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1、JIS鋼鐵材料與選用2007/1/31講師講師:連聰賢連聰賢1.設計材料熱處理三要素設計材料熱處理三要素Good DesignHow to Design?Good Steel How to Select?Good Treatment How to Treat?(1)普通設計良好材料不良的熱處理)普通設計良好材料不良的熱處理 疲勞強度的比例10%。(2)普通設計良好材料良好的熱處理)普通設計良好材料良好的熱處理 疲勞強度的比例50%。(3)良好設計良好材料良好的熱處理)良好設計良好材料良好的熱處理 疲勞強度的比例100%。適材、適處理、適所適材、適處理、適所1-1機械零件選材的原則機械零件選材的
2、原則一、零件使用性能與選材的關係一、零件使用性能與選材的關係(1)按機械性質選材的基本原則與步驟(2)按機械性質選材時應注意事項(3)按機械性質選材的具體方法二、材料製程加工能力與選材的關係二、材料製程加工能力與選材的關係(1)鑄造性能(2)可鍛性(3)可焊性(4)切削加工性三、經濟性與選材的關係三、經濟性與選材的關係機械性能選材的基本步驟機械性能選材的基本步驟分析零件工作條件分析零件工作條件(應力情況、載荷性質、溫度、環境介質、摩擦條件等)分析失效形式分析失效形式(斷裂、變形、表面損傷)結合力學計算確定零件應具有的主要機械性能指標結合力學計算確定零件應具有的主要機械性能指標選擇材料選擇材料(
3、材料化學成分、組織狀況、冶金品質)決定熱處理方法決定熱處理方法(或其它強化方法)試驗試驗投產投產2.JIS鋼鐵手冊的看法及用途鋼鐵手冊的看法及用途2-1 JIS 鋼鐵的區別2-2 化學成分2-3 機械性質(強度及硬度等)2-4 熱處理方法(溫度及方法等)2-5 不可迷惑於用途別的名稱2-6 鍛鋼品與鍛造品JIS 鋼鐵的區別鋼鐵的區別 鋼鐵材料的分類分類C%一般常用的(C%)鐵鋼鑄鐵0.02180.02%2.112.110.030.051.52.5 3.8鋼的分類鋼的分類鋼五大元素系列鋼五大元素系列日本C,Si,Mn,P,S美國C,Mn,Si,P,S普通鋼(碳鋼)特殊鋼合金鋼(調質使用)SCr,
4、SCM等 工具鋼(SK材)SK,SKS,SKD,SKH等 特殊用途鋼(SU材)SUS,SUP,SUJ等JIS 鋼鐵材料分類2003 Brooks/Cole,a division of Thomson Learning,Inc.Thomson Learning is a trademark used herein under license.Figure 1 The set-up for the Jominy test used for determining the hardenability of a steel.保證硬化能的構造用鋼材(保證硬化能的構造用鋼材(H H鋼)鋼)硬化能曲線200
5、3 Brooks/Cole,a division of Thomson Learning,Inc.Thomson Learning is a trademark used herein under license.Figure 2 The hardenability curves for several steels.硬化能保證鋼的應用硬化能保證鋼的應用SCr440H鋼的油淬硬度(圓棒直徑鋼的油淬硬度(圓棒直徑2吋)吋)3.鋼鐵材料使用法的區分鋼鐵材料使用法的區分選用鋼鐵材料時,常因三種情形而猶疑不決:(1)用碳鋼或合金鋼?(2)整體淬硬或表面淬硬?(3)用鑄造品或鍛造品?3-1 碳鋼與合金鋼
6、的用法區分碳鋼與合金鋼的用法區分(1)淬火、回火(調質)的鋼的機械性質性 質取決於硬度,幾無鋼種所製的差異。(2)充分淬硬的鋼的淬火硬度取決於鋼的 C%,幾不受合金元素影響。淬火最高硬度淬火最高硬度 HRC3050C%(90%M)淬火臨界硬度淬火臨界硬度 HRC2440C%(50%M)但淬火效果會因物品大小而異但淬火效果會因物品大小而異,此稱質量效果此稱質量效果(mass effect)。)。3-2整體淬硬鋼與表面硬化鋼的用法區分整體淬硬鋼與表面硬化鋼的用法區分一般而言,機械零件常受到彎曲或扭曲,因而表面的機械性質很重要,因而需加強表面層。承受拉張或壓縮的零件(例如螺栓)是整體淬硬鋼比表面硬化
7、鋼更適當。整體淬硬鋼的選用:B3.2 THRC.(1)QHRCTHRC+5 (2)QHRC30+50C%.(3)再由質量效果決定鋼種,此鋼種也宜依S-C,SMn,SCr440,SCM435之序而選定。3-3 鑄造品與鍛造品的用法區分鑄造品與鍛造品的用法區分鑄物在往昔為Art(藝術),在現今為科學(Science)。鑄比鍛差已成舊觀念。今天已是以鑄代鍛的時代。4.鋼鐵材料選定上的重點鋼鐵材料選定上的重點選擇鋼鐵材料需切記選擇鋼鐵材料需切記5大重點大重點(1)硬化能(Hardenability)(2)質量效果(Mass effect)(3)纖維流向(Flow line)(4)殘留應力(Retain
8、ed stress)(5)凹口效果(Notch effect)理想臨界直徑(DI值)質量效果(質量效果(Mass effect)鍛流線(Flow line)5.機械設計與材料熱處理機械設計與材料熱處理5-1 5-1 對機械性質的觀念對機械性質的觀念對機械性質的觀念對機械性質的觀念5-2 5-2 對形狀的觀念對形狀的觀念對形狀的觀念對形狀的觀念 (1 1)断面的平衡)断面的平衡)断面的平衡)断面的平衡 (2 2)角偶部)角偶部)角偶部)角偶部 (3 3)形狀所致的冷卻差異)形狀所致的冷卻差異)形狀所致的冷卻差異)形狀所致的冷卻差異5-3 5-3 對熱處理的觀念對熱處理的觀念對熱處理的觀念對熱處理
9、的觀念 (1 1)淬火方法的選擇)淬火方法的選擇)淬火方法的選擇)淬火方法的選擇 (2 2)硬化能的決定)硬化能的決定)硬化能的決定)硬化能的決定 (3 3)鋼種的決定)鋼種的決定)鋼種的決定)鋼種的決定 (4 4)淬火回火溫度的決定)淬火回火溫度的決定)淬火回火溫度的決定)淬火回火溫度的決定6.機械構造用鋼的選法與用途機械構造用鋼的選法與用途6-1 要求抗張特性時要求抗張特性時 6-9 要求深衝拉性時要求深衝拉性時6-2 要求耐疲勞性時要求耐疲勞性時 6-10 要求冷間彎曲性要求冷間彎曲性6-3 要求耐衝擊性時要求耐衝擊性時 6-11 要求磨削性時要求磨削性時6-4 要求耐磨耗時要求耐磨耗時
10、 6-12 要求淬火適應性要求淬火適應性6-5 要求耐蝕性時要求耐蝕性時6-6 要求焊接性時要求焊接性時6-7要求切削性時要求切削性時6-8 要求耐蝕性時要求耐蝕性時7.工具鋼的選法與用法工具鋼的選法與用法 7-1 工具鋼要求與性能工具鋼要求與性能 7-2 圖解法選法圖解法選法 7-3 工具鋼諸性質(硬度、耐磨性、耐衝擊工具鋼諸性質(硬度、耐磨性、耐衝擊 性、熱處理所致的變形、硬化深度、性、熱處理所致的變形、硬化深度、熱所致的軟化、耐熱性、熱處理的容易熱所致的軟化、耐熱性、熱處理的容易 性、被切削性、脫碳抵抗性、經濟性)性、被切削性、脫碳抵抗性、經濟性)7-4 熱處理上的注意事項熱處理上的注意
11、事項 7-5 工具鋼硬度工具鋼硬度 8.特殊用途鋼的選法與用途特殊用途鋼的選法與用途8-1 不銹鋼 不銹鋼的選法 不銹鋼使用上的注意事項8-2 彈簧鋼 熱間成形用彈簧鋼的選法 冷間成形用彈簧鋼的選法 特殊彈簧鋼的選法軸承鋼及其選用方法軸承鋼及其選用方法(1)一般用)一般用 高C-Cr系SUJ 15,1%C-1%Cr為基礎;20mm 以下-SUJ2;40mm以下-SUJ3,SUJ4;40mm以上 SUJ5。(2)耐衝擊用)耐衝擊用 此鋼種的選擇應以硬化能、心部硬度、滲碳層的厚度 來考慮SCr420,SNCM220,SNCM420,SNCM815(3)耐蝕用)耐蝕用 耐蝕、耐磨耗性以高 C高Cr系的SUS440C廣被使用耐熱 性用一般選用440M。(4)耐熱用)耐熱用 SUS440C200以下 440M 300以下 AISIM50 300以下 AISI M2 350以下 9.JIS鑄鋼品鑄鋼品 9-1 碳鋼鑄鋼品(SC)9-2 構造用合金鑄鋼 (SCC,SCMn,SCMCr,SCCrM等)9-3 特殊鑄鋼品 (SCS,SCH,SCMnH)10.JIS鑄鐵品鑄鐵品10-1 灰口鑄鐵品 (一般FC100250,強韌性鑄鐵 FC300350)10-2 球狀石墨鑄品 (FCD400,500,600,700,800)10-3 可鍛鑄鐵品(FCMB,FCMW,FCMP
限制150内