(diào)質(zhì)高強(qiáng)度鋼C:高強(qiáng)度鋼(正常)D1:高強(qiáng)度鋼(延性缺乏)D2:高強(qiáng)度鋼(低應(yīng)力破壞)-5-鋼鐵材料之抗拉特性鋼鐵材料之抗拉性質(zhì)中，設(shè)計(jì)者為防止永久變形而重視降伏強(qiáng)度，但降伏強(qiáng)度為不安定數(shù)值，例如，隨抗拉速度而有大幅變化(快那么高)。因此，為平安計(jì)，一般系以抗拉強(qiáng)度的1/3或1/4為設(shè)計(jì)應(yīng)力。亦即平安系數(shù)取1.5或2。-6-鋼材之硬度與抗拉強(qiáng)度硬度(RC)1030405060050100150200250350300250200150100500100200300400500600700抗拉強(qiáng)度(kg/mm2)抗拉強(qiáng)度(kpsi)硬度(BHN)su(kpsi)

0.50BHNsu(kg/mm2)

0.35BHN近似公式**僅適用于BHN500以下-7-降伏強(qiáng)度,抗拉強(qiáng)度(kg/mm2)代表性鋼種100014002000342030405060708090100200300400500600700800150900高純度鐵一般壓延鋼材,鑄鋼低溫用鋼溶接構(gòu)造用高張力鋼機(jī)械構(gòu)造用碳鋼機(jī)械構(gòu)造用低合金鋼強(qiáng)力鋼超強(qiáng)力鋼琴鋼線鐵之單晶鐵之理論強(qiáng)度TMCP鋼代表性鋼材之抗拉強(qiáng)度-8-降伏強(qiáng)度,抗拉強(qiáng)度(kg/mm2)適用之主要強(qiáng)化機(jī)構(gòu)100014002000342030405060708090100200300400500600700800150900高純度鐵固溶強(qiáng)化正常化相變化強(qiáng)化(淬火回火)細(xì)晶強(qiáng)化析出物分散強(qiáng)化冷作強(qiáng)化(加工硬化)加工熱處理不含缺陷之鐵單晶控制壓延，加速冷卻鋼材之主要強(qiáng)化機(jī)構(gòu)-9-鋼鐵材料之強(qiáng)化法鋼材之主要強(qiáng)化法有：固溶強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化相變化強(qiáng)化析出物分散強(qiáng)化冷作強(qiáng)化(加工硬化)加工熱處理強(qiáng)化-10-鋼鐵材料之強(qiáng)化法--固溶強(qiáng)化高純度之鐵甚軟，強(qiáng)度缺乏，假設(shè)固溶合金元素或不純物元素時(shí)，會(huì)使鐵之結(jié)晶格子變形，阻止差排〔dislocation〕活動(dòng)，使強(qiáng)度上升，此即固溶強(qiáng)化。降伏強(qiáng)度與添加元素之重量比大約成比例上升。-11-鋼鐵材料之強(qiáng)化法--固溶強(qiáng)化CorNPSiCuMnMoNiorAlCr0-75+75+150+225+3000.51.01.52.02.5合金元素量(wt%)降伏強(qiáng)度之變化(MN/m2)-12-鋼鐵材料之強(qiáng)化法--細(xì)晶強(qiáng)化欲同時(shí)提高材料之強(qiáng)度與韌性時(shí)，結(jié)晶粒之微細(xì)化為最有效方法之一。晶粒微細(xì)化可提高sy與su，其中對(duì)sy之效果較大。-13-鋼鐵材料之強(qiáng)化法肥粒鐵結(jié)晶粒微細(xì)化方法1.使變態(tài)稍前之沃斯田鐵結(jié)晶粒微細(xì)化--細(xì)晶強(qiáng)化2.增加肥粒鐵結(jié)晶粒生成之核3.阻止肥粒鐵結(jié)晶粒之生長(zhǎng)-14-鋼鐵材料之強(qiáng)化法降低變態(tài)(相變化)溫度可以有效提高鋼鐵組織之強(qiáng)度與韌性--相變化強(qiáng)化-15--15-鋼鐵材料之強(qiáng)化法--相變化強(qiáng)化1.正?；膹?qiáng)化施行正常化處理的目的在使結(jié)晶粒微細(xì)化，生成微細(xì)之波來鐵，以提高材料強(qiáng)度并改善韌性。-16-鋼鐵材料之強(qiáng)化法--相變化強(qiáng)化-17-鋼鐵材料之強(qiáng)化法--相變化強(qiáng)化鋼淬硬之兩種方法：2.將肥粒鐵與波來鐵變態(tài)起始點(diǎn)移向長(zhǎng)時(shí)間側(cè)。--添加合金元素-18--18-鋼鐵材料之強(qiáng)化法--析出物分散強(qiáng)化由析出物之分散強(qiáng)化有二：1.由于時(shí)效所生之微細(xì)析出物(金屬間化合物)：增加強(qiáng)度、硬度，但容易發(fā)生微細(xì)龜裂，降低韌性--具有適當(dāng)大小與剛性，以高密度分散并與母相著性良好之析出粒子，可確保強(qiáng)度與韌性。-19-鋼鐵材料之強(qiáng)化法--冷作強(qiáng)化常溫下，鋼材承受降伏點(diǎn)以上之應(yīng)力，即發(fā)生塑性變形，隨之硬化，是為冷加工硬化，即冷作強(qiáng)化。冷加工強(qiáng)化法不適用于一般之構(gòu)造用鋼材，因?yàn)榘殡S著強(qiáng)化而產(chǎn)生顯著之脆化。-20-鋼鐵材料之強(qiáng)化法--冷作強(qiáng)化1.沃斯田鐵系不銹鋼之強(qiáng)化2.高錳鋼之使用于土木機(jī)械3.琴鋼絲4.鋼材外表施行珠擊、滾軋加工，提高外表硬度，改善疲勞強(qiáng)度。冷作強(qiáng)化之應(yīng)用例：-21-鋼鐵材料之強(qiáng)化法--加工熱處理強(qiáng)化鋼之加工熱處理(Thermo-MechanicalTreatment,熱機(jī)處理)分類名稱說明變態(tài)前之加工鍛造淬火、加工淬火于安定沃斯田鐵范圍加工后，急冷沃斯成形、溫冷加工準(zhǔn)安定沃斯田鐵范圍加工后，麻田散鐵狀態(tài)沃斯?jié)L軋回火準(zhǔn)安定沃斯田鐵范圍加工后，沃斯回火變態(tài)時(shí)之加工深冷滾軋，恒溫成形麻田散鐵變態(tài)途中之塑性加工變態(tài)后之加工麻成形麻田散鐵加工溫加工、ETD法回火麻田散鐵加工韌化加工波來鐵或變韌鐵加工由變態(tài)前至變態(tài)途中之加工控制壓軋、控制水冷沃斯田鐵低溫域之加工TMCP鋼沃斯田鐵、肥粒鐵二相域之加工-22-鋼鐵材料之強(qiáng)化法--加工熱處理強(qiáng)化各溫度領(lǐng)域壓推遲組織-23-鋼材之選擇與熱處理本卷須知--左右機(jī)械性質(zhì)之要因1.材料之不均勻性：如偏析5.高溫特性：如潛變4.低溫特性：如低溫脆性3.時(shí)效：如淬火時(shí)效、冷作之變形時(shí)效2.零件之質(zhì)量效應(yīng)-24-低溫脆性鋼鐵材料因使用溫度下降致降伏點(diǎn)升高而脆化之現(xiàn)象A：延性破壞B：延性及脆性破壞混合區(qū)C：脆性破壞，降伏后發(fā)生破裂D：脆性破壞，降伏應(yīng)力以下之破裂-25--25-高溫蠕變鋼鐵材料在恒溫下持續(xù)承受拉伸應(yīng)力，負(fù)荷應(yīng)力雖然小于該材料之降伏應(yīng)力，變形量仍逐漸增加以致于破壞之現(xiàn)象-26-工具鋼之強(qiáng)度與熱處理--工具鋼之分類1.碳工具鋼2.合金工具鋼3.高速工具鋼-27-工具鋼之強(qiáng)度與熱處理--碳工具鋼主要成分：0.6~1.5%C,<0.35%Si,<0.5%Mn特徵：-28-工具鋼之強(qiáng)度與熱處理--碳工具鋼碳工具鋼之變態(tài)溫度-29--29-工具鋼之強(qiáng)度與熱處理--碳工具鋼碳工具鋼之熱處理法及硬度-30-工具鋼之強(qiáng)度與熱處理--碳工具鋼本卷須知：熱500~600OC100~50OC150~200OC150~200OC常溫空冷空冷1hr/25mm1hr/25mm空冷油冷或冷取出(~200OC)水徐淬火溫度持溫20~30min/25mm質(zhì)量較大件預(yù)熱-31--31-工具鋼之強(qiáng)度與熱處理--合金工具鋼主要成分：碳工具鋼內(nèi)添加Cr、W、Mo、V、Mn、Si等，以改進(jìn)碳工具鋼之各種缺點(diǎn)者。合金元素主要作用：-32-合金工具鋼之主要分類：4.熱加工用1.切削用2.耐衝擊用3.耐磨用冷加工用工具鋼5.高速鋼工具鋼之強(qiáng)度與熱處理--合金工具鋼-33-切削合金工具鋼含Cr,W,(Mo,V)之高碳合金鋼。硬、耐磨。工具鋼之強(qiáng)度與熱處理--合金工具鋼-34-切削合金工具鋼之熱處理法及硬度工具鋼之強(qiáng)度與熱處理--合金工具鋼-35-本卷須知：3.通常不做深冷處理。工具鋼之強(qiáng)度與熱處理--合金工具鋼-36-(以SKS2為例)熱550~650OC~50OC150~200OC常溫空冷2~3hr/25mmf空冷(油溫40~60OC)徐淬火溫度持溫20~30min/25mmf冷油~100OC預(yù)熱加熱10~15min/25mm工具鋼之強(qiáng)度與熱處理--合金工具鋼-37-耐沖擊合金工具鋼1.降低含碳(C)量以提高耐沖擊性。如SKS4,SKS41。3.兼具上述兩種特性者。如SKS42。工具鋼之強(qiáng)度與熱處理--合金工具鋼-38-耐沖擊合金工具鋼之熱處理法及硬度工具鋼之強(qiáng)度與熱處理--合金工具鋼-39-(以SKS4為例)熱700~750OC~50OC150~200OC150~200OC常溫空冷空冷2hr/25mmf2hr/25mmf空冷冷取出(100OC)水徐淬火溫度持溫20~30min/25mm預(yù)熱10~15min/25mmf本卷須知：工具鋼之強(qiáng)度與熱處理--合金工具鋼-40-耐磨合金工具鋼工具鋼之強(qiáng)度與熱處理--合金工具鋼-41-耐磨合金工具鋼之熱處理法及硬度工具鋼之強(qiáng)度與熱處理--合金工具鋼-42-(以SKD11為例)熱800~850OC~50OC150~200OC150~200OC常溫空冷空冷2hr/25mmf2hr/25mmf空冷冷200OC油徐淬火溫度持溫20~30min/25mmf預(yù)熱10~15min/25mmf550~600OCIII(油溫40~60OC)工具鋼之強(qiáng)度與熱處理--合金工具鋼-43-熱作合金工具鋼1.具有高溫強(qiáng)度。2.具有高溫耐磨耗性與耐蝕性。3.耐熱沖擊性(耐熱裂性)。4.耐氧化性。工具鋼之強(qiáng)度與熱處理--合金工具鋼-44--44-熱作合金工具鋼之熱處理法及硬度(I)工具鋼之強(qiáng)度與熱處理--合金工具鋼-45-熱作合金工具鋼之熱處理法及硬度(II)工具鋼之強(qiáng)度與熱處理--合金工具鋼-46-(以SKD61為例)熱850~900OC150~100OC一次回火二次回火空冷空冷1hr/25mm1hr/25mmf冷空徐淬火溫度持溫15~25min/25mmf預(yù)熱30min/25mmf550~600OCIII250~350OC1hr/25mmf(>50mmf)250~350OC(>50mmf)1hr/25mmf常溫持溫持溫工具鋼之強(qiáng)度與熱處理--合金工具鋼-47--47-主要合金成分：高速工具鋼內(nèi)含有大量合金元素Cr、W、V、Mo、Co等，常達(dá)25%以上。除Co外，均能促進(jìn)硬化能，故高速鋼的硬化能非常好。合金元素主要作用：工具鋼之強(qiáng)度與熱處理--高速鋼-48-鎢系高速工