常用金属材料基础知识培训讲义课件

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1、常用金屬材料基本知識 孫代育 2003年4月 TEL: 73118,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,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,1 金屬的分類,純鐵: 2.0wt%碳. 鋼鐵的分類,公司常用金屬材料: 鋼材/銅材/鋁合金/鎂合金/鈦合金

2、 材料适用性能/認識材料 /如何選擇材料及規范/材料制程,品質及成本等,2 金屬材料內部結構: 原子/固溶體/化合物/相/組織,3 金屬材料的相關特性,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 Al 2.7/Fe 7.8/Ti 4.5/Mg 1.8, C 化學性能: 如抗腐蝕性抗環境變色能力等. 耐蝕性排序Zn, Fe, Sn, Pb H Cu,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

3、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,化學成份 + 冷加工狀態 + 熱處理,金屬材料機械性能,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,4 製造流程:鋁板實例,鋁熱軋板/冷軋板製程,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,2 鍍鋅鋼板 鍍鋅鋼板是在冷軋鋼板上鍍一層鋅

4、,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, 且防腐蝕性能更優異, 公司與鋼材供應商開發獨步全球的耐指紋熱浸鍍鋅鋼板,目前已大量取代EG料,節省成本提高竟爭力。 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触 B 犧牲陽极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.,2.2 GI生產基本流程及特點 解捲熱浸鍍鋅（約460C）噴鋅粉調鋅花調質整平化成處理（鉻酸鹽耐指紋）收捲,2.4 材料識別標記 熱浸鍍鋅GIHGCC1ZSFX 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

5、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,2.5 常用厚度及公差 GI料實際供貨 0.597/0.686/0.781/0.891/0.974/1.166/1.50 EG料現用狀況0.5/0.6/0.7/0.8/1.0/1.2/2.0 另外可選擇系列 0.4/0.65/0.75/0.9/1.4/1.6 1.8/2.3/2.5 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/

6、m; 任意板面放在平台上平坦度2mm,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。,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/連續退火),以調整強度和加工性。,3.3 馬口鐵的鍍錫重量,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

7、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,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,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

8、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,所以不能繼續腐蝕,以收到不腐蝕的效果.,4.2 不銹鋼分類与基本特性,4.3 不銹鋼的調質狀態機械性能,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 常溫下化學穩定性好,在海水/大氣中抗蝕性好; 膨脹系數小,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,2.2 純鈦的分類 一般JIS商用純鈦板可分為四個等級： Class 1， Class 2， Class 3及Class 4 , 典型

9、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,2.3 純鈦板的機械性質,典型特徵如下： 強度接近普通低碳鋼; 楊氏係數約為低碳鋼和不銹鋼的一半，降伏強度/楊氏係數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(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. Class 1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Class 2分為硬質及軟質。,3 銅合金 及特性 銅fcc結晶構造,電及

10、熱傳導率高、耐蝕性優秀、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.,純銅99.3% Cu,具极佳導電性,用在電線/線纜上,3.1 黃銅Cu-Zn合金 C2xxx Zn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: 黃銅容易發生局部腐蝕(脫鋅腐蝕). 黃銅

11、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,此現象稱為經年變化。稍軟化;退火處理予以減輕.,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red brass。 80Cu-20Zn 可用做可撓軟管,有時稱為low brass。 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

12、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。,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、耐蝕性優秀、可為彈簧、化學機械用材料。 通常用 10-20% Ni,15-30%Zn的組成。,3.3 Cu - 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C

13、u3P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.,C 52100性能,3.4 Cu Be合金 鈹銅約在2% Be左右彈簧特性、導電率優秀, 具良好耐腐蝕性, 加工性.,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.,4.2 鎂合金的優勢,3C電子產品使用鎂合金的理由! 強度/重量比佳,重量輕,剛性好 耐沖擊,耐磨 環保法規要求 耐熱,散熱性佳 吸振性,電磁遮蔽性佳 產品潮流 成本

14、適當 制造技術成術 無可燃性,鎂合金的耐鹽水腐蝕性能,模具鋼廠商,傳統-真空除氣-電渣重溶-粉末冶金 國內材料與國外材料的比較 不同廠商相同品牌的鋼材比較 售后的技術服務與支持,第四章 模具材料,模具材料類別 冷作模具鋼:工作過程中，刃口受到強烈的摩擦和擠壓作用,有此模具還受到較大的衝擊力SKD11, SLD, Cr12MoV, DC53 塑膠模具鋼: 易加工,高效益;拋光質量;耐腐蝕性; 耐磨性;韌性. P20, NAK80, STAVAX 熱作模具鋼: 熱疲勞(熱龜裂);侵蝕/腐蝕;破裂(整體破裂);凹陷.SKD61, H13, 4Cr5MoSiV 粉末鋼:V4,V10, ASP23 高速工具鋼: SKH51, M2, 機械拉力鋼:S45C, 45#,42Cr,冷作/熱作/高速鋼成份(對照表),各國牌號對照,THANKS !,