连接器金属材料介绍

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1、ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:1/130連接器常用連接器常用金屬材料介紹金屬材料介紹Charles Cheng 2008.11.32008.11.3ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:2/1301.連接器常用金屬材料連接器常用金屬材料2.金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能3.金屬及合金的結構金屬及合金的結構4.金屬的塑性變形及冷加工金屬的塑性變形及冷加工5.常用金屬材料性能常用金屬材料性能6.金屬材料

2、的選用原則金屬材料的選用原則Content ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:3/130一一連接器常用金屬材料連接器常用金屬材料v鐵及鐵碳合金系鐵及鐵碳合金系v銅及銅合金系銅及銅合金系v鋁及鋁合金系鋁及鋁合金系v鋅及鋅合金系鋅及鋅合金系v錫及錫合金系錫及錫合金系v鎳及鎳合金系鎳及鎳合金系v貴金屬貴金屬ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:4/130一一連接器常用金屬材料連接器常用金屬材料v鐵及鐵碳合金系鐵及鐵

3、碳合金系 分類分類 按化學成份分按化學成份分 碳碳鋼鋼低低碳碳鋼鋼(C0.25%)(C0.25%)中中碳碳鋼鋼(C0.250.60%(C0.250.60%）高碳高碳鋼鋼(C0.60%)(C0.60%) 合合金金鋼鋼低低合合金金鋼鋼( (合合金金元元素素總總含含量量5%)5%)高高合合金金鋼鋼( (合金元素總含量合金元素總含量5%)5%) 按用途分按用途分 結結構構鋼鋼碳碳素素結結構構鋼鋼優優質質碳碳素素結結構構鋼鋼低低合合金金結結構構鋼鋼合合金金結結構構鋼鋼易易切切削削結結構構鋼鋼彈彈簧簧鋼鋼滾滾動動軸軸承承鋼鋼鑄鋼鑄鋼保証淬透性鋼和低淬透性鋼保証淬透性鋼和低淬透性鋼 Confidential

4、Lu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:5/130一一連接器常用金屬材料連接器常用金屬材料v鐵及鐵碳合金系鐵及鐵碳合金系 工工具具鋼鋼碳碳素素工工具具鋼鋼合合金金工工具具鋼鋼高高速速工工具具鋼鋼 硬硬質合金鋼質合金鋼 特殊性能鋼特殊性能鋼不鏽鋼不鏽鋼耐磨鋼耐磨鋼耐熱鋼耐熱鋼 按冶金質量分按冶金質量分 普通鋼普通鋼含含S S量量0.050%0.050%含含P P量量0.045%0.045% 優質優質鋼鋼含含S PS P量均量均0.035%0.035% 高級優質鋼高級優質鋼含含S PS P量均量均0.025%0.025% 特級優質鋼

5、特級優質鋼含含S S量量0.015%0.015%含含P P量量0.025%0.025% 按按脫氧脫氧方法分方法分 沸騰鋼沸騰鋼半鎮靜鋼半鎮靜鋼鎮靜鋼鎮靜鋼特殊鎮靜鋼特殊鎮靜鋼ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:6/130一一連接器常用金屬材料連接器常用金屬材料v鐵及鐵碳合金系鐵及鐵碳合金系 鋼的編碼原則鋼的編碼原則 鋼鋼的的編編號號原原則則在在國國際際上上沒沒有有統統一一的的規規定定我我國國是是按按照照GB221-79GB221-79采采用用漢漢語語拼拼音音字字母母國國際際化化學學元元素素符符號號和和

6、阿阿拉拉伯伯數數字相結合的方法字相結合的方法且采用漢字和漢語拼音字母并用的原則且采用漢字和漢語拼音字母并用的原則 鋼的鋼的類別類別用途用途標在鋼號首部標在鋼號首部 Y Y（易易）易易切切削削鋼鋼TT（碳碳）碳碳素素工工具具鋼鋼,G,G（滾滾) )滾動軸承鋼滾動軸承鋼 鋼鋼的的質質量量級級別別一一般般優優質質碳碳素素結結構構鋼鋼(優優質質) )合合金金結結構構鋼鋼(優優質質) )碳碳素素工工具具鋼鋼等等不不標標注注其其高高級級優優質質鋼鋼特特級級優優質質鋼鋼分分別別用用A A（高高)E()E(特特) )來來表表示示并并標標在在鋼鋼號號的的尾尾部部如如T10AT10A。碳素碳素結構鋼的質量級別符號

7、另有規定。結構鋼的質量級別符號另有規定。 ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:7/130一一連接器常用金屬材料連接器常用金屬材料v鐵及鐵碳合金系鐵及鐵碳合金系 鋼的編碼原則鋼的編碼原則 鋼的脫氧方法鋼的脫氧方法標在鋼號尾部標在鋼號尾部 F(F(沸沸) )沸沸騰騰鋼鋼,b(,b(半半) )半半鎮鎮靜靜鋼鋼,Z,Z（鎮鎮) )鎮鎮靜靜鋼鋼TZ(TZ(特特鎮鎮) )特特殊殊鎮鎮靜靜鋼鋼, ,一一般般情情況況下下ZTZZTZ符符號號予予以以省省略略, ,如如08F08b0808F08b08 碳碳素素結結構構鋼

8、鋼之之牌牌號號按按GB700-88GB700-88碳碳素素結結構構鋼鋼牌牌號號應應依依次次標標出出屈屈服服點點的的字字母母Q(Q(屈屈)屈屈服服點點的的數數值值質質量量等等級級符符號號(ABCD, (ABCD, D D級級最最佳佳屬屬于于優優質質鋼鋼其其他他屬屬于于普普通通鋼鋼) ) 脫脫氧氧方方法法(Fb) (Fb) 。如如Q235-A.FQ235-A.F碳碳素素結結構構鋼鋼的的屈屈服點為服點為235N/mm235N/mm2 2質量為質量為A A級級沸騰鋼。沸騰鋼。ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page

9、:8/130一一連接器常用金屬材料連接器常用金屬材料v鐵及鐵碳合金系鐵及鐵碳合金系 鋼的編碼原則鋼的編碼原則 硬質合金硬質合金 YGYG鎢鈷類硬質合金鎢鈷類硬質合金, ,YTYT鎢鈷鈦類硬質合金鎢鈷鈦類硬質合金 鑄鐵鑄鐵HTHT（灰鐵）灰鐵）灰鑄灰鑄鐵鐵QT(QT(球鐵球鐵) )球墨鑄鐵球墨鑄鐵 用途用途模具模具shellhooknutshellhooknut螺絲螺絲彈簧等彈簧等ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:9/130 常用模治具材料常用模治具材料: :一一連接器常用金屬材料連接器常用金屬材料C

10、onfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:10/130 常用模治具材料常用模治具材料: :一一連接器常用金屬材料連接器常用金屬材料ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:11/130 常用冷軋鋼帶常用冷軋鋼帶: :牌號牌號用途用途SPCC一般用一般用SPCD深沖用深沖用SPCE深度深沖用深度深沖用一一連接器常用金屬材料連接器常用金屬材料ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DC

11、onn. R & D11/308 Page:12/130 常用冷軋不鏽鋼帶常用冷軋不鏽鋼帶: :一一連接器常用金屬材料連接器常用金屬材料ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:13/130 牌號對照牌號對照: :一一連接器常用金屬材料連接器常用金屬材料ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:14/130一一連接器常用金屬材料連接器常用金屬材料v銅及銅合金系銅及銅合金系 分類分類 純銅純銅(T)(T)( (紫銅紫銅電解

12、銅電解銅) ) 白銅白銅(B)(B)銅鎳合金銅鎳合金 黃黃銅銅(H)(H)以以鋅鋅為為主主加加元元素素的的銅銅合合金金。普普通通黃黃銅銅（銅銅鋅鋅二二元合金元合金)錫黃銅錫黃銅鉛黃銅鉛黃銅鋁黃銅鋁黃銅硅黃銅等。硅黃銅等。 青青銅銅(Q)(Q)普普通通青青銅銅( (錫錫青青銅銅)特特殊殊青青銅銅( (無無錫錫青青銅銅鋁鋁青銅青銅鈹青銅鈹青銅鎳青銅鎳青銅鉛青銅鉛青銅硅青銅硅青銅鈦銅鈦銅) )。用途用途常用作端子材料等常用作端子材料等ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:15/130一一連接器常用金屬材料連接

13、器常用金屬材料v銅及銅合金系銅及銅合金系磷青銅磷青銅ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:16/130一一連接器常用金屬材料連接器常用金屬材料v銅及銅合金系銅及銅合金系黃銅黃銅ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:17/130一一連接器常用金屬材料連接器常用金屬材料v銅及銅合金系銅及銅合金系鎳銅鎳銅鈹銅鈹銅ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D1

14、1/308 Page:18/130一一連接器常用金屬材料連接器常用金屬材料v鋁及鋁合金系鋁及鋁合金系 分類分類 純鋁純鋁( (LGLG高純鋁高純鋁L L純鋁純鋁) ) 防鏽鋁防鏽鋁(LF)(LF)錳錳鎂為主要合金元素鎂為主要合金元素 硬鋁硬鋁(LY)(LY)銅銅鎂為主要合金元素鎂為主要合金元素 超硬鋁超硬鋁(LC)(LC)銅銅鎂鎂鋅為主要合金元素鋅為主要合金元素 鍛鋁鍛鋁(LD)(LD)含的合金元素種類多含的合金元素種類多但含量少但含量少 鑄鑄造造鋁鋁合合金金(ZL)(ZL)ZLZL后后面面的的第第一一個個數數字字表表示示合合金金系系列列11鋁鋁硅硅系系22鋁鋁銅銅系系33鋁鋁鎂鎂系系44鋁鋁

15、鋅鋅系系。后后兩兩位表示順序號。位表示順序號。常常 見見 種種 類類 :H4000A :H4000A 1050 1050 H18A3003-OA3005-H18A3003-OA3005-OA1100P-H16 OA1100P-H16 用途用途常用作常用作shellshell等零件材料等零件材料ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:19/130一一連接器常用金屬材料連接器常用金屬材料v鋅及鋅合金系鋅及鋅合金系 常見種類常見種類: : 鑄造鋅合金鑄造鋅合金( (ZDC2) 用用途途常常用用作作NUTBrac

16、ketNUTBracket等等零零件件材材料料及及鍍鍍層層材材料料( (鍍鍍彩鋅彩鋅) )ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:20/130一一連接器常用金屬材料連接器常用金屬材料v錫及錫合金系錫及錫合金系 常見種類常見種類: : SnSn及及Sn/PbSn/Pb合金合金 用途用途常用作常用作shellhookshellhook及端子及端子tailtail的鍍層材料的鍍層材料v鎳及鎳合金系鎳及鎳合金系 常見種類常見種類: Ni: Ni及及Au-NiCu-NiAu-NiCu-Ni合金合金 用途用途常用作常

17、用作shellhookshellhook及端子及端子tailtail的鍍層材料的鍍層材料ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:21/130一一連接器常用金屬材料連接器常用金屬材料v貴金屬及其合金貴金屬及其合金 常常見見種種類類釕釕( (RuRu) )、銠銠( (RhRh) )、鈀鈀( (PbPb) )和和銀銀(Ag); (Ag); 鋨鋨(Os)(Os)、銥銥( (IrIr) )、鉑鉑(Pt)(Pt)和和金金(Au)(Au)。 用途用途常用作常用作電觸點和電接觸用材料電觸點和電接觸用材料Confident

18、ialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:22/130使用性能使用性能: 保証工件正常工作材料應具備的性能保証工件正常工作材料應具備的性能-力力學性能學性能物理和化學性能等。物理和化學性能等。工藝性能工藝性能: 材料在加工過程中所表現出來的性能材料在加工過程中所表現出來的性能-鑄鑄造性能造性能鍛壓性能鍛壓性能沖壓性能沖壓性能焊接性能焊接性能切切削性能等。削性能等。二二金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 v金屬材料性能金屬材料性能ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn.

19、R & D11/308 Page:23/130材料在外力作用下所表現出來的性能材料在外力作用下所表現出來的性能-鋼度鋼度強度強度塑性和韌性等塑性和韌性等。這些性能指標是通過試驗測定的。在。這些性能指標是通過試驗測定的。在機械零件機械零件設計計算設計計算材料選用材料選用材質檢驗材質檢驗以及工藝以及工藝評定中評定中通常是以材料的通常是以材料的力學性能指標力學性能指標作為主要依據。作為主要依據。力學性能測試方法力學性能測試方法 GB228-87 金屬金屬拉伸試驗拉伸試驗方法方法,將材料制成標准將材料制成標准試樣（見圖試樣（見圖1）然后將試樣裝在拉力試驗機上施加靜然后將試樣裝在拉力試驗機上施加靜力力隨

20、著拉力的增加試樣逐漸產生變形隨著拉力的增加試樣逐漸產生變形直到拉斷為直到拉斷為止。將力及力所對應的伸長量繪制成坐標圖止。將力及力所對應的伸長量繪制成坐標圖即拉伸即拉伸曲線（圖曲線（圖2）。）。v力學性能力學性能:二二金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:24/130v拉伸試驗方法與拉伸曲線拉伸試驗方法與拉伸曲線:圖圖1.拉伸試樣拉伸試樣拉伸后拉伸后拉伸前拉伸前L0L1FFeEFsFkFbS B 圖圖2.典型低碳鋼的拉伸曲線典型低碳鋼的拉伸曲線LK O二二金屬材料的力

21、學性能金屬材料的力學性能 ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:25/130v拉伸曲線拉伸曲線:彈性變形段彈性變形段 圖中圖中OE段段試樣伸長量隨試樣伸長量隨拉力成正比例增加拉力成正比例增加若去除拉力若去除拉力后試樣回復原狀。后試樣回復原狀。彈彈-塑性變形段塑性變形段 圖中超過圖中超過E點后點后若去除拉若去除拉力試樣不能回復原狀力試樣不能回復原狀尚有一部尚有一部分伸長量保留下來分伸長量保留下來這部分遺留這部分遺留下來的變形即為塑性變形。下來的變形即為塑性變形。FFeEFsFkFbS B 圖圖2.典型低碳

22、鋼的拉伸曲線典型低碳鋼的拉伸曲線LK O二二金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:26/130v拉伸曲線拉伸曲線:屈服段屈服段 當拉力增加到當拉力增加到Fs時時拉伸拉伸曲線在曲線在S點呈現水平台階點呈現水平台階即表即表示外力不在增加試樣繼續變形示外力不在增加試樣繼續變形這種現象稱為屈服。該水平台階這種現象稱為屈服。該水平台階即稱為屈服台階。即稱為屈服台階。彈彈-塑性變形及斷裂段塑性變形及斷裂段 屈服后屈服后試樣又隨拉力增試樣又隨拉力增加而逐漸均勻伸長加而逐漸均勻伸長

23、達到達到B點后點后試樣的某一局部開始變細試樣的某一局部開始變細出出現緊縮現象現緊縮現象由于在緊縮部分試由于在緊縮部分試樣截面積迅速減小樣截面積迅速減小因此試樣繼因此試樣繼續伸長的拉力也就相應減小續伸長的拉力也就相應減小當當達到達到K點時點時試樣斷裂。試樣斷裂。FFeEFsFkFbS B 圖圖2.典型低碳鋼的拉伸曲線典型低碳鋼的拉伸曲線LK O二二金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:27/130v拉伸曲線拉伸曲線:F-LF-L曲線與試樣尺寸有關。為曲線與試樣尺寸有關

24、。為消除試樣尺寸的影響消除試樣尺寸的影響把拉力把拉力F F除以試樣原始截面積除以試樣原始截面積S S0 0。得出試。得出試樣截樣截面積上的應力面積上的應力=F/S=F/S0 0同時把伸長量同時把伸長量LL除以試樣原始除以試樣原始標距標距L L0 0得到試樣的應變得到試樣的應變 = = L/LL/L0 0。 -曲線與曲線與F-LF-L曲曲線形狀一樣線形狀一樣只是坐標不同。只是坐標不同。FFeEFsFkFbS B 圖圖2.典型低碳鋼的拉伸曲線典型低碳鋼的拉伸曲線LK O二二金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DCo

25、nn. R & D11/308 Page:28/130剛剛度度 剛度是表征金屬材料抵抗彈性變形的能力剛度是表征金屬材料抵抗彈性變形的能力。在。在彈性變形階段彈性變形階段即拉伸曲線上的即拉伸曲線上的OEOE階段階段 與與的的關系為關系為直線直線OEOE這表示這表示應力應力與與應變應變成正成正比比可可寫成寫成=E=E式中的式中的E E為與材料有關的常數為與材料有關的常數稱為彈稱為彈性模量性模量單位為單位為GN/mGN/m2 2(10(109 9N/mN/m2 2) )。彈性模量彈性模量E E表示引表示引起單位變形時所需的應力。工程上常用起單位變形時所需的應力。工程上常用E E作為衡量材作為衡量材料

26、剛度的指標。料剛度的指標。E E值越大值越大在一定應力作用下產生的在一定應力作用下產生的彈性變形愈小彈性變形愈小則剛度越大。則剛度越大。二二金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:29/130剛剛度度 彈性模量主要取決于金屬材料的種類彈性模量主要取決于金屬材料的種類即即金屬的本性金屬的本性（晶格類型晶格類型晶格常數等晶格常數等）。通常強化金屬的一些方法）。通常強化金屬的一些方法如淬火如淬火冷作硬化等冷作硬化等對對E E值影響很小。常用材料的值影響很小。常用材料的E E

27、值值碳鋼為碳鋼為196216GN/m196216GN/m2 2(2000022041Kg/mm(2000022041Kg/mm2 2)灰鑄鐵為灰鑄鐵為78 78 157GN/m157GN/m2 2(795916020Kg/mm(795916020Kg/mm2 2),),銅合金為銅合金為72128GN/m72128GN/m2 2(7347 (7347 13061Kg/mm13061Kg/mm2 2)鋁合金為鋁合金為70GN/m70GN/m2 2(7143Kg/mm(7143Kg/mm2 2) )。 一般機械零件大都在彈性狀態下工作一般機械零件大都在彈性狀態下工作對剛度有一定對剛度有一定要求要求如

28、機床主軸如機床主軸起重機臂架等起重機臂架等在使用時不允許產生在使用時不允許產生過量的彈性變形。過量的彈性變形。 二二金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:30/130強度強度 強度是金屬材料在外力作用下抵抗塑性強度是金屬材料在外力作用下抵抗塑性變形和破壞的能力。常用用的強度指標有變形和破壞的能力。常用用的強度指標有屈服點屈服點屈服強度和抗拉強度。屈服強度和抗拉強度。屈服點屈服點屈服強度屈服強度 屈服點屈服點屈服強度表征金屬材料對產生屈服強度表征金屬材料對產生明顯塑性

29、變形的抗力。明顯塑性變形的抗力。 具有明顯屈服現象的材料具有明顯屈服現象的材料如低碳鋼如低碳鋼用用屈服點來表征材料對產生明顯塑性變形的屈服點來表征材料對產生明顯塑性變形的抗力。所謂抗力。所謂屈服點是指材料產生屈服時的屈服點是指材料產生屈服時的應力應力即屈服力即屈服力F Fs s(N)(N)除以試樣原始截面積除以試樣原始截面積S S0 0（mmmm2 2) )所得的商所得的商用用s s表示表示單位為單位為N/mmN/mm2 2, ,即即 s s=F=Fs s/S/S0 0 (N/mm (N/mm2 2) )。1N/m1N/m2 2=1.020408x10=1.020408x10-7-7Kg/mm

30、Kg/mm2 2FFeEFsFkFbS B 圖圖2.典型低碳鋼的拉伸曲線典型低碳鋼的拉伸曲線LK O二二金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:31/130屈服點屈服點屈服強度屈服強度 無明顯屈服現象的材料無明顯屈服現象的材料如如高碳鋼高碳鋼銅合金銅合金鋁合金等鋁合金等用用屈服強度來表征材料對產生明顯屈服強度來表征材料對產生明顯塑性變形的抗力。國家標准規定塑性變形的抗力。國家標准規定以對應于規定殘余伸長為以對應于規定殘余伸長為0.2%0.2%的應力（的應力（ r0.2

31、r0.2),),或者以對應于或者以對應于規定非比例伸長為規定非比例伸長為0.2%0.2%的應力（的應力（ p0.2p0.2) )作為作為屈服強度屈服強度。1N/m1N/m2 2=1.020408x10=1.020408x10-7-7Kg/mmKg/mm2 2FFeEFsFkFbS B 圖圖2.典型低碳鋼的拉伸曲線典型低碳鋼的拉伸曲線LK O二二金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:32/130FFeEFsFkFbS B 圖圖2.典型低碳鋼的拉伸曲線典型低碳鋼的拉伸曲

32、線LK O抗拉強度抗拉強度 試樣拉伸過程中的最大力所對應的試樣拉伸過程中的最大力所對應的應力應力即最大力即最大力F Fb b（N)N)除以試樣的原始除以試樣的原始截面積截面積S S0 0（mmmm2 2) )所得的商所得的商稱為抗拉強稱為抗拉強度度用用b b表示表示單位為單位為N/mmN/mm2 2, ,即即b b= F= Fb b/S/S0 0 (N/mm (N/mm2 2) ) 塑性塑性材料（如低碳鋼）材料（如低碳鋼）由圖可知由圖可知當拉力達到當拉力達到F Fb b時試樣出現頸縮。因此時試樣出現頸縮。因此抗拉強度是表征材料對產生局部伸長抗拉強度是表征材料對產生局部伸長（頸縮）的抗力。對于脆

33、性材料（如（頸縮）的抗力。對于脆性材料（如灰鑄鐵）灰鑄鐵）拉伸過程不出現頸縮現象拉伸過程不出現頸縮現象F Fb b 就是斷裂負荷。因此抗拉強度是就是斷裂負荷。因此抗拉強度是表征材料對斷裂的抗力。表征材料對斷裂的抗力。 1N/m1N/m2 2=1.020408x10=1.020408x10-7-7Kg/mmKg/mm2 2二二金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:33/130FFeEFsFkFbS B 圖圖2.典型低碳鋼的拉伸曲線典型低碳鋼的拉伸曲線LK O抗拉強度抗

34、拉強度 若零件在使用時不允許產生若零件在使用時不允許產生過量的塑性變形過量的塑性變形應以材料的應以材料的s s或或p0.2 p0.2 （r0.2r0.2) )進行設計進行設計計算。若零件在使用時只要求計算。若零件在使用時只要求不發生破壞不發生破壞則以材料的則以材料的b b來來設計計算。因此設計計算。因此 s s p0.2 p0.2 （r0.2r0.2) )和和b b是是機械零件設計機械零件設計計算的主要依據。計算的主要依據。1N/m1N/m2 2=1.020408x10=1.020408x10-7-7Kg/mmKg/mm2 2二二金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 ConfidentialL

35、u uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:34/130塑性塑性 在外力作用下金屬材料在斷裂前產生塑性變形的能力在外力作用下金屬材料在斷裂前產生塑性變形的能力稱為塑性稱為塑性。塑性通常用拉伸試驗測定的斷后伸長率（又稱。塑性通常用拉伸試驗測定的斷后伸長率（又稱延伸率）和斷面收縮率來衡量。延伸率）和斷面收縮率來衡量。斷后伸長率斷后伸長率 斷后伸長率是指試樣拉斷后標距的伸長量與原始的標斷后伸長率是指試樣拉斷后標距的伸長量與原始的標距的百分比距的百分比用用表示表示即即 =(L =(L1 1-L-L0 0)/L)/L0 0 x100% x100

36、% 式中的式中的L L0 0為試樣原始標距為試樣原始標距(mm);L(mm);L1 1為試樣拉斷后的標距為試樣拉斷后的標距(mm)(mm)。二二金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:35/130斷面收縮率斷面收縮率 斷面收縮率是指試樣拉斷后頸縮處橫截面積的最大縮斷面收縮率是指試樣拉斷后頸縮處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比減量與原始橫截面積的百分比用用表示表示即即 =(S =(S0 0- -S S1 1)/S)/S0 0x100%x100%式中的式中的S

37、S0 0為試樣的原始橫截面積為試樣的原始橫截面積(mm(mm2 2);S);S1 1為為拉斷后試樣頸縮處的最小橫截面積拉斷后試樣頸縮處的最小橫截面積(mm(mm2 2) )。 斷后伸長率斷后伸長率與試樣原始標距與試樣原始標距L L0 0有關。這是由于試樣有關。這是由于試樣拉斷后的伸長量由試樣的均勻伸長和頸縮處的局部伸長兩拉斷后的伸長量由試樣的均勻伸長和頸縮處的局部伸長兩部分組成的部分組成的因此因此L L0 0愈長則愈長則愈小。常用圓形截面試樣的愈小。常用圓形截面試樣的原始標距原始標距L L0 0為直徑為直徑d d0 0的的1010倍倍( (長試樣）和長試樣）和5 5倍（短試樣）二倍（短試樣）二

38、種種其斷后伸長率分別用其斷后伸長率分別用1010（或（或）和）和5 5表示。而斷面表示。而斷面收縮率與試樣的尺寸無關收縮率與試樣的尺寸無關故能更可靠地反映材料塑性。故能更可靠地反映材料塑性。 二二金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:36/130斷面收縮率斷面收縮率 和和是用來是用來判斷材料在斷裂前所能產生的最大塑性判斷材料在斷裂前所能產生的最大塑性變形量大小。變形量大小。一般認為一般認為25%25%的的材料為塑性材料材料為塑性材料如低如低碳鋼碳鋼 2% 2%的為脆

39、性的為脆性材料材料如灰鑄鐵。如灰鑄鐵。塑性還是金屬材塑性還是金屬材料進行壓力加工的必要條件。此外料進行壓力加工的必要條件。此外零件也要求具有一定零件也要求具有一定的塑性。因為零件在工作時萬一超載的塑性。因為零件在工作時萬一超載也會由于塑性變形也會由于塑性變形使材料強化而避免突然斷裂。但是使材料強化而避免突然斷裂。但是必須指出必須指出和和值的值的大小與負荷大小是無關的。大小與負荷大小是無關的。二二金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:37/130沖擊韌性沖擊韌性 前面

40、討論的剛度前面討論的剛度強度和塑性是在靜拉力作用下的力強度和塑性是在靜拉力作用下的力學性能。但是學性能。但是許多機器零件許多機器零件如鍛錘杆如鍛錘杆在工作過程中在工作過程中往往受沖擊力作用。這種急速施加的沖擊力將促使金屬材往往受沖擊力作用。這種急速施加的沖擊力將促使金屬材料產生突然脆斷料產生突然脆斷具有很大的危險性。因此具有很大的危險性。因此為確保零件為確保零件安全工作安全工作還必須了解金屬材料在沖擊力作用下所表現的還必須了解金屬材料在沖擊力作用下所表現的性能。性能。 金屬材料在沖擊力作用下金屬材料在沖擊力作用下抵抗斷裂的能力稱為沖擊抵抗斷裂的能力稱為沖擊韌性（簡稱韌性韌性（簡稱韌性）。金屬材

41、料在常溫下的韌性指標是用）。金屬材料在常溫下的韌性指標是用GB229-84 GB229-84 金屬夏比（金屬夏比（U U型缺口）沖擊試試驗方法型缺口）沖擊試試驗方法測定測定的的其原理如圖其原理如圖3 3。二二金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:38/130沖擊試樣沖擊試樣圖圖3 試樣安裝試樣安裝沖擊力沖擊力沖擊韌性沖擊韌性 首先將被測材料制成帶有首先將被測材料制成帶有U U型缺口型缺口的標准試樣的標准試樣然后將試樣安放在試驗然后將試樣安放在試驗機上機上呈簡支梁狀態

42、呈簡支梁狀態再將擺錘從一再將擺錘從一定高度落下定高度落下沖斷試樣。從試驗機的沖斷試樣。從試驗機的刻度盤上可讀出沖擊吸收功刻度盤上可讀出沖擊吸收功A Akuku值。而值。而A Akuku =W(H-h) =W(H-h)式中的式中的W W為擺錘重為擺錘重(N(N或或KgfKgf), Hh), Hh分別為擺錘沖斷前的高度分別為擺錘沖斷前的高度(m)(m)和沖斷后的高度和沖斷后的高度( (m),Am),Akuku的單位為的單位為J J或或Kgf.m(1Kgf.m=9.8J)Kgf.m(1Kgf.m=9.8J)。沖擊吸收功沖擊吸收功A Akuku除以試樣沖斷前缺口處的橫截面積除以試樣沖斷前缺口處的橫截面

43、積S(cmS(cm2 2) )所得的商所得的商稱為沖擊韌度稱為沖擊韌度用用a akuku表示表示單位為單位為J/cmJ/cm2 2( (或或Kgf.m/cmKgf.m/cm2 2) )。A Akukuaakuku中的中的“U”U”表示表示U U型缺口試樣。型缺口試樣。二二金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:39/130沖擊韌性沖擊韌性 沖擊韌度與試樣的尺寸形狀有關。標准沖擊試樣有沖擊韌度與試樣的尺寸形狀有關。標准沖擊試樣有U U型缺口和型缺口和V V型缺口兩種型缺

44、口兩種其沖擊韌度分別用其沖擊韌度分別用akuaku和和akvakv表示。表示。V V型缺口比型缺口比U U型缺口容易產生應力集中型缺口容易產生應力集中從而使材料的脆性從而使材料的脆性增加而韌性減小增加而韌性減小故同一材料故同一材料akvakv比比akuaku值小。由于值小。由于akvakv能能較好反映材料的韌性較好反映材料的韌性所以許多行業（如造船）都采用所以許多行業（如造船）都采用akvakv或或AkvAkv來檢驗材料的韌性。還應該指出來檢驗材料的韌性。還應該指出不能將不能將akuaku值值誤認為沖擊吸收功誤認為沖擊吸收功AkuAku和缺口處橫截面積和缺口處橫截面積S S成比例關系成比例關系

45、即即當材料的截面積增大時當材料的截面積增大時沖擊吸收功成比例增大。沖擊吸收功成比例增大。二二金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:40/130沖擊韌性沖擊韌性 實踐標明實踐標明大型零件易于脆斷大型零件易于脆斷這是由于大型零件在這是由于大型零件在沖斷時難于發生塑性變形沖斷時難于發生塑性變形從而造成脆性增加從而造成脆性增加韌性下降韌性下降的緣故。為避免這種誤解的緣故。為避免這種誤解一些國家已不采用沖擊韌度一些國家已不采用沖擊韌度( (akuaku akvakv)而是直接

46、使用沖擊吸收功而是直接使用沖擊吸收功AkuAku或或AkvAkv作為材作為材料韌性的指標。料韌性的指標。 二二金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 2 2a ak kv v K Kg gf f. .m m/ /c cm m圖圖4 溫度對沖擊韌度的影響溫度對沖擊韌度的影響40CrNi鋼鋼 沖擊吸收功沖擊吸收功沖擊韌度還與試驗溫沖擊韌度還與試驗溫度有關。一些材料的沖擊吸收功度有關。一些材料的沖擊吸收功沖沖擊韌度隨溫度降低而減小擊韌度隨溫度降低而減小且在某一且在某一溫度范圍發生急劇下降溫度范圍發生急劇下降這種現象稱這種現象稱為為冷脆冷脆該溫度范圍稱為脆性轉變溫該溫度范圍稱為脆性轉變溫度范圍度范圍如圖

47、如圖4.4.ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:41/130沖擊韌性沖擊韌性 因此因此工程上還用脆性轉變溫度工程上還用脆性轉變溫度TkTk作為材料韌性指標。作為材料韌性指標。由于確定脆性轉變溫度的依據不同由于確定脆性轉變溫度的依據不同從而得到不同脆性轉從而得到不同脆性轉變溫度指標。工程上常取與某一沖擊吸收功對應的溫度作變溫度指標。工程上常取與某一沖擊吸收功對應的溫度作為脆性轉變溫度為脆性轉變溫度TkTk, ,如如16Mn16Mn鋼的鋼的Tku24JTku24J為為-40C-40C。即。即AkuAku值

48、值不低于不低于24J24J的最低溫度為的最低溫度為-40 C. -40 C. 韌性指標可用來估計零件在使用時是否發生脆性斷裂韌性指標可用來估計零件在使用時是否發生脆性斷裂僅具有對比的相對意義僅具有對比的相對意義不能用于設計計算。零件所要不能用于設計計算。零件所要求的沖擊韌度是依據零件失效分析積累的資料來確定的。求的沖擊韌度是依據零件失效分析積累的資料來確定的。此外此外韌性指標對材料的缺陷反映很敏感韌性指標對材料的缺陷反映很敏感能夠靈敏的顯能夠靈敏的顯示材料宏觀缺陷及組織微小的變化示材料宏觀缺陷及組織微小的變化因此在生產中還用它因此在生產中還用它來檢驗材料質量是否合格。來檢驗材料質量是否合格。二

49、二金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:42/130疲勞強度疲勞強度 許多零件在工作時所承許多零件在工作時所承受的應力是隨時間作周期性受的應力是隨時間作周期性變化的。例如變化的。例如傳動軸在轉傳動軸在轉動時雖然外力動時雖然外力F F不變不變但軸上但軸上A A點處的應力點處的應力卻是卻是隨時間隨時間t t作周期性的變化作周期性的變化如圖如圖5.5.這這種應力稱為交變應力。從圖種應力稱為交變應力。從圖中還可看出中還可看出最大應力最大應力2 2與與最小應力最小應力4 4大

50、小相等而符號大小相等而符號相反相反這種應力循環稱為對這種應力循環稱為對稱循環。稱循環。二二金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 F1 12 23 34 41 1t t圖圖5 軸的交變應力軸的交變應力 ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:43/130疲勞強度疲勞強度 金屬材料在交變應力作用下會產生局部累積損傷金屬材料在交變應力作用下會產生局部累積損傷經長經長期應力循環后期應力循環后這種損傷逐步發展成為裂紋或斷裂這種損傷逐步發展成為裂紋或斷裂這種這種現象稱為疲勞破壞。金屬材料在交變應力下的疲勞破壞與現象稱

51、為疲勞破壞。金屬材料在交變應力下的疲勞破壞與靜拉力下的破壞完全不同靜拉力下的破壞完全不同其特點是其特點是疲勞破壞的應力低疲勞破壞的應力低其應力不僅低于抗拉強度其應力不僅低于抗拉強度甚至低于屈服強度甚至低于屈服強度再有再有疲勞破壞時無明顯的塑性變形疲勞破壞時無明顯的塑性變形即使是塑性材料即使是塑性材料在斷裂在斷裂前也不呈現明顯的塑性變形前也不呈現明顯的塑性變形而是脆性斷裂而是脆性斷裂因此因此具有具有較大的危險性較大的危險性。 疲勞強度是指金屬材料經無數多次應力循環而發生疲勞疲勞強度是指金屬材料經無數多次應力循環而發生疲勞破壞的最大應力值破壞的最大應力值。它表征材料對疲勞破壞的抗力。它表征材料對疲

52、勞破壞的抗力。二二金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:44/130疲勞強度疲勞強度 金屬材料的疲勞強度一般是用金屬材料的疲勞強度一般是用GB4337-84GB4337-84金屬彎曲金屬彎曲疲勞試驗方法疲勞試驗方法測定的。試驗是用一組（測定的。試驗是用一組（610610根）光滑根）光滑圓形截面的試樣圓形截面的試樣測出試樣所呈受的彎曲交變應力測出試樣所呈受的彎曲交變應力maxmax與其對應的斷裂前應力循環此次數與其對應的斷裂前應力循環此次數N N的關系曲線（疲勞曲的關

53、系曲線（疲勞曲線）線）如圖所示。由圖可知如圖所示。由圖可知maxmax愈小則愈小則N N愈大愈大當當maxmax二二金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 圖圖6 鋼的疲勞曲線鋼的疲勞曲線 N107-1-1maxmax降低到某一數值時降低到某一數值時疲勞曲線疲勞曲線趨于水平趨于水平即表示材料經無窮即表示材料經無窮多次應力循環多次應力循環( (實際上實際上一般一般規定應力循環次數規定應力循環次數NN鋼鐵為鋼鐵為10107 7次次有色金屬為有色金屬為10108 8次次) )而不而不發生疲勞破壞發生疲勞破壞該應力值就是該應力值就是ConfidentialLu uXshareshare- - Conn.

54、 R & DConn. R & D11/308 Page:45/130疲勞強度疲勞強度 材料的疲勞破壞強度材料的疲勞破壞強度用用-1-1或或-1(N)-1(N)表示。符號中的表示。符號中的“-1”-1”代表對稱循環代表對稱循環“N”“N”代表試樣斷裂前經受的循環代表試樣斷裂前經受的循環次數次數單位為單位為N/mmN/mm2 2。例如例如40Cr40Cr鋼經受鋼經受10107 7次應力循環而次應力循環而不斷裂時的最大應力為不斷裂時的最大應力為570N/mm570N/mm2 2, ,記為記為-1(10-1(107 7) )= 570N/mm= 570N/mm2 2。經測定鋼的經測定鋼的-1-1只有

55、只有b b的的50%50%左右。左右。 實際零件的疲勞強度不僅與材料有關實際零件的疲勞強度不僅與材料有關而且還受零而且還受零件尺寸形狀件尺寸形狀表面質量等因數的影響。零件上孔表面質量等因數的影響。零件上孔槽等槽等結構形狀的突然變化結構形狀的突然變化以及加工造成的刀痕以及加工造成的刀痕都會引起都會引起應力集中應力集中使疲勞強度降低。而采用表面強化工藝使疲勞強度降低。而采用表面強化工藝如如表面淬火表面淬火噴丸等噴丸等都會提高疲勞強度。因此都會提高疲勞強度。因此不能把不能把光滑圓形截面試樣測定的材料疲勞強度光滑圓形截面試樣測定的材料疲勞強度誤認為就是零誤認為就是零件的疲勞強度。件的疲勞強度。二二金屬

56、材料的力學性能金屬材料的力學性能 ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:46/130硬度硬度 硬度的試驗方法很多硬度的試驗方法很多在機器制造中廣泛采用壓入法。壓入法的硬度在機器制造中廣泛采用壓入法。壓入法的硬度是指金屬材料抵抗比它更硬的物體壓入其表面的能力。硬度試驗方法簡便是指金屬材料抵抗比它更硬的物體壓入其表面的能力。硬度試驗方法簡便易行易行試驗時不破壞工件試驗時不破壞工件且硬度值與其他力學性能指標（如且硬度值與其他力學性能指標（如b b -1-1) )有有一定的關系。因此一定的關系。因此在生產制造中

57、廣泛用硬度作為產品圖面的技朮要求在生產制造中廣泛用硬度作為產品圖面的技朮要求來控制成批生產的零件質量。來控制成批生產的零件質量。常用的硬度試驗方法常用的硬度試驗方法有布氏硬度有布氏硬度洛氏洛氏硬度和維氏硬度等。硬度和維氏硬度等。布氏硬度布氏硬度 布氏硬度指標是按照布氏硬度指標是按照GB231-84GB231-84金屬布氏硬度試驗方法金屬布氏硬度試驗方法測定的。測定的。 布氏硬度試驗原理如圖布氏硬度試驗原理如圖77用一定的試驗力用一定的試驗力( (KgfKgf),),將直徑為將直徑為D(mm)D(mm)的鋼球的鋼球或硬質合金球壓入金屬表面或硬質合金球壓入金屬表面保持一定時間保持一定時間(S)(S

58、)后卸去試驗力后卸去試驗力然后測出然后測出金屬表面的壓痕直徑金屬表面的壓痕直徑d(mm)d(mm)。布氏硬度值是試驗力布氏硬度值是試驗力F F除以壓痕球形表面積除以壓痕球形表面積A A所得的商所得的商計算公式為計算公式為布氏硬度布氏硬度HB=F/A=2F/D(D-qurt(DHB=F/A=2F/D(D-qurt(D2 2-d-d2 2)布氏布氏硬度值一般是根據測得的壓痕直徑硬度值一般是根據測得的壓痕直徑d d通過查表得出的。布氏硬度值越大通過查表得出的。布氏硬度值越大表示材料越硬。表示材料越硬。二二金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 ConfidentialLu uXshareshare-

59、- Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:47/130布氏硬度布氏硬度 布氏硬度試驗測得的壓痕直徑布氏硬度試驗測得的壓痕直徑d d必須必須在在0.24D0.6D0.24D0.6D之間之間否則硬度值不准確否則硬度值不准確測值無效。為了使布氏硬度試驗適用測值無效。為了使布氏硬度試驗適用于各種材料于各種材料并獲得准確而有效的硬度并獲得准確而有效的硬度值值GB231-84GB231-84對試驗所用的壓頭對試驗所用的壓頭試驗試驗力力試驗力保持的時間等試驗規范作了試驗力保持的時間等試驗規范作了具體規定。壓頭有鋼球和硬質合金兩種。具體規定。壓頭有鋼球和硬質合金兩種。鋼球適用于布

60、氏硬度值小于鋼球適用于布氏硬度值小于450450的材料的材料硬質合金球適用于布氏硬度值小于硬質合金球適用于布氏硬度值小于650650的的材料。一般常用鋼球壓頭。球體直徑有材料。一般常用鋼球壓頭。球體直徑有10mm5mm2.5mm2mm1mm10mm5mm2.5mm2mm1mm五種五種以以適用于不同尺寸的材料。適用于不同尺寸的材料。二二金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 圖圖7 布氏硬度試驗原理布氏硬度試驗原理 ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:48/130布氏硬度布氏硬度 國標規定試驗力國標規定試

61、驗力F=KDF=KD2 2KK為常數為常數其值有其值有3015105 3015105 2.5 1.2512.5 1.251等等用來滿足各種材料的硬度測定用來滿足各種材料的硬度測定以保証測值有以保証測值有效。若效。若K K為定值時為定值時不論選用怎樣的球體直徑不論選用怎樣的球體直徑D D及其對應的試驗力及其對應的試驗力FF對于同一材料所測得的硬度值是相同的對于同一材料所測得的硬度值是相同的對于不同材料所測得對于不同材料所測得的硬度值可以進行直接比較的硬度值可以進行直接比較但是但是,K,K為不同值時為不同值時所測得的硬度值所測得的硬度值則不能直接比較。試驗力保持時間則不能直接比較。試驗力保持時間鋼

62、鐵材料為鋼鐵材料為1015S1015S有色金屬有色金屬30S30S很軟的材料為很軟的材料為60S.60S.上述試驗規范是根據被測金屬材料種類上述試驗規范是根據被測金屬材料種類尺寸和硬度范圍從尺寸和硬度范圍從GB231-84GB231-84中查得。鋼鐵材料一般選用直徑中查得。鋼鐵材料一般選用直徑D D為為10mm10mm的鋼球壓頭的鋼球壓頭試驗力試驗力F=30DF=30D2 2=3000Kgf,=3000Kgf,保持保持1015S,1015S,測得的硬度測得的硬度值在值在140450140450之間之間試驗結果有效。若硬度值試驗結果有效。若硬度值140140則應改用則應改用F=10DF=10D2

63、 2=1000Kgf=1000Kgf保持保持30S30S重做試驗重做試驗若硬度值大于若硬度值大于450450一般應改一般應改用洛氏硬度用洛氏硬度(HRC)(HRC)來測定。來測定。二二金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:49/130布氏硬度布氏硬度 布氏硬度值的表示方法是依次標出布氏硬度值的表示方法是依次標出硬度數值硬度數值布氏硬度符號布氏硬度符號HBHB壓頭類型（鋼球用壓頭類型（鋼球用SS硬質合金球用硬質合金球用W)W)試驗規范試驗規范( (球體直徑球體直徑mm

64、mm試驗力試驗力KgfKgf保持時間保持時間S)S)。例如例如120HBS120HBS10/1000/3010/1000/30表示用直徑表示用直徑10mm10mm鋼球在鋼球在1000Kgf1000Kgf下保持下保持30S30S測得的布氏硬度值為測得的布氏硬度值為120.120.若試驗力保若試驗力保持時間為持時間為1015S1015S可以不標出可以不標出如如229HBS229HBS10/300010/3000。布氏硬度值不標布氏硬度值不標出單位。習慣上布氏硬度值不標出試驗規范出單位。習慣上布氏硬度值不標出試驗規范如如170HBS.170HBS. 布氏硬度所測的壓痕面積大布氏硬度所測的壓痕面積大能

65、反映較大范圍內金屬的平均性能反映較大范圍內金屬的平均性能能故測值重復性強故測值重復性強准確。布氏硬度值與抗拉強度有一定關系准確。布氏硬度值與抗拉強度有一定關系鋼材的鋼材的b b(N/mm(N/mm2 2)=(10/3)HBS,)=(10/3)HBS,由于壓痕由于壓痕較大較大所以檢驗所以檢驗成品有困難。目前一般用淬火鋼球作壓頭成品有困難。目前一般用淬火鋼球作壓頭故不能測淬故不能測淬火鋼件的硬度。常用于測火鋼件的硬度。常用于測450HBS450HBS的原材料或零件毛坯的原材料或零件毛坯的硬度。的硬度。二二金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 ConfidentialLu uXshareshare-

66、 - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:50/130洛氏硬度洛氏硬度 洛氏硬度洛氏硬度/ /是按照是按照GB/T230-91GB/T230-91金屬洛氏硬度試驗方法金屬洛氏硬度試驗方法測定的。測定的。它和布氏硬度一樣它和布氏硬度一樣也是一種壓入法。但它不是測量壓痕面積也是一種壓入法。但它不是測量壓痕面積用用單位面積上的力來表示硬度值單位面積上的力來表示硬度值而是測量壓痕深度而是測量壓痕深度以壓痕深淺來以壓痕深淺來表示硬度值。洛氏硬度試驗原理如圖表示硬度值。洛氏硬度試驗原理如圖8.8.它是用金剛石圓錐或直徑為它是用金剛石圓錐或直徑為1/16in1/16in鋼球作

67、為壓頭。在測定硬度時鋼球作為壓頭。在測定硬度時先加預負荷先加預負荷將壓頭壓至將壓頭壓至b b點點然后再加主負荷然后再加主負荷進一步把壓頭壓至進一步把壓頭壓至c c點。點。 最后卸除主負荷最后卸除主負荷在彈性作在彈性作用下使壓痕深度從用下使壓痕深度從c c點回到點回到d d點。點。這是這是bdbd之間的距離之間的距離h h即由主負荷即由主負荷引起的壓痕深度。用引起的壓痕深度。用h h來衡量金來衡量金屬的硬度屬的硬度壓痕深度壓痕深度h h愈淺愈淺金金屬愈硬屬愈硬反之亦然。反之亦然。二二金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 圖圖8 洛氏硬度試驗原理洛氏硬度試驗原理 ConfidentialLu uX

68、shareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:51/130洛氏硬度洛氏硬度 為了適應人們習慣上數值愈大愈硬的概念為了適應人們習慣上數值愈大愈硬的概念規定一常數規定一常數K K減去壓減去壓痕深度痕深度h h的值作為洛氏硬度值的值作為洛氏硬度值并規定每并規定每0.002mm0.002mm為一個洛氏硬度單為一個洛氏硬度單位。位。 洛氏硬度用符號洛氏硬度用符號HRHR表示表示為為HR=(K-h)/0.002HR=(K-h)/0.002根據所用的壓根據所用的壓頭和負荷的不同頭和負荷的不同洛氏硬度分為洛氏硬度分為HRAHRBHRCHRAHRBHRC等硬度指

69、標。等硬度指標。HRAHRCHRAHRC都是用金鋼石圓錐作壓頭都是用金鋼石圓錐作壓頭分別施加分別施加60150Kgf60150Kgf總負荷總負荷其硬度值計算公式中的常數其硬度值計算公式中的常數K K為為0.20.2用于測量硬材料或工件的硬度。用于測量硬材料或工件的硬度。HRBHRB是用鋼球作壓頭是用鋼球作壓頭施加施加100Kgf100Kgf的總負荷的總負荷計算公式中的常數計算公式中的常數K K為為0.260.26主要用于測定軟材料或毛坯的硬度。洛氏硬度的表示方法是主要用于測定軟材料或毛坯的硬度。洛氏硬度的表示方法是依次標出依次標出洛氏硬度值洛氏硬度值符號符號HRHR和標尺（和標尺（ABC)AB

70、C)。例如例如55HRC55HRC表示表示C C標尺測定的洛氏硬度為標尺測定的洛氏硬度為5555。洛氏硬度值是一個無名數。洛氏硬度值是一個無名數無單無單位。位。 二二金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:52/130洛氏硬度洛氏硬度 與布氏硬度比較與布氏硬度比較洛氏硬度試驗操作簡便迅速洛氏硬度試驗操作簡便迅速可可直接讀出硬度值。由于壓痕小直接讀出硬度值。由于壓痕小故可測成品件和較薄材故可測成品件和較薄材料的硬度料的硬度但測值重復性差但測值重復性差通常需要在一個試件上

71、的通常需要在一個試件上的不同部位測量三次不同部位測量三次取其平均值作為試件硬度值。目前取其平均值作為試件硬度值。目前生產上常用洛氏硬度生產上常用洛氏硬度HRCHRC來測定淬火鋼制零件的硬度。來測定淬火鋼制零件的硬度。HRCx10HBSHRCx10HBS。二二金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:53/130維氏硬度維氏硬度 維氏硬度試驗原理如圖維氏硬度試驗原理如圖9.9.它是用一定的試驗力它是用一定的試驗力F(KgfF(Kgf),),將頂角將頂角為為136136的金

72、剛石四棱椎壓入金屬表面的金剛石四棱椎壓入金屬表面保持一定時間后卸去試驗保持一定時間后卸去試驗力力然后測出壓痕對角線的長度然后測出壓痕對角線的長度d1d2(mm)d1d2(mm)并求出壓痕對角線的并求出壓痕對角線的平均值平均值d d。維氏硬度值是試驗力維氏硬度值是試驗力F F（KgfKgf) )除以壓痕表面積除以壓痕表面積A A所的商所的商用用HVHV表示表示為為HV=F/A=1.8544xF/dHV=F/A=1.8544xF/d2 2 , ,維氏硬度值的表示方法維氏硬度值的表示方法是是依次標出依次標出硬度數值硬度數值維氏硬度符號維氏硬度符號HVHV試驗規范（試驗力試驗規范（試驗力KgfKgf保

73、持時間保持時間s s。1015s1015s不標注不標注) )。例如。例如640HV30/20640HV30/20表示用表示用30Kgf30Kgf試驗試驗力保持力保持20s20s測定的維氏硬度值為測定的維氏硬度值為640640。二二金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 圖圖9 維氏硬度試驗原理維氏硬度試驗原理 ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:54/130維氏硬度維氏硬度 維氏硬度試驗使用金剛石四棱椎壓頭維氏硬度試驗使用金剛石四棱椎壓頭由于可用由于可用較小的試驗力較小的試驗力(5Kgf)(5Kgf)故

74、可測較薄的硬化層故可測較薄的硬化層由于使用由于使用的試驗力范圍大的試驗力范圍大(5120Kgf),(5120Kgf),所以可測很軟和很硬的材所以可測很軟和很硬的材料料且具有統一的硬度值。但維氏硬度試驗操作比較麻且具有統一的硬度值。但維氏硬度試驗操作比較麻煩煩在生產中用洛氏硬度不能測定時在生產中用洛氏硬度不能測定時如鋼件氮化層硬如鋼件氮化層硬度度才用維氏硬度測定才用維氏硬度測定HVHBSHVHBS。 應該指出應該指出布氏布氏洛氏洛氏維氏硬度值之間不存在維氏硬度值之間不存在直接換算式。如若必須進行換算時直接換算式。如若必須進行換算時應按照應按照GB1172-GB1172-7474黑色金屬硬度及強度

75、換算值黑色金屬硬度及強度換算值GB3771-83GB3771-83銅合金銅合金硬度與強度換算值硬度與強度換算值等進行換算。上述各種硬度值之間等進行換算。上述各種硬度值之間的近似關系的近似關系只能作為估計只能作為估計不能用于生產實際。不能用于生產實際。二二金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:55/130三三金屬及合金的結構金屬及合金的結構v金屬的結構金屬的結構金屬鍵與金屬的特性金屬鍵與金屬的特性 金屬具有良好的導電性金屬具有良好的導電性導熱性和良好的塑性等特導熱性和

76、良好的塑性等特性。金屬為什么具有這些特性呢性。金屬為什么具有這些特性呢這主要是與金屬原這主要是與金屬原子間的結合方式有關。子間的結合方式有關。 金屬原子的價電子數目很少金屬原子的價電子數目很少一般只有一個一般只有一個二個二個價電子與原子核之間的聯系很弱。因此當金屬原子價電子與原子核之間的聯系很弱。因此當金屬原子相互結合時相互結合時各原子大多會失去價電子而變成為正離各原子大多會失去價電子而變成為正離子子而從原子中脫落下來的價電子而從原子中脫落下來的價電子在正離子間作自在正離子間作自由運動由運動為整個金屬所共有為整個金屬所共有這種電子稱為自由電子。這種電子稱為自由電子。金屬原子是依靠正離子和自由電

77、子的相互吸引而結合金屬原子是依靠正離子和自由電子的相互吸引而結合起來的起來的這種結合方式稱為金屬鍵。這種結合方式稱為金屬鍵。 圖圖10.10.金屬鍵模型金屬鍵模型ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:56/130金屬鍵與金屬的特性金屬鍵與金屬的特性 金屬原子以金屬鍵結合金屬原子以金屬鍵結合其中有自由電子其中有自由電子存在。因此存在。因此在外電場作用下在外電場作用下金屬中的自由金屬中的自由電子便會定向流動電子便會定向流動形成電流形成電流故具有良好的故具有良好的導電性。金屬不僅依靠正離子振動導電性。金屬不僅

78、依靠正離子振動而且還依而且還依靠自由電子運動來傳遞熱量靠自由電子運動來傳遞熱量因此呈現良好的因此呈現良好的導熱性。在外力作用下金屬中的原子面之間可導熱性。在外力作用下金屬中的原子面之間可以作相對移動以作相對移動即發生塑性變形即發生塑性變形而正離子與而正離子與自由電子間的結合不被破壞自由電子間的結合不被破壞使金屬顯示良好使金屬顯示良好的塑性。的塑性。 三三金屬及合金的結構金屬及合金的結構ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:57/130金屬的晶體結構金屬的晶體結構 固態物質可分為晶體和非晶體兩大類。在晶固

79、態物質可分為晶體和非晶體兩大類。在晶體物質中體物質中組成物質的質點（原子或分子組成物質的質點（原子或分子) )在空在空間作有規則的排列間作有規則的排列而在非晶體物質中而在非晶體物質中組成組成物質的質點是無規則地堆積起來的。金屬原子物質的質點是無規則地堆積起來的。金屬原子是規則排列的是規則排列的并以金屬鍵結合并以金屬鍵結合因此因此金屬都金屬都是晶體。是晶體。 三三金屬及合金的結構金屬及合金的結構ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:58/130金屬的晶體結構金屬的晶體結構 常見金屬的晶格常見金屬的晶格 面

80、心立方晶格面心立方晶格在立方體的每個角和每個面在立方體的每個角和每個面上各有一個原子。具有這類晶格的金屬有上各有一個原子。具有這類晶格的金屬有 -鐵鐵銅銅鋁等。鋁等。 圖圖11 11 面心立方晶格面心立方晶格三三金屬及合金的結構金屬及合金的結構ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:59/130金屬的晶體結構金屬的晶體結構 常見金屬的晶格常見金屬的晶格 體心立方晶格體心立方晶格在立方體的每個角和體心上在立方體的每個角和體心上各有一個原子。具有這類晶格的金屬有各有一個原子。具有這類晶格的金屬有-鐵鐵-鐵鐵-

81、鈦鈦鉻等。鉻等。 圖圖12 12 體心立方晶格體心立方晶格三三金屬及合金的結構金屬及合金的結構ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:60/130金屬的晶體結構金屬的晶體結構 常見金屬的晶格常見金屬的晶格 密排六方晶格密排六方晶格除六方體的每除六方體的每個角和上個角和上下面心上各有一個下面心上各有一個原子外原子外在六方體的中心還有在六方體的中心還有三個原子。具有這類晶格的金三個原子。具有這類晶格的金屬有屬有鎂鎂鋅鋅 - -鈦鈦等。等。 一些金屬一些金屬如鐵如鐵鈦鈦具有具有兩種或兩種以上的晶格類型兩種或兩種

82、以上的晶格類型即具有同素異構性。即具有同素異構性。圖圖1313密排六方晶密排六方晶格格三三金屬及合金的結構金屬及合金的結構ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:61/130 例如例如,-,-鐵鐵在在晶面指數上晶面指數上E=290GN/mE=290GN/m2 2而在而在晶面指數上晶面指數上E=135GN/mE=135GN/m2 2其力學性能呈現明顯的各向異性。晶體的各其力學性能呈現明顯的各向異性。晶體的各向異性還在物理向異性還在物理化學性能上表現出來。一化學性能上表現出來。一些晶體物質些晶體物質如云母如云

83、母單晶硅等常沿一定的單晶硅等常沿一定的晶面破裂晶面破裂也是這個道理。晶體的各向異性也是這個道理。晶體的各向異性具有很大的實際意義。例如具有很大的實際意義。例如用單晶硅制造用單晶硅制造晶體管晶體管就是利用晶體的各向異性來指導加就是利用晶體的各向異性來指導加工工藝。工工藝。金屬的晶體結構金屬的晶體結構 晶體的各向異性晶體的各向異性 空間中原子排列相同空間中原子排列相同空間位向一致的一組平行原子面空間位向一致的一組平行原子面稱為晶面。稱為晶面。 由于晶體中各晶面由于晶體中各晶面晶向上的原子密度不同晶向上的原子密度不同從而使晶體在不同方從而使晶體在不同方向上顯示出不同的性能向上顯示出不同的性能這種現象

84、稱為各向異性。這種現象稱為各向異性。111111110110100100圖圖1414三三金屬及合金的結構金屬及合金的結構ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:62/130金屬的實際晶體結構與晶體缺陷金屬的實際晶體結構與晶體缺陷 單晶體與多晶體單晶體與多晶體 單晶體單晶體中的原子呈規則排列中的原子呈規則排列晶格位向僅基本一致晶格位向僅基本一致具有各向異具有各向異性性。除非專門制作。除非專門制作一般在工業生產中得不到單晶體金屬。一般在工業生產中得不到單晶體金屬。 工業上用的金屬一般為多晶體工業上用的金屬一般

85、為多晶體如圖如圖1515。它是由許多小晶體。它是由許多小晶體( (稱稱為晶粒為晶粒) )組成。每個晶粒內部原子呈規則排列組成。每個晶粒內部原子呈規則排列晶格位向基本一致。晶格位向基本一致。而相鄰晶粒的晶格位向相差很大而相鄰晶粒的晶格位向相差很大一般為一般為3030 4040 。晶粒之間的界面晶粒之間的界面稱為晶界。晶界處的原子排列是不規則的。稱為晶界。晶界處的原子排列是不規則的。多晶體金屬的性能為各個多晶體金屬的性能為各個晶粒性能的平均值晶粒性能的平均值呈現各向同性呈現各向同性。例如。例如工業純鐵工業純鐵(-(-鐵鐵) )為多晶為多晶體體各向上的各向上的E E值均為值均為210GN/m210G

86、N/m2 2。 晶晶粒粒內部的晶格位向也是不完內部的晶格位向也是不完全一致的。其中不同小區的晶格位全一致的。其中不同小區的晶格位向相差大約向相差大約10102020。這些小區這些小區稱為亞晶粒。亞晶粒之間的界面稱稱為亞晶粒。亞晶粒之間的界面稱為亞晶界。為亞晶界。三三金屬及合金的結構金屬及合金的結構ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:63/130金屬的實際晶體結構與晶體缺陷金屬的實際晶體結構與晶體缺陷 晶體缺陷晶體缺陷 金屬中的原子都是規則排列的金屬中的原子都是規則排列的這是指理想狀態的金屬晶體結構。這

87、是指理想狀態的金屬晶體結構。實際上實際上金屬晶體中總有極少數原子排列不規則和不完整金屬晶體中總有極少數原子排列不規則和不完整即存在著即存在著晶體缺陷。按晶體缺陷的几何形態特征晶體缺陷。按晶體缺陷的几何形態特征可將其分成可將其分成點缺陷點缺陷線缺陷線缺陷和面缺陷。和面缺陷。 點缺陷點缺陷-空位空位間隙原子間隙原子 有的晶格結點上沒有原子存在有的晶格結點上沒有原子存在這就是晶這就是晶格空位格空位( (簡稱空位簡稱空位) )。 還有的原子不在晶格結點上還有的原子不在晶格結點上而是擠入而是擠入晶格間隙中晶格間隙中這種原子稱為間隙原子。空位和這種原子稱為間隙原子。空位和間隙原子附近的原子呈現不排列規則間

88、隙原子附近的原子呈現不排列規則使晶格使晶格扭曲扭曲即晶格發生即便畸變。即晶格發生即便畸變。三三金屬及合金的結構金屬及合金的結構ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:64/130金屬的實際晶體結構與晶體缺陷金屬的實際晶體結構與晶體缺陷 晶體缺陷晶體缺陷 線缺陷線缺陷-位錯位錯( (或稱位錯線或稱位錯線) ) 位錯是指晶體中一列或多列原子發生有規則錯排。位錯的形式位錯是指晶體中一列或多列原子發生有規則錯排。位錯的形式有刃型和螺型兩種。有刃型和螺型兩種。 三三金屬及合金的結構金屬及合金的結構Confident

89、ialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:65/130金屬的實際晶體結構與晶體缺陷金屬的實際晶體結構與晶體缺陷 晶體缺陷晶體缺陷 面缺陷面缺陷-晶界晶界亞晶界亞晶界 晶體和亞晶界上的原子排列晶體和亞晶界上的原子排列是從一種位向過渡到另一種位向。是從一種位向過渡到另一種位向。在這個過渡層中的原子排列是不規則的在這個過渡層中的原子排列是不規則的晶格發生畸變。晶格發生畸變。 晶體缺陷的數量雖然不大晶體缺陷的數量雖然不大但對金屬性能的影響和內部結構的變但對金屬性能的影響和內部結構的變化具有重要意義。應該指出化具有重要意義。應該指出金

90、屬晶體存在缺陷金屬晶體存在缺陷不等于金屬存在缺不等于金屬存在缺點。實際生產中點。實際生產中可通過一定的工藝措施來控制晶體缺陷的數量和存可通過一定的工藝措施來控制晶體缺陷的數量和存在的狀態在的狀態從而調整金屬的工藝性能和使用性能。從而調整金屬的工藝性能和使用性能。三三金屬及合金的結構金屬及合金的結構ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:66/130合金的結構合金的結構 由兩種或兩種以上的元素由兩種或兩種以上的元素( (以金屬元素為主以金屬元素為主) )組成的具有金屬組成的具有金屬特性的物質叫合金。在工程上

91、合金的應用范圍比純金屬廣泛得多。特性的物質叫合金。在工程上合金的應用范圍比純金屬廣泛得多。常用的鋼常用的鋼鑄鐵鑄鐵黃銅黃銅磷銅等都是合金。合金的使用性能和工磷銅等都是合金。合金的使用性能和工藝性能均比純金屬好藝性能均比純金屬好尤其是力學性能優越。例如尤其是力學性能優越。例如純鐵的純鐵的b b約約為為200N/mm200N/mm2 2, ,而而Q235-AQ235-A鋼鋼( (鐵碳合金）的鐵碳合金）的b b約為約為460N/mm460N/mm2 2。 組成合金最基本的組成合金最基本的能夠獨立存在的物質稱為組元。一般來能夠獨立存在的物質稱為組元。一般來說組元就是組成合金的元素。另外穩定化合物也可視

92、作組元。合說組元就是組成合金的元素。另外穩定化合物也可視作組元。合金按數目金按數目可分為二元合金可分為二元合金三元合金等。例如三元合金等。例如黃銅就是由銅黃銅就是由銅和鋅元素組成的合金和鋅元素組成的合金屬于二元合金。由相同的几個元素配制的屬于二元合金。由相同的几個元素配制的一系列不同成分的合金一系列不同成分的合金這一系列合金就構成一個合金系或簡稱這一系列合金就構成一個合金系或簡稱系。例如系。例如各種成份的碳鋼和灰鑄鐵均屬于鐵碳合金系。各種成份的碳鋼和灰鑄鐵均屬于鐵碳合金系。三三金屬及合金的結構金屬及合金的結構ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DC

93、onn. R & D11/308 Page:67/130金屬的塑性變形金屬的塑性變形 大多數金屬及合金都具有良好的塑性。通過鍛造大多數金屬及合金都具有良好的塑性。通過鍛造軋軋制制拉拔拉拔擠壓和沖壓等塑性成形的壓力加工擠壓和沖壓等塑性成形的壓力加工不但可以不但可以獲得人們所需要的各種形狀和尺寸的坯料或零件獲得人們所需要的各種形狀和尺寸的坯料或零件而且也而且也可以改變金屬的內部組織結構和性能。經過壓力加工的坯可以改變金屬的內部組織結構和性能。經過壓力加工的坯料和零件的組織料和零件的組織性能與材料所進行的塑性變形及隨后加性能與材料所進行的塑性變形及隨后加熱所發生的回復與再結晶有密切關系。熱所發生的回

94、復與再結晶有密切關系。 工業上實際使用的金屬材料工業上實際使用的金屬材料可以是金屬可以是金屬也可以是也可以是合金合金它們都是多晶體。多晶體金屬的塑性變形與多晶體它們都是多晶體。多晶體金屬的塑性變形與多晶體中每個晶粒的變形有關。中每個晶粒的變形有關。塑性變形對金屬組織與性能的影響塑性變形對金屬組織與性能的影響 金屬經過塑性變形金屬經過塑性變形( (冷加工冷加工)其組織和性能會發生一其組織和性能會發生一系列重大變化。這些變化大致表現在系列重大變化。這些變化大致表現在金屬組織和結構的變金屬組織和結構的變化化加工硬化及殘余內應力等三個方面加工硬化及殘余內應力等三個方面。 四四金屬的塑性變形金屬的塑性變

95、形ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:68/130金屬組織和結構的變化金屬組織和結構的變化 晶粒變形晶粒變形金屬在外力作用下發生塑性變形時金屬在外力作用下發生塑性變形時隨著隨著外形的改變外形的改變金屬內部晶粒的形狀也發生相應的變化。通金屬內部晶粒的形狀也發生相應的變化。通常是等軸晶粒沿變形方向被拉長或壓扁。變形程度愈大則常是等軸晶粒沿變形方向被拉長或壓扁。變形程度愈大則金屬晶粒的形狀變化也愈大。金屬晶粒的形狀變化也愈大。 當變形程度很大時當變形程度很大時晶粒變成細條狀晶粒變成細條狀晶界變得不晶界變得不

96、清楚清楚同時同時金屬中夾雜物也沿變形方向被拉長。這種被金屬中夾雜物也沿變形方向被拉長。這種被拉長的呈纖維狀的晶粒組織拉長的呈纖維狀的晶粒組織稱為纖維組織。稱為纖維組織。 亞結構亞結構( (亞晶粒亞晶粒) )細化細化位錯密度位錯密度增加及難動增加及難動金屬發生塑性變形時金屬發生塑性變形時, ,除了晶粒外形發生改變外除了晶粒外形發生改變外晶粒內晶粒內部存在的亞結構部存在的亞結構( (亞晶粒亞晶粒) )也會細化也會細化形成形變亞結構形成形變亞結構如圖。如圖。亞晶粒亞晶粒亞亞晶晶界界四四金屬的塑性變形金屬的塑性變形ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DCo

97、nn. R & D11/308 Page:69/130塑性變形對金屬組織與性能的影響塑性變形對金屬組織與性能的影響 變形前變形前金屬中的位錯是低密度的（金屬中的位錯是低密度的（10106 610108 8cmcm-2-2),),分布均勻且易動。但在大量塑性變形后分布均勻且易動。但在大量塑性變形后由于位錯增殖由于位錯增殖使位錯密度增加使位錯密度增加( (達達1010111110101212cmcm-2-2)同時由于位錯運動及同時由于位錯運動及其相互作用導致位錯堆積其相互作用導致位錯堆積纏結。這種現象進一步發展促纏結。這種現象進一步發展促使晶粒使晶粒“碎化碎化”稱為許多位向略有差異的亞晶粒。在亞晶

98、稱為許多位向略有差異的亞晶粒。在亞晶粒的邊界粒的邊界( (亞晶界亞晶界) )上聚集著大量位錯上聚集著大量位錯而亞晶粒的內部位而亞晶粒的內部位錯很低。在亞晶界堆積的位錯錯很低。在亞晶界堆積的位錯以及它們的相互作用以及它們的相互作用會會阻止位錯進一步的運動阻止位錯進一步的運動從而使位錯從易動變為難動。變從而使位錯從易動變為難動。變形程度愈大形程度愈大變形金屬中的亞晶粒細化愈嚴重變形金屬中的亞晶粒細化愈嚴重位錯密度位錯密度增加愈多。增加愈多。四四金屬的塑性變形金屬的塑性變形ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page

99、:70/130塑性變形對金屬組織與性能的影響塑性變形對金屬組織與性能的影響加工硬化加工硬化 塑性變形對金屬性能的最大影響是加工硬化。加工硬化亦稱形變塑性變形對金屬性能的最大影響是加工硬化。加工硬化亦稱形變強化或冷作硬化。下圖表示塑性變形后金屬力學性能與變形程度的關強化或冷作硬化。下圖表示塑性變形后金屬力學性能與變形程度的關系。由圖可看出系。由圖可看出金屬材料經過塑性變形金屬材料經過塑性變形之后之后強度強度硬度明顯提高硬度明顯提高而塑性韌性很快下降。并且變形程度越大而塑性韌性很快下降。并且變形程度越大性能變化越大。這種性能變化越大。這種隨隨著變形程度增大著變形程度增大金屬的強度金屬的強度硬度顯著

100、提高硬度顯著提高塑性韌性明顯下降的塑性韌性明顯下降的現象現象稱為加工硬化。稱為加工硬化。冷軋變形冷軋變形% %冷軋變形冷軋變形% %純銅純銅低碳鋼低碳鋼b bb b % % % %b b M MN N/ /m m2 2b b M MN N/ /m m2 2四四金屬的塑性變形金屬的塑性變形ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:71/130塑性變形對金屬組織與性能的影響塑性變形對金屬組織與性能的影響 加工硬化產生的原因加工硬化產生的原因 根本原因是亞結構細化和位錯密度增大且難動。根本原因是亞結構細化和位錯密

101、度增大且難動。 加工硬化的意義加工硬化的意義: : 1. 1.是一種強化金屬材料的手段。對于不能用熱處理是一種強化金屬材料的手段。對于不能用熱處理方法強化的金屬材料方法強化的金屬材料如純金屬如純金屬某些鋁合金及銅合金某些鋁合金及銅合金鉻鎳不鏽鋼和高錳鋼等顯得更重要。鉻鎳不鏽鋼和高錳鋼等顯得更重要。 2.2.加工硬化有利于金屬進行均勻變形。加工硬化有利于金屬進行均勻變形。 加工硬化不利的一面加工硬化不利的一面 在金屬材料的加工過程中在金屬材料的加工過程中為了使加工硬化的金屬為了使加工硬化的金屬材料能進一步變形材料能進一步變形必須進行中間熱處理必須進行中間熱處理( (中間退火中間退火) )來消來消

102、除加工硬化現象除加工硬化現象從而增加成本及降低生產效率。從而增加成本及降低生產效率。四四金屬的塑性變形金屬的塑性變形ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:72/130塑性變形對金屬組織與性能的影響塑性變形對金屬組織與性能的影響塑性變形還會使金屬的某些物理性能塑性變形還會使金屬的某些物理性能化學性能發生變化化學性能發生變化例如例如使金屬的電阻增大使金屬的電阻增大耐蝕性降低等。耐蝕性降低等。塑性變形還會使變形金屬的性能呈明顯的方向性。塑性變形還會使變形金屬的性能呈明顯的方向性。 金屬在外力作用下金屬在外力作

103、用下晶粒外形發生變化晶粒外形發生變化當變形程度當變形程度達到一定數值后達到一定數值后會形成纖維組織會形成纖維組織其縱向性能其縱向性能( (沿纖維沿纖維方向性能方向性能) )要大于橫向性能要大于橫向性能( (垂直于纖維方向性能垂直于纖維方向性能)即呈即呈現各向異性現象。現各向異性現象。殘余內應力殘余內應力 當作用于金屬材料的外力去除后當作用于金屬材料的外力去除后仍殘留在金屬內部仍殘留在金屬內部且平衡于金屬內部的應力且平衡于金屬內部的應力稱為殘余內應力。稱為殘余內應力。 殘余內應力是由于金屬材料在外力作用下殘余內應力是由于金屬材料在外力作用下各部分變各部分變形不均勻造成的。按照其作用范圍可分為以下

104、三類形不均勻造成的。按照其作用范圍可分為以下三類四四金屬的塑性變形金屬的塑性變形ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:73/130殘余內應力殘余內應力 1.1.金屬的表面層和心部變形不均勻金屬的表面層和心部變形不均勻或金屬的這一或金屬的這一部分和另一部分變形不均勻部分和另一部分變形不均勻會造成平衡于它們的宏觀內會造成平衡于它們的宏觀內應力應力( (又稱為第一類內應力又稱為第一類內應力) )。2.2.相鄰晶粒變形不均勻或晶相鄰晶粒變形不均勻或晶粒內部不同部位變形不均勻造成微觀內應力粒內部不同部位變形不均勻

105、造成微觀內應力( (又稱第二類又稱第二類內應力內應力) )。3.3.由于位錯等晶體缺陷的增加由于位錯等晶體缺陷的增加引起其附近晶引起其附近晶格畸變而產生晶格畸變內應力格畸變而產生晶格畸變內應力( (可稱第三類內應力可稱第三類內應力) )。 通常通常金屬變形時金屬變形時外力對金屬所作功的絕大部分外力對金屬所作功的絕大部分(90%(90%以上以上) )在變形過程中轉化為熱而散失在變形過程中轉化為熱而散失只有少量能量只有少量能量(10%(10%以下以下) )轉化為內應力殘留在金屬中轉化為內應力殘留在金屬中使金屬的內能增使金屬的內能增加。其中晶格畸變應力占絕大部分加。其中晶格畸變應力占絕大部分這是使金

106、屬強化的重這是使金屬強化的重要原因。雖然宏觀內應力和微觀內應力占的比例不大要原因。雖然宏觀內應力和微觀內應力占的比例不大但但卻能引起金屬制品的變形卻能引起金屬制品的變形并使金屬的耐蝕性降低。并使金屬的耐蝕性降低。四四金屬的塑性變形金屬的塑性變形ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:74/130殘余內應力殘余內應力 所以所以金屬在塑性加工之后金屬在塑性加工之后一般都要進行退火處理一般都要進行退火處理以降低或消除金屬制品中的殘余內應力以降低或消除金屬制品中的殘余內應力。例如。例如對于碳素鋼對于碳素鋼冷卷彈簧

107、在卷制之后冷卷彈簧在卷制之后進行一次進行一次280320280320的去應力退火的去應力退火以以降低卷制時產生的殘余內應力降低卷制時產生的殘余內應力提高疲勞強度和尺寸穩定性。提高疲勞強度和尺寸穩定性。對于黃銅沖壓件對于黃銅沖壓件為了降低殘余應力為了降低殘余應力避免產生應力腐蝕而避免產生應力腐蝕而開裂開裂也采用也采用270300 270300 的去應力退火。的去應力退火。金屬的熱加工金屬的熱加工 從金屬學的觀點來看從金屬學的觀點來看熱加工和冷加工的區別是以金屬熱加工和冷加工的區別是以金屬的再結晶溫度為界限的。在金屬的再結晶溫度以上進行的塑的再結晶溫度為界限的。在金屬的再結晶溫度以上進行的塑性變形

108、稱為熱加工性變形稱為熱加工反之反之在金屬的再結晶溫度以下進行的在金屬的再結晶溫度以下進行的塑性變形稱為冷加工。塑性變形稱為冷加工。四四金屬的塑性變形金屬的塑性變形ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:75/130金屬的熱加工金屬的熱加工 冷加工和熱加工并不是以是否加熱來區分的。例如冷加工和熱加工并不是以是否加熱來區分的。例如鎢的再結晶溫度約鎢的再結晶溫度約1200 1200 將鎢加熱至將鎢加熱至1000 1000 時的加工時的加工變形仍為冷加工變形仍為冷加工而錫的再結晶溫度為而錫的再結晶溫度為-7 -7

109、 其在室溫其在室溫(20 )(20 )時的加工變形則屬于熱加工。時的加工變形則屬于熱加工。 金屬冷加工后組織是加工硬化的組織金屬冷加工后組織是加工硬化的組織而熱加工時而熱加工時一方面進行塑性變形產生加工硬化一方面進行塑性變形產生加工硬化另一方面另一方面它又是在它又是在再結晶溫度以上的加工再結晶溫度以上的加工所產生的加工硬化現象可以隨時所產生的加工硬化現象可以隨時被再結晶過程消除。因此被再結晶過程消除。因此熱加工的金屬組織是再結晶的熱加工的金屬組織是再結晶的組織組織無加工硬化現象。無加工硬化現象。四四金屬的塑性變形金屬的塑性變形ConfidentialLu uXshareshare- - Con

110、n. R & DConn. R & D11/308 Page:76/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則v連接器材料選用的基本原則連接器材料選用的基本原則性能指標是否符合要求性能指標是否符合要求包括物理性能包括物理性能機械性能機械性能電性能和化學性能電性能和化學性能經濟成本是否合適經濟成本是否合適包括材料本身成本和加工成型包括材料本身成本和加工成型的成本的成本ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:77/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則v電接觸材料選用原則電接觸材料選用原則 貴貴金金屬屬材

111、材料料能能否否選選用用為為電電觸觸點點材材料料或或電電接接觸觸材材料料, ,視視其其是是否否具具備備下下列列條條件件: :接接觸觸電電阻阻低低而而又又穩穩定定; ;不不易易磨磨損損, ,接接觸觸面面不易變形不易變形; ;不發生熔焊不發生熔焊, ,且耐環境性能好且耐環境性能好, ,价格適宜。价格適宜。 各各種種貴貴金金屬屬材材料料都都各各有有所所長長, ,僅僅由由一一種種單單一一材材料料要要滿滿足足上上述述條條件件是是很很困困難難的的, ,所所以以往往往往選選用用貴貴金金屬屬合合金金材材料料, ,充充分分發發揮揮各各種種金金屬屬材材料料的的長長處處, ,來來滿滿足足不不同同的的使使用用要要求求。

112、特特別別在在弱弱電電情情況況下下使使用用時時, ,首首先先考考慮慮的的是是接接觸觸穩穩定定, ,開開閉閉可可靠靠, ,所所以以廣泛選用化學上穩定、耐環境性能好的金、鉑或鈀族合金。廣泛選用化學上穩定、耐環境性能好的金、鉑或鈀族合金。ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:78/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則v電接觸材料選用原則電接觸材料選用原則 按電流大小來選用不同的金屬按電流大小來選用不同的金屬: : 303050mA50mA以以下下用用金金及及金金合合金金系系; ; 50mA50mA20A2

113、0A用用銀銀合合金金系系、鉑族合金系和銀氧化物系鉑族合金系和銀氧化物系;20 A;20 A以上用銀氧化物系。以上用銀氧化物系。 隨隨著著電電流流增增大大, ,在在動動觸觸點點開開關關插插座座中中, ,由由電電弧弧造造成成的的影影響加劇響加劇, ,就需選用抗熔焊性、耐損耗性優良的材料。就需選用抗熔焊性、耐損耗性優良的材料。ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:79/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則v電接觸材料選用原則電接觸材料選用原則 電電觸觸點點和和電電接接觸觸用用貴貴金金屬屬, ,主主要要有

114、有: : 釕釕( (RuRu) )、銠銠( (RhRh) )、鈀鈀( (PbPb) )和銀和銀(Ag); (Ag); 鋨鋨(Os)(Os)、銥銥( (IrIr) )、鉑鉑(Pt)(Pt)和金和金(Au)(Au)。 按使用目的可分以下几類按使用目的可分以下几類: :1)1)銀及銀合金類銀及銀合金類: :用于高導電性用于高導電性, ,弱電流弱電流( (低能回路低能回路) )的場合。的場合。2)2)耐耐變變色色合合金金類類: :鉑鉑及及鈀鈀系系合合金金, ,用用于于耐耐腐腐蝕蝕抗抗氧氧化化, ,以以及及弱弱電流的場合。電流的場合。3)3)耐耐電電弧弧合合金金類類:Ag-W:Ag-W、Ag-Ag-Gd

115、OGdO等等燒燒結結材材料料, ,用用于于耐耐電電弧弧、高高導電的導電的, ,低負荷的場合。低負荷的場合。4)4)滑動接觸合金類滑動接觸合金類:Ag-Cu:Ag-Cu及鈀、金系多元素金屬合金及鈀、金系多元素金屬合金, ,用于用于耐磨性、低接觸電阻的滑動接觸場合。耐磨性、低接觸電阻的滑動接觸場合。 ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:80/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則v電接觸材料選用原則電接觸材料選用原則 作作為為接接觸觸電電傳傳導導材材料料, ,首首先先要要求求電電阻阻率率必必須須小小,

116、 ,其其次次重重要要的的是是要要求求表表面面抗抗變變色色能能力力高高, ,所所以以, ,廣廣泛泛使使用用抗抗變變色能力高的貴金屬材料。色能力高的貴金屬材料。ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:81/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則 電接觸材料的貴金屬物理性能電接觸材料的貴金屬物理性能: : 電電接接觸觸材材料料的的貴貴金金屬屬的的物物理理性性能能如如表表4-014-01所所示示。由由于于在在元元素素周周期期表表內內按按原原子子序序分分為為兩兩組組, ,它它們們的的物物理理性性能能表現出極為相

117、似的情況表現出極為相似的情況, ,如圖如圖4-014-01和圖和圖4-024-02所示。所示。ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:82/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則電接觸材料的貴金屬物理性能電接觸材料的貴金屬物理性能: : 銀銀(Ag):(Ag): 優優點點: :電電導導率率最最高高, ,其其值值為為106%IACS,106%IACS,排排第第一一位位( (以以國國際際標標准准軟軟銅銅的的電電導導率率為為100%,100%,其其它它材材料料的的電電導導率率與與它它比比較較, ,以以% I

118、ACS% IACS為單位為單位) )。缺缺點點: :易易于于硫硫化化而而形形成成黑黑色色的的硫硫化化膜膜(Ag(Ag2 2S),S),解解決決辦辦法法是加入不硫化的貴金屬是加入不硫化的貴金屬50% (50% (原子原子) )形成合金形成合金, ,質地軟。質地軟。金金(Au):(Au):優優點點: :化化學學穩穩定定性性極極好好, ,廣廣泛泛用用于于連連接接器器中中的的電電接接觸觸鍍鍍層。層。缺點缺點: :价格昂貴价格昂貴, ,僅在要求高可靠的情況下使用。僅在要求高可靠的情況下使用。鉑鉑(Pt):(Pt):優點優點: :耐變色性能良好耐變色性能良好, ,居第二位。居第二位。缺點缺點: :在有机氣

119、氛中會產生褐粉的特異現象。在有机氣氛中會產生褐粉的特異現象。ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:83/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則鈀鈀( (PbPb):): 優缺點與鉑相同優缺點與鉑相同, ,是鉑族元素是鉑族元素, ,可代替鉑使用。可代替鉑使用。銠銠( (RhRh):):優點優點: :在常溫下不受一切已知的化學葯劑的腐蝕在常溫下不受一切已知的化學葯劑的腐蝕, ,不變不變色色, ,接觸電阻變化小。銠的電鍍層硬度高接觸電阻變化小。銠的電鍍層硬度高, ,常用于標准檢常用于標准檢測插針接觸件的鍍

120、層。測插針接觸件的鍍層。缺點缺點: :成本高。成本高。 ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:84/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則表表4-01 電接觸材料的貴金屬物理性能電接觸材料的貴金屬物理性能ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:85/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則電接觸材料的貴金屬合金的物理性能電接觸材料的貴金屬合金的物理性能: : 銀銀合合金金: :選選擇擇降降低低銀銀的的電電導導

121、率率少少而而能能增增加加硬硬度度的的元元素素進進行行合合金金化化, ,從從而而克克服服了了純純銀銀質質地地軟軟易易硫硫化化的的缺缺點點。表表4-024-02列列出出了了各各種種銀銀合合金金的的性性能能。加加入入少少量量的的銅銅, ,可可顯顯著著提提高高硬硬度度, ,標標准准成成份份是是7.5%Cu-Ag7.5%Cu-Ag合合金金。鎘鎘和和鈀鈀能能改改善善耐耐電電弧弧和和耐耐硫硫化化的的效效果果, ,一一般般不不用用金金作作添添加加元元素素, ,因因為不經濟。為不經濟。ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page

122、:86/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則表表4-02 4-02 銀系合金的性能銀系合金的性能 ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:87/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則金系合金金系合金: :很早用于電話机觸點的金合金很早用于電話机觸點的金合金Au-Ag-PtAu-Ag-Pt可代替可代替鉑觸點使用。鉑觸點使用。Au-AgAu-Ag合金不會硫化。銀、鈀、銅和鎳等的合金不會硫化。銀、鈀、銅和鎳等的加入加入, ,對對AuAu的電阻率增加不大的電阻率增加不大, ,可作為滑動電接觸材料可作為滑

123、動電接觸材料, ,其其性能見表性能見表4-034-03。加入銅時。加入銅時, ,低于低于151525%(25%(重量重量),),對硬度增對硬度增加不大加不大, ,而鎳添入而鎳添入10%10%以下就能對硬度有極大提高。表以下就能對硬度有極大提高。表4-4-0404上金合金成分與其机械強度的關系。表上金合金成分與其机械強度的關系。表4-054-05和表和表4-064-06列出金系合金的接觸電阻和耐磨性。列出金系合金的接觸電阻和耐磨性。由由于于金金系系合合金金的的耐耐蝕蝕性性好好, ,常常用用作作滑滑動動電電接接觸觸材材料料。Au-Au-NiNi合金有很高的穩定性。合金有很高的穩定性。Confide

124、ntialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:88/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則鈀鈀合合金金: :有有代代表表性性的的鈀鈀合合金金是是Ag40%Ag40%、Pd60%Pd60%和和Cu40%Cu40%、Pd60%Pd60%兩兩種種合合金金。其其中中Ag40%Ag40%的的合合金金最最硬硬。Cu-PdCu-Pd合合金金抗抗氧氧化化性性差差, ,但但比比起起Ag-PdAg-Pd來來, ,不不易易發發生生金金屬屬轉轉移移, ,由由于于添添加加銅銅改良為析出硬化型的鈀基合金改良為析出硬化型的鈀基合金, ,是優良的滑動接

125、觸材料。是優良的滑動接觸材料。 ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:89/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則表表4-03 4-03 金、鉑、鈀系合金的性能金、鉑、鈀系合金的性能 ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:90/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則表表4-04 4-04 金合金組成與机械性能金合金組成與机械性能 ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R

126、 & DConn. R & D11/308 Page:91/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則表表4-05 4-05 金系合金金系合金100100在空氣中的接觸電阻在空氣中的接觸電阻(m)(m) ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:92/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則表表4-06 4-06 金系合金的耐磨性金系合金的耐磨性 注注: :磨損配對材料為磨損配對材料為75% Au75% Au合金棒合金棒, ,實驗條件為實驗條件為: :行程為行程為12.7mm,12.7mm,荷重荷重為為1

127、00g100g。 ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:93/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則圖圖4-03 4-03 觸點材料在不同氣氛中開閉次數觸點材料在不同氣氛中開閉次數( (時間時間) )與接觸電阻的關系與接觸電阻的關系 ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:94/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則HClHCl2 2圖圖4-03 4-03 觸點材料在不同氣氛中開閉次數觸點材料在不同氣氛中開

128、閉次數( (時間時間) )與接觸電阻的關系與接觸電阻的關系 ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:95/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則ClCl2 2圖圖4-03 4-03 觸點材料在不同氣氛中開閉次數觸點材料在不同氣氛中開閉次數( (時間時間) )與接觸電阻的關系與接觸電阻的關系 ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:96/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則 接接觸觸表表面面在在環環境境氣氣氛

129、氛中中發發生生化化學學反反應應生生成成膜膜層層, ,在在不不同同時時間間及及溫溫度度下下, ,厚厚度度不不同同, ,接接觸觸電電阻阻也也不不同同, ,如如表表4-074-07所所示示。測測試試接接觸觸壓壓力力為為0.01N0.01N和和0.05N0.05N。表表4-07 4-07 彈性接觸材料合金的膜層電阻彈性接觸材料合金的膜層電阻(m)(m) ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:97/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則 從從表表中中看看出出, ,鈹鈹銅銅合合金金耐耐蝕蝕性性優優良良, ,但但

130、是是一一旦旦生生成成表表面面膜膜層層就就很很難難去去掉掉。膜膜層層擊擊穿穿電電壓壓隨隨不不同同合合金金也也顯顯著著不不同同, ,如如圖圖4-084-08所所示示。其其余性能與開閉觸點合金材料相同。余性能與開閉觸點合金材料相同。ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:98/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則表表4-09 4-09 觸點材料特異現象及其原因和防止措施觸點材料特異現象及其原因和防止措施 ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R &

131、 D11/308 Page:99/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則 接觸件電鍍材料接觸件電鍍材料: : 為為了了防防止止電電觸觸點點或或接接觸觸件件受受周周圍圍氣氣氛氛的的腐腐蝕蝕或或起起化化學學反反應應, ,生生成成表表面面膜膜層層造造成成接接觸觸電電阻阻增增大大, ,采采用用電電鍍鍍方法覆上一層耐腐蝕的貴金屬。方法覆上一層耐腐蝕的貴金屬。 1) 1) 要要 求求 達達 到到 低低 電電 阻阻 同同 時時 , ,又又 要要 有有 耐耐 磨磨 性性 , ,則則 采采 用用 硬質電鍍。硬質電鍍。 2) 2) 電鍍材料同觸點材料一樣電鍍材料同觸點材料一樣, ,除了鉑族的鈀除了鉑族的鈀,

132、,銠銠, ,釕釕外外, ,大多使用銀和金。大多使用銀和金。 3) 3) 銀鍍層一般為銀鍍層一般為5 520um,20um,可用于弱電或強電可用于弱電或強電場合場合, ,但存在硫化問題。不適用于要求長時間保持低但存在硫化問題。不適用于要求長時間保持低 電阻的靜態接觸情況和忌噪聲的場合。需要耐磨性電阻的靜態接觸情況和忌噪聲的場合。需要耐磨性 時時, ,采用含少量鈷的硬質金電鍍采用含少量鈷的硬質金電鍍ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:100/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則 4) 4) 鍍鍍金金

133、時時要要注注意意底底層層問問題題, ,由由于于金金的的氣氣孔孔性性造造成成底底層層金金属属的的擴擴散散迅迅速速, ,要要選選用用一一種種合合適適的的底底鍍鍍層層, ,有有效效防防止止底底層層金金屬屬的的擴擴散散作作用用。目目前前最最好好的的底底鍍鍍層層是是鎳鎳, ,如如圖圖4-094-09所所示示。這這對耐磨性影響很大。對耐磨性影響很大。 5) 5) 銠銠電電鍍鍍層層, ,銠銠觸觸點點几几乎乎都都是是電電鍍鍍的的。雖雖然然銠銠鍍鍍層層耐耐電電弧弧性性差差, ,但但耐耐蝕蝕性性好好, ,而而且且硬硬度度非非常常高高,H,HV V達達90090010001000。所所以以耐耐磨磨性性好好, ,在在

134、低低電電壓壓和和低低接接觸觸壓壓力力下下仍仍然然達達到到穩穩定定的的接接觸觸。由由于于電電鍍鍍應應力力比比較較大大, ,須須添添加加緩緩和和劑劑, ,如如酚酚醛醛黃黃酸酸, ,硒硒酸酸, ,鎂鎂等等。底底層層用用鎳鎳鍍鍍層層對對減減少少應應力力也也很很重重要要。最最好好先先閃閃鍍鍍一一層層金。接觸電阻為金。接觸電阻為0.8m0.8m左右。左右。 6) 6) 鈀鈀電電鍍鍍層層, ,耐耐蝕蝕性性好好, ,硬硬度度H HV V為為250250270,270,接接觸觸電電阻阻為為1.1m1.1m。從從經經濟濟上上考考慮慮, ,一一般般用用于于銀銀鍍鍍層層上上的的保保護護層層, ,或或用用作中間鍍層以防

135、止金屬擴散。作中間鍍層以防止金屬擴散。 ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:101/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則 7) 7) 釕釕電電鍍鍍層層, ,耐耐磨磨性性和和耐耐蝕蝕性性優優良良。硬硬度度近近于于銠銠, , H HV V為為850850920,920,接接觸觸電電阻阻為為0.9 0.9 mm。但但比比銠銠便便宜宜得得多多, ,發發展展前前途途大。可得到厚度大。可得到厚度1.5um1.5um以下的光亮無裂紋的硬鍍層。以下的光亮無裂紋的硬鍍層。 8) 8) 錫錫鉛鉛合合金金鍍鍍層層,

136、,由由于于錫錫具具有有抗抗腐腐蝕蝕, ,抗抗變變色色, ,無無毒毒, ,可可焊焊, ,柔柔軟軟和和延延展展性性好好等等特特點點, ,在在發發明明了了光光亮亮鍍鍍錫錫后后, ,降降低低接接觸觸電電阻阻, ,并并加加入入最最少少1%1%的的鉛鉛與與錫錫共共沉沉積積, ,減減少少錫錫須須的的生生長長, ,所所以以大大量量用用于于電電連連接接器器, ,插插座座中中接接觸觸件件的的電電鍍鍍層層, ,代代替替銀銀鍍鍍層層。再再加加上上接接觸觸區區域域采采用用 “高高壓壓氣氣密密式式”結結構構, ,大大大大提提高高了了可可靠靠性性和和壽壽命命。目目前前在在民民用用電電氣氣設設備備使使用用的的連連接接器器上上

137、的的接接觸觸件大量采用錫鉛鍍層。件大量采用錫鉛鍍層。ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:102/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則表表4-11 4-11 電接觸點用貴金屬鍍層材料電接觸點用貴金屬鍍層材料 電鍍用貴金屬材料電鍍用貴金屬材料 : : 作作爲爲電電接接觸觸點點用用的的電電鍍鍍層層金金屬屬材材料料, ,要要求求有有高高的的耐耐蝕蝕性性和和耐耐磨磨性性, ,高高電電導導率率, ,高高熱熱導導率率, ,高高熔熔點點和和高高沸沸點點等等。但但是是很很難難找找到到能能滿滿足足上上述述要要求求的

138、的材材料料, ,可可根根據據使使用用目目的的權權衡衡選選擇擇電電鍍鍍材材料料。表表4-4-1111中列出了選擇電接觸點用鍍層金屬的基本依據。中列出了選擇電接觸點用鍍層金屬的基本依據。ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:103/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則 銀銀: :是是最最便便宜宜的的貴貴金金屬屬, ,但但極極易易變變色色, ,不不宜宜用用於於要要求求無無雜雜音音, ,低電阻的電路中。低電阻的電路中。 金金: :富富有有延延展展性性, ,質質軟軟, ,耐耐變變色色性性好好, ,耐耐氧氧化

139、化性性, ,耐耐蝕蝕性性優優良良, ,電電阻阻也也小小, ,因因此此宜宜作作爲爲基基體體金金屬屬上上的的包包層層材材料料。但但是是硬硬度度小小, ,耐耐磨磨性性差差, ,所所以以通通常常用用金金合合金金( (硬硬金金) )鍍鍍層層。金金的的熔熔點點低低, ,在焊錫時熔于焊錫中形成在焊錫時熔于焊錫中形成Au-Au- SnSn化合物變成脆性。化合物變成脆性。 銠銠, ,釕釕和和鈀鈀: :由由於於電電鍍鍍技技朮朮難難和和價價格格高高而而沿沿未未廣廣泛泛使使用用, ,耐耐磨磨性性與與鍍鍍層層硬硬度度有有關關, ,而而貴貴金金屬屬的的硬硬度度按按銀銀, ,金金, ,鈀鈀, ,銠銠, ,釕釕的順序增加。的

140、順序增加。ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:104/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則 在在電電子子連連接接器器製製造造業業中中, ,廣廣泛泛採採用用金金。爲爲了了降降低低成成本本, ,一一方方面面採採用用局局部部電電鍍鍍, ,另另一一方方面面採採用用金金合合金金電電鍍鍍, ,並並以以此此改改進進鍍鍍層層性性能能。最最廣廣泛泛採採用用的的是是電電鍍鍍硬硬質質金金, ,即即含含0.20.20.5%Ni0.5%Ni或或CoCo的的金金合合金金, ,硬硬度度HVHV在在110110180180範範

141、圍圍內內, ,無無論論是是耐耐磨磨性性還還是是接接觸觸電電阻阻都都極極爲爲良良好好。幾幾種種電電鍍鍍金金合合金金的的性性能能比比較列入表較列入表4-124-12中。中。電鍍用金合金材料電鍍用金合金材料: : ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:105/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則表表4-12 4-12 金合金的電鍍性能金合金的電鍍性能 ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:106/130五五金屬材

142、料選用原則金屬材料選用原則 Au-CoAu-Co合合金金: :在在電電鍍鍍時時,K,K3 3Co(CN)Co(CN)6 6較較穩穩定定, ,使使AuAu的的析析出出電電位位按按化化學學序序向向低低單單極極電電位位方方向向移移動動, ,使使晶晶粒粒變變細細, ,而而耐耐磨磨性性比無鈷的溶液時高比無鈷的溶液時高3 3倍多。倍多。 Au-NiAu-Ni合合金金: :增增加加NiNi含含量量, ,可可使使硬硬度度達達350350420HV,420HV,但但是是, ,由於韌性小而産生裂紋使耐磨性變差。由於韌性小而産生裂紋使耐磨性變差。 Au-CuAu-Cu合合金金: :硬硬度度可可達達250250400

143、HV,400HV,耐耐磨磨性性也也相相當當好好。但但是是, ,隨隨著著組組成成不不同同, ,對對接接觸觸電電阻阻及及耐耐蝕蝕性性有有所所影影響響。例例如如,Au-Cu-,Au-Cu-CdCd合合金金鍍鍍層層硬硬度度可可達達200200450HV,450HV,韌韌性性適適當當, ,耐耐磨磨性性優優良良, ,接接觸觸電電阻阻也也比比較較好好, ,但但是是, ,如如果果在在基基體體金金屬屬上上鍍鍍銅銅, ,則則在在100100時就出現銅的擴散而使電阻升高。時就出現銅的擴散而使電阻升高。ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/30

144、8 Page:107/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則 錫錫具具有有較較好好的的抗抗腐腐蝕蝕, ,抗抗變變色色, ,而而且且無無毒毒, ,可可焊焊, ,柔柔軟軟和和延延展展性性好好等等優優點點, ,很很早早就就被被開開發發利利用用。但但是是, ,有有的的國國家家由由於於國國內內無無資資源源, ,曾曾經經在在使使用用上上受受到到法法律律的的嚴嚴格格限限制制。在在目目前前由由於於機機電電元元件件的的市市場場競競爭爭激激烈烈, ,爲爲了了降降低低成成本本, ,節節約約金金、銀銀資資源源, ,又又由由於於電鍍工藝改進電鍍工藝改進, ,所以大量採用錫鉛合金鍍層。所以大量採用錫鉛合金鍍層。 錫錫

145、鍍鍍層層在在特特定定環環境境中中能能生生長長“錫錫須須”, ,所所以以加加入入1%1%的的鉛鉛與與錫錫進進行行共共沉沉積積電電鍍鍍, ,然然後後用用加加熱熱方方法法去去除除應應力力, ,這這能能防防止止“錫錫須須”生長。在基體材料是黃銅時生長。在基體材料是黃銅時, ,應先鍍鎳或銅作底鍍層。應先鍍鎳或銅作底鍍層。爲爲了了防防止止錫錫在在低低溫溫下下轉轉變變爲爲非非金金屬屬型型的的同同素素異異型型體體, ,即即灰灰錫錫, ,錫與少量的錫與少量的0.2%0.2%0.3%0.3%銻或鉍共沉積時銻或鉍共沉積時, ,可以限制這種轉變。可以限制這種轉變。 鍍層有熱浸錫和電鍍錫之分鍍層有熱浸錫和電鍍錫之分,

146、,多採用電鍍多採用電鍍, ,有以下優點有以下優點: :電鍍用錫鉛合金電鍍用錫鉛合金: : ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:108/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則1)1)鍍層均勻鍍層均勻, ,且能避免與基體金屬形成合金或夾帶渣滓且能避免與基體金屬形成合金或夾帶渣滓, ,有優有優良的可焊性能良的可焊性能; ;2)2)可得到滿意的厚度可得到滿意的厚度, ,爲了滿足電子部件可靠性要求爲了滿足電子部件可靠性要求, ,至少需至少需要要7m7m以上以上, ,而電鍍可達而電鍍可達125125250m2

147、50m以上以上, ,熱浸錫厚度低於熱浸錫厚度低於7m;7m;3)3)適用於複雜形狀的零件適用於複雜形狀的零件; ;4)4)鍍層脆性方面優於熱浸錫鍍層脆性方面優於熱浸錫; ;5)5)有些金屬如鋅和鋁不能熱浸錫有些金屬如鋅和鋁不能熱浸錫, ,但經過一定預處理後但經過一定預處理後, ,可進可進行電鍍行電鍍; ;6)6)比熱浸錫更爲經濟。比熱浸錫更爲經濟。在評價可焊性方面在評價可焊性方面, ,如果採用潤濕法如果採用潤濕法, ,即擴展面積與潤濕時間即擴展面積與潤濕時間之比之比(cm(cm2 2/ /秒秒) )來表示來表示, ,各種鍍層的錫焊性如表各種鍍層的錫焊性如表4-134-13所示。焊所示。焊劑多用

148、活性差的松香系。劑多用活性差的松香系。ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:109/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則表表4-13 4-13 幾種鍍層的錫焊性比較幾種鍍層的錫焊性比較 ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:110/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則端子用彈性材料端子用彈性材料: : 連連接接器器中中導導電電彈彈性性端端子子所所用用的的材材料料基基本本上上是是銅銅基基或或鎳鎳基基的的

149、有有色色彈彈性性合合金金。按按其其提提高高彈彈性性極極限限的的方方法法不不同同, ,端端子子用用彈彈性性材材料料可可分分為為二二種種類類型型: :即即: :低低溫溫退退火火型型、強強化化型型( (時時效效析析出出硬硬化化型型) )。按材料彈性強弱可分為按材料彈性強弱可分為: :(a).(a).有有色色高高彈彈性性材材料料, ,這這類類大大多多屬屬於於可可熱熱處處理理強強化化的的材材料料, ,如如鈹青銅鈹青銅, ,鎳鈹合金鎳鈹合金, ,銅錫合金等。銅錫合金等。(b).(b).有有色色中中彈彈性性材材料料, ,這這類類是是介介於於高高彈彈性性鈹鈹青青銅銅和和低低彈彈性性錫錫磷磷青青銅銅之之間間的的

150、彈彈性性材材料料, ,包包括括析析出出硬硬化化型型以以及及低低溫溫退退火火型型。如如鈦青銅、銅鎳合金、鎳鈹合金等。鈦青銅、銅鎳合金、鎳鈹合金等。(c).(c).有有色色低低彈彈性性材材料料, ,這這類類材材料料一一般般都都屬屬於於低低溫溫退退火火型型或或微微粒粒彌彌散散硬硬化化型型, ,用用量量大大, ,使使用用面面廣廣, ,具具有有中中低低等等級級彈彈性性, ,價價格格便便宜宜。這類材料有磷青銅、銀鎂鎳、氧化鋁微粒彌散型合金等。這類材料有磷青銅、銀鎂鎳、氧化鋁微粒彌散型合金等。ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/30

151、8 Page:111/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則選選用用錫錫磷磷青青銅銅和和鈹鈹青青銅銅來來制制作作彈彈性性接接觸觸端端子子是是相相當當普普遍遍的的。錫錫磷磷青青銅銅是是一一種種比比較較老老的的彈彈性性材材料料, ,在在鈹鈹青青銅銅還還沒沒有有問問世世以以前前它它就就是是最最好好的的導導電電彈彈性性材材料料。磷磷青青銅銅有有良良好好導導電電性性能能和和抗抗腐腐蝕蝕性性能能, ,容容易易加加工工成成形形並並且且價價格格較較便便宜宜, , 它它有有很很高高的的性性能能價價格格比比, ,這這也也是是一一直直被被人人們們廣廣泛泛選選用用的的一一個個重重要要原原因因。但但是是近近來來由由

152、于于國國際際市市場場錫錫資資源源日日趨趨緊緊張張, ,迫迫使使人人們們研研究究無無錫錫或低錫彈性材料來代替原有的錫磷青銅。或低錫彈性材料來代替原有的錫磷青銅。 鈹鈹青青銅銅是是后后來來發發展展起起來來的的一一種種高高強強度度導導電電彈彈性性材材料料, ,只只有有五五十十年年的的歷歷史史。鈹鈹青青銅銅有有很很高高的的機機械械性性能能, ,良良好好的的導導電電性性能能、耐耐熱熱性性能能、耐耐磨磨性性能能和和抗抗腐腐蝕蝕性性能能。長長期期以以來來, ,它它一一直直被被認認為為是是制制造造彈彈性性接接觸觸件件最最合合適適的的材材料料。鈹鈹青青銅銅大大量量被被用在小型用在小型RFRF連接器的母端子和宇航

153、用連接器母端子上。連接器的母端子和宇航用連接器母端子上。ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:112/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則 但是鈹青銅也存在一些嚴重問題但是鈹青銅也存在一些嚴重問題, ,鈹元素毒性較大鈹元素毒性較大, ,冶冶煉過程給環境造成嚴重污染。鈹青銅熱處理時溫度非常敏煉過程給環境造成嚴重污染。鈹青銅熱處理時溫度非常敏感感, ,必須嚴格控制。近年來各國都朝著降低鈹含量必須嚴格控制。近年來各國都朝著降低鈹含量, ,增添微增添微量合金元素和改進加工工藝的方向努力量合金元素和改進加工

154、工藝的方向努力, ,並研制成很多新型並研制成很多新型導電彈性材料來代替鈹青銅導電彈性材料來代替鈹青銅, ,例如例如: :鎳銅和鈦銅。鎳銅和鈦銅。 隨著電子設備小型化的發展隨著電子設備小型化的發展, ,要求連接器具有更小的體要求連接器具有更小的體積。這就要求導電彈性材料即具有高強度和彈性積。這就要求導電彈性材料即具有高強度和彈性, ,又要有銅又要有銅基合金優良的導電和導熱性能。所以基合金優良的導電和導熱性能。所以, ,近年來不斷研制出復近年來不斷研制出復合導電彈性材料合導電彈性材料, ,為提高連接器的性能提供了有利條件。為提高連接器的性能提供了有利條件。ConfidentialLu uXshar

155、eshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:113/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則低溫退火型材料低溫退火型材料: : 低低溫溫退退火火型型是是加加工工硬硬化化型型材材料料。它它在在退退火火狀狀態態具具有有良良好好的的塑塑性性, ,經經冷冷塑塑變變形形使使位位錯錯密密度度增增大大, ,密密度度互互相相纏纏結結形形成成胞胞狀狀結結構構, ,從從而而提提高高了了材材料料的的彈彈性性極極限限和和抗抗拉拉強強度度, ,這這類類材材料料的的缺缺點點是是彈彈性性低低, ,彈彈性性滯滯後後和和後後效效較較大大。錫錫磷磷青青銅銅、黃黃銅銅、鋅鋅白白銅銅(B

156、Zn15-12)(BZn15-12)等等是是應應用用較較早早的的低低溫溫退退火火型材料。近年來又發展了不少新型材料型材料。近年來又發展了不少新型材料, ,主要有主要有: :強化型新材料強化型新材料ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:114/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則強強化化型型新新材材料料淬淬火火後後具具有有很很高高的的塑塑性性, ,在在淬淬火火狀狀態態下下, ,彈彈性性零零件件成成型型後後沒沒有有明明顯顯的的回回彈彈現現象象。因因此此可可用用作作制制造造形形狀狀復復雜雜的的彈彈性性零

157、零件件, ,成成型型後後, ,再再經經過過回回火火, ,可可以以獲獲得得很很高高的的彈彈性性。鈹鈹青青銅銅是是應應用用較較早早的的一一種種強強化化型型材材料料。近近年年來來又又發發展展了了不不少新型的強化型材料少新型的強化型材料, ,主要有主要有: :鎳鎳鈹鈹 (Ni-2.5Pe)(Ni-2.5Pe)合合金金是是一一種種時時效效強強化化型型, ,高高溫溫高高彈彈性性材材料料。經經淬淬火火後後時時效效, ,机机械械性性能能比比鈹鈹青青銅銅要要高高得得多多b b =1724Mpa,=1724Mpa,有有良良好好的的導導電電性性、耐耐腐腐蝕蝕性性和和耐耐熱熱性性, ,可可在在溫溫度度400400下下

158、工工作作, ,用用于于制制作作在在高高溫溫和和腐腐蝕蝕氣氣氛氛中中使使用用的的連連接接器器接觸件。接觸件。ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:115/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則復合彈性材料復合彈性材料 銅鎳錫銅鎳錫(Cu-Ni-(Cu-Ni-SnSn) )系合金具有很高的強度和彈性。系合金具有很高的強度和彈性。近年來引起人們的重視近年來引起人們的重視, ,期望它成為高彈性鈹青銅的代期望它成為高彈性鈹青銅的代用品。它具有無毒、低成本、抗腐蝕性和焊接性好用品。它具有無毒、低成本、抗腐蝕性和

159、焊接性好, ,在在溫度高于溫度高于250250的條件下的條件下, ,性能優于鈹青銅。目前性能優于鈹青銅。目前, ,許多許多新的連接器選用了這種材料。新的連接器選用了這種材料。 復合彈性材料是把高導電的材料與高彈性的材料疊在復合彈性材料是把高導電的材料與高彈性的材料疊在一起加工而成。這樣容易實現高導電性、高彈性的要一起加工而成。這樣容易實現高導電性、高彈性的要求。例如把銅或銀與高彈性不銹鋼復合在一起求。例如把銅或銀與高彈性不銹鋼復合在一起, ,其導電其導電性與錫磷青銅相當性與錫磷青銅相當, ,而彈性模量而彈性模量E E高達高達140000180000Mpa140000180000Mpa。Conf

160、identialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:116/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則制制造造復復合合材材料料的的方方法法有有軋軋制制- -擴擴散散法法, ,回回流流焊焊法法, ,電電鍍鍍法法以以及及蒸蒸發發法法等等。由由于于軋軋制制- -擴擴散散法法適適用用于于大大量量生生產產, ,并并具具有有很很高高的的可可靠靠性性, ,得得到到了了廣廣泛泛的的應應用用。軋軋制制擴擴散散法法的的過過程程是是先先對對材材料料進進行行去去油油和和去去除除氧氧化化物物, ,再再按按需需要要的的形形狀狀疊疊加加在在一一起起, ,

161、在在大大壓壓力力下下進進行行連連續續軋軋制制, ,最最後後進進行行擴擴散散處處理理。結結合合面面金金屬屬在在處處理理過過程程中中互互相相擴擴散散結結合合成成連連續續均均勻勻、性性能能穩穩定定的的復復合合彈彈性性材材料料。用用這這種種方方法法制制造造的的復復合合材材料料其其貴貴重重金金屬屬可可以以做做得很薄得很薄, ,目前嵌入或復層厚度可達到目前嵌入或復層厚度可達到0.76um0.76um。ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:117/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則導電彈性材料的選用導電彈性材

162、料的選用 適適合合制制造造導導電電彈彈性性零零件件的的材材料料相相當當多多, ,就就銅銅合合金金而而言言就就有有近近百百種種。如如何何從從中中選選擇擇最最佳佳材材料料是是設設計計工工程程師師所所關關心心的的問問題題。通通常常采采取取擇擇優優的的辦辦法法來來選選定定最最合合適適的的材材料料。被被選選中中的材料應符合以下要求的材料應符合以下要求: :(a).(a).制成的彈性另件要滿足性能要求。制成的彈性另件要滿足性能要求。(b).(b).所用材料易于加工成所要求的形狀。所用材料易于加工成所要求的形狀。(c).(c).价格便宜。价格便宜。上上列列(a)(a)、(b)(b)兩兩項項要要求求是是確確定

163、定材材料料能能使使用用否否的的主主要要條條件件, ,而而(c)(c)則是在能使用的材料中進行最后選擇的依据。則是在能使用的材料中進行最后選擇的依据。 ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:118/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則 在彈性另件設計中在彈性另件設計中, ,選擇材料的程序通常是先按環境可選擇材料的程序通常是先按環境可能的最高溫度來確定所用彈性材料的類別能的最高溫度來確定所用彈性材料的類別, ,再按机械和電氣再按机械和電氣性能的要求擇優選出合適的品種性能的要求擇優選出合適的品種, ,然

164、後從中選出工藝性好的然後從中選出工藝性好的材料。最后根据材料的价格情況確定最佳選用的材料。材料。最后根据材料的价格情況確定最佳選用的材料。 根据環境溫度選擇材料類別根据環境溫度選擇材料類別, ,在考濾彈性另件的環境溫在考濾彈性另件的環境溫度時度時, ,要考濾電流溫升的影響。連接器的環境溫度加上接觸要考濾電流溫升的影響。連接器的環境溫度加上接觸點溫升是彈性另件可能發生的最高溫度點溫升是彈性另件可能發生的最高溫度, ,它不能超過選用材它不能超過選用材料所允許的最高溫度。在不同工作溫度下可選用的部份材料所允許的最高溫度。在不同工作溫度下可選用的部份材料列入表料列入表4-184-18。連接器通常所遇到

165、的低溫對彈性材料影響。連接器通常所遇到的低溫對彈性材料影響不大。不大。ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:119/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則表表4-18 4-18 不同溫度下可選用的材料不同溫度下可選用的材料 ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:120/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則應應當當指指出出, ,初初始始接接觸觸壓壓力力並並不不能能保保證證彈彈性性零零件件在在整整個個壽壽命

166、命期期內內的的良良好好性性能能。由由於於應應力力松松弛弛的的作作用用, ,接接觸觸壓壓力力將將要要減減小小。應應力力松松弛弛主主要要是是由由於於晶晶格格滑滑動動錯錯位位形形成成重重新新排排列列, ,使使得得彈彈性性變變形形轉轉化化為為塑塑性性變變形形。一一系系列列的的研研究究證證明明: :應應力力松松弛弛量量主主要要取取決決於於時時間間、溫溫度度、施施加加壓壓力力水水平平以以及及材材料料的的狀狀態態。例例如如美美國國錫錫磷磷青青銅銅C7025,C7025, 在在100100和和高高溫溫150150條條件件下下放放置置10001000小時后小時后, ,其剩餘應力系數分別為其剩餘應力系數分別為90

167、%90%和和80%80%。 在在彈彈性性零零件件設設計計中中首首先先計計算算和和測測定定出出起起始始的的接接觸觸壓壓力力, ,然然后后根根據據接接觸觸壓壓力力選選取取合合適適的的材材料料規規格格品品種種和和狀狀態態。參參照照彈彈性性零零件件的的最最高高工工作作溫溫度度, ,則則可可從從材材料料應應力力松松弛弛資資料料中中查查到到應力松弛系數與時間系數。如果在壽命期内接觸壓力減少應力松弛系數與時間系數。如果在壽命期内接觸壓力減少ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:121/130五五金屬材料選用原則金屬材

168、料選用原則ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:122/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:123/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:124/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則ConfidentialLu uXsharesha

169、re- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:125/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則到低於彈性零件的性能要求時到低於彈性零件的性能要求時, ,就要考慮重新設計使之具就要考慮重新設計使之具有較高的接觸壓力有較高的接觸壓力, ,或者選擇其他狀態的材料。或者選擇其他狀態的材料。 彈性材料的工藝性也是設計工程師必須考慮的問題。彈性材料的工藝性也是設計工程師必須考慮的問題。通過對滿足彈性零件性能要求的分析可同時找到好幾種可通過對滿足彈性零件性能要求的分析可同時找到好幾種可選用的材料。然後再根據材料的加工性能從中選擇最易加選用的材料。然後再根據材料的加工性能從

170、中選擇最易加工成設計形狀的材料。工成設計形狀的材料。 連接器的彈性零件大都采用冷衝壓彎曲成形。測定一連接器的彈性零件大都采用冷衝壓彎曲成形。測定一個材料的加工性的方法通常是確定該材料在彎曲時不發生個材料的加工性的方法通常是確定該材料在彎曲時不發生裂痕所需的圓角半徑。彎曲件的最小彎曲半徑與材料的機裂痕所需的圓角半徑。彎曲件的最小彎曲半徑與材料的機械性能、表面質量、纖維方向等因素有關。從測定的彎曲械性能、表面質量、纖維方向等因素有關。從測定的彎曲ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:126/130五五金屬材

171、料選用原則金屬材料選用原則資料表明資料表明, ,最小彎曲半徑和材料厚度幾乎成線性關系最小彎曲半徑和材料厚度幾乎成線性關系, ,垂垂直於織維方向彎曲時直於織維方向彎曲時R/t=1R/t=1。平行於織維方向彎曲時平行於織維方向彎曲時R/t=3R/t=3。各種不同材料的最小彎曲半徑可從衝壓設計手冊各種不同材料的最小彎曲半徑可從衝壓設計手冊上或其他有關資料中看到。但是應當指出上或其他有關資料中看到。但是應當指出, ,最小彎曲圓角最小彎曲圓角半徑只有在設計上不可避免時才采用。通常應采用較大半徑只有在設計上不可避免時才采用。通常應采用較大的彎曲半徑。最後考慮成本取決於所用材料的價格、加的彎曲半徑。最後考慮

172、成本取決於所用材料的價格、加工費用和廢料回收的價值。工費用和廢料回收的價值。ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:127/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則磷青銅和鋅白銅帶磷青銅和鋅白銅帶(JIS H3110-1986)(JIS H3110-1986)ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:128/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則彈簧用鈹銅彈簧用鈹銅, ,磷青銅和鋅白銅帶磷青銅和鋅白銅帶(JIS H3130-(JIS H3130-1986)1986) ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:129/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則銅及銅合金棒銅及銅合金棒(JIS H3250-1986)(JIS H3250-1986) ConfidentialLu uXshareshare- - Conn. R & DConn. R & D11/308 Page:130/130五五金屬材料選用原則金屬材料選用原則黃銅合金帶黃銅合金帶(JIS H3100-1986)(JIS H3100-1986)