制造一种将材料成型转换成产品的过程.ppt

製造 一種將材料成型轉換成產品的過程 其包含產品設計及生產方式 和技術的研發製造過程整合須符合下列要求 1 產品須完全符合設計要求與規格 2 產品須由最經濟的加工方法完成 3 品質控制須包含在每一加工程序中 4 保持高度競爭能力 製造方法須具有高度彈性 彈性製造系統 以利於及時反映市場需求 變化產品 製造比例 數量及交貨期限 5 整體製造程序為一大系統 每一單元加工程序彼此關連 可以模型分析來研究關於市場變化 產品設計 材料費用 和製造方法等對產品質的成本之影響 6 高度產能的追求 材料 機器 能源 資金 即技術的最佳化使用 一 Introduction Detritionofproductneedmarketinginformationmaybenewproductorrevisedproducts Conceptualdesignandevaluation feasibilitystudy Designanalysis codes seandedIncluding reviewphysicalandanalyticalforces stresserdeflectionmodels andoptimalpartshape Prototypeproduction Computer aidedeastingandevaluationDesign CAD 產品定義及市場調查 產品概念設計及可行性評估 設計分析 產品分析模型及實體模型 Prototype原型製作與測試評估 產品設計及製造流程 Pilotproduction PackagingmarketandSalesliterature Cualitycontroleitheratthisslageorperiodicallyduringproduction TheseisanimportantaspectofProductdrawings Instructionmanualsproductmanut betterwaycontrolthroughoutthemanufacturingprocess 修正產品的設計 材料選用or製造方法 Production InspectionandqualityAssurance Computer aidedmanufacturingandprocessplanning CAMandCAPP Computer intermanufacturing CIM Productdrawings Instructionmanuals Materialspecification processandequipmentselection safetyreview Product 1 改變材料形狀的加工 casting coldforming hotforming rolling forging extrusion drawing powermetallurgy injectionmolding 2 按尺寸切削加工 a turning boring 搪 drilling milling grinding hobbing routing 切槽 b 非傳統 ultrasonic 超音波 electricaldischarge 放電加工 opticallasers 雷射切割 eolectroarcrasive jetmaching 磨料噴射切削 3 Joint 聯結 a welding 熔接 b soldering 軟焊 c brazing 硬焊 d sintering 燒結 e pressing 壓接 f riveting 鉚接 g screwfastening 螺絲接 h adhesivejoining 黏接 4 Finishingoperation 表面加工 polishing 磨光 honing 搪磨 lapping 研磨 surfacetreatingcoating 製造程序的分類 二 Casting 鑄造 傳統鑄造法 現代鑄造 鑄造程序 製模 熔融金屬 澆注 入模 冷卻 鑄件清洗 回收鑄模 2 1砂模鑄造SandCasting 砂模種類 依pattern來分 1 可取出模 用模砂包覆於模型的四周 然後自砂中取出模型 以融化的金屬來填補所產生的鑄穴 2 可消失模 用聚苯乙烯所製埋入砂中不取出 當熔化金屬注入鑄模時 聚苯乙烯被汽化而從砂之孔隙逸出模化 Molding Patternmaking Coremaking Gatemaking 鑄造程序圖 Sand Mold Meltingof Pouringinto Casting Heattreatment Cleaning Inspection metalmold finishing DefectsFurnaceSolidificationshakeoutAdditionalheatpressureRemovalofriserstreatment tightnessandgates dimensions 造模程序 模型 模砂 砂心 機械設備 金屬 和澆注以及鑄件的清洗 2 2TypeOfSandMolds 1 Green SandMolds themostcommonmoldmaterial whichismixedofsand leastexpensive clay andwater 由溼模砂所製成 其為砂 黏土及水 溼砂模 的組成 顏色為深棕色或黑色 未曬乾之砂 2 Skin DriedMolds 一般常用有二種 表面乾砂模 A 在模型外圍四周堆上一層厚約1 2吋 約12 7mm 的一種混合黏結劑之模砂 當乾燥後 會在模型上留一層硬的表面 而模型內部的砂仍填以溼砂 B 整個模型皆用溼砂製成 而以噴霧劑或噴液劑來塗敷表面 然後加熱以硬化之 所用之噴料 亞麻子油 糖蜜水 膠化澱粉 等 優點 a Generallyusedforlargecastingbytheirhigherstrength b Strongerthengreen sandmoldsandimpartbetterdimensionalaccuracyandsurfacefinishtothecasting 缺點 a Distortionofmoldisgreater b Productionrateisslower 3 Dry SandMolds 完全由粗模砂及黏結劑相混合而得 此砂模在鑄造前 乾砂模 須先在爐中烘乾 所以砂箱須是金屬製成 優點 澆鑄時不易變形 且不會發生有害汽泡 製造優良鑄件的重要因素 2 3MajorcomponentsofsandmoldsGatingsystem 澆口系統 使熔化金屬進入模穴的通道 通常由豎澆池 豎澆口或垂直通路和一澆口所組成 Pouringbasinorpouringcup 熔化金屬入口Sprue 豎澆口道 熔化金屬流入之通道 downward Riser 冒口 有二種openriserandblindriser 供應額外熔化金屬得以進入鑄件模穴中 以補償鑄件之收縮 其剖面應大 以便熔化時間儘可能加長 且位置應靠近厚剖面的地方 以補償較大的收縮 若位於頂部 重力會幫助金屬進入鑄件的適當地方 Blindriser 鐘頂形冒口 位於上砂箱 通常是直接置於澆口上方 即金屬進入模穴處 如此在澆鑄時 該處金屬進入時間較模穴內晚 溫度較高 Cores 砂心 由模砂製 置入模穴中 以產生中空區 Vents 通汽口 藉以帶走當熔融金屬進入和砂模接觸時所產生的氣體 及原在模內的氣體 a 金屬流入砂模內時 擾流應愈少愈好 澆鑄小鑄件時 澆口應在模穴的底部或靠近底部的地方 b 藉控制金屬流動或使用乾砂心的方式來避免沖蝕通道或模穴表面 c 金屬進入模內 使之具方向性的凝固 由模子表面向最熱的金屬處進行 以保持都有熔化金屬來補償鑄件的收縮 d 防止熔渣或其他外物進入模內 通往模子的澆口須稍加限 以使有時間讓顆粒浮起 進入撇渣器 澆池也可作成以烘乾的砂或陶瓷材料做成的過濾器 以過濾金屬液及控制金屬流動 澆口系統設計應考慮之因素 2 4製造砂模過程 置模型於造模板上 moldingboard 且將下砂箱置於此板上 2 放面砂 乾分模砂 partingsand 細晶粒的乾細砂 沒有強度 防止相黏 3 堆砂 模砂經篩選後覆於模型上 並壓實 須完全填滿下砂箱 如搥擊不實 在搬運或以澆入熔鐵產生衝擊時 模型會分裂 若過緊 則水汽和汽體無法逸出 4 加底板 並翻轉下砂箱 除去造模板 並加上一上砂箱 5 置模型 並於二模型間加一些分離砂 6 將一錐形豎澆口銷 spruepin 直立置於離模型約1吋 25m 處 以便能留一直立豎澆口 7 如製造下砂箱之方法填砂 搥擊 並於模型四周刺穿若干透氣孔 8 抽出豎澆銷 並於頂部漏斗形開口 以便澆注金屬 9 分離上 下砂箱 取出模型 10 切出模穴和豎澆口間的通道 Gate runner 由深入淺 由寬而窄 與模穴相接處截面最小 以便金屬澆入後 可在澆口處 敲斷通道的金屬 11 復合上 下砂箱 12 開冒口 13 澆注後敲掉多餘的部份 打掉即成型 取木模時 先以毛筆沾水 將模型周圍的砂弄溼 使模型邊緣可以牢固 鬆動模型前 以起模釘 釘入模型中 並在各方輕敲此釘 而後垂直取出模型 欲澆注前 取鐵塊置於砂箱上 以避免澆後會浮起來 除作一riser生口外 應作cavities排氣用 模型製作時需加一裕度 以防止熱脹冷縮 收縮比例通常不必一一計算 可用縮尺來量各種材料 shrinkrule MaterialShrinkageallowance Castiron1 8in ft8mm m Caststeel1 4in ft14mm m Al5 32 Brass3 16 2 5模型 可由木材 塑膠 或金屬製成 材料的選用乃依據鑄造工件大小 形狀 尺寸精度 鑄件量多寡及鑄造方法而定 由鑄件形狀來決定模型的製作一般可分為單件模型 one piecepattern 及分離式模型 splitpatterns Splitpatternsareusedforthecastinghavingthecomplicatedshape 應付鑄造過程中收縮 起模 加工 變形和搖動 所造成工作尺寸的不精確 模型製作上須預留裕度 Shrink收縮發生於 1 由液態金屬冷卻至固態成型前 2 相變化 液 固 3 在固態時由高溫至室溫時 Draft 起模 於砂模中取出模型時 置一起模斜度 以避免與模型接觸的砂模邊緣會有撕裂的情形 模型由於起模而留下的外部尺寸為1 8 1 4in ft 1 04 2 08 內孔的起模約3 4in ft 加工裕度finish 鑄件切削所需的尺寸 通常以加工符號標示於鑄造零件的細部圖上 Distortion 變形裕度 1 8in generallyfor小型和普通尺寸Onlyhappenincoolingprocess U形鑄件 Shake 搖動 取模型時 沿各方向輕敲 以擴大模穴而便於起模 一般可忽略 But大型鑄件或不切削加工 即與其他工作配合者 需考慮之 可藉稍為縮小模型尺寸來處理 2 5 1PatternAllowances模型裕度 尖銳的內角作成圓角以清除因金屬收縮而引起的裂痕 凹入連接表面or兩相交平面交角處 圓角和內圓角實際上是幫助取模型時 不會使得模型砂脫落 有突出物或外伸件時 可利用製作模型鬆動件以利於取模 鳩尾滑塊的嵌條塊鑄件 砂心製造 乾砂心 表面光滑度較佳 及溼砂心二種 製作砂心盒 corebox 作砂心 烘烤 置於砂模內 Chaplets 金屬 低熔點 額外的支持 可用於大或複雜形狀的砂心 但不可太多 以免不易熔化 SqueezermachineJoltMachineJerticalflasklesmoldingSandslinjersImpactmoldingVacummmolding 2 6Sand moldingMachine MetallicProject 金屬毛邊 膨脹 粗糙表面 Catities 收縮造成的空洞orgases產生 Discontinuities 裂縫crack coldorhot造成的撕裂 由於金屬被constrainted因為收縮 shrinkagefreely d Defectivesurface surfacefolds laps scars oxidescale e Incompletecosting suchasmisnur prematuresolification f Incorrectdimensions owingtwofactorssuchees impwpershrinkageallowance Patternmouastingenor irreqularcontraction deformedpattern castingwarped g inclusions formdwringmeeting solidification andmolding 非金屬的大多有毒 or熔融金屬和氧所生之氧化物or在熔鍋所呈的化學反應 礦渣Reactionb w金屬和砂模材料 承b 在thickerregion 由於contraction 在suface會產生 多孔 povous 收縮產生的cavitiey 可以chills來改善之 即放至金屬在thickerregion來增冷卻速率 共分二種 externalandinternal 和熔融金屬同材質但會有熔代問題 2 7Defects 7種basiccateqoriesofcastingdefects 2 8砂模製造法 OriginalMold 原形造模 SweepingMold 旋刮造模 鍋 盆 車輪 StrikingMold 平刮造模 生成鐵水 燃料 焦碳 2 生鐵洗鐵廢鑄鐵 由澆水 昇口回收 3 石灰石 Linestonl 當熔劑 能將水中的灰份Ash結成slag浮於表面 但不可過多 否則會侵蝕爐壁 投入量為生鐵的4 Ferro silicon 矽精 5 Mno 石灰石用途 使鐵水增加流動性 2 9FluidFlowAndHeatTransfer Successfulcostingrequirescarefuldesignandcontrolofthesolidificationofthemoltenmetaltoensuretheadequatefluidflowinthesystem Gooddesignofgatingsystemfortrappingcontaminates 2 9 1Bernoulli stheoryh p g v v 2g constant豎口銷的crosssection須decrease astheheightislower 否則會出現liquidlosescontactwithmoldwall而導致aspiration的產生 2 9 2ContinuityQ A1V1 A2V2 2 9 3Reynold snumberRe D 2 9 4Heattransfer A 金屬模中的鑄造法 Methodofcastinginmetallicmolds B 離心鑄造法 Centrifugalcasting C 精密or包模鑄造 Precisionorinvestmentcasting D 連續鑄造 Continuouscasting 3 1ShellMold 能providegoodtolerancesandgoodsurfacefinishedatlowcost 1 將金屬製 鐵or鉛 的pattern加熱175 370 2 丟入dumpbox 其內含細乾砂混合酚樹酯去coattheheatedmetalpattern 5 10mm 3 放入oven中forshortperiodtocureit 使結實 4 製作另一patternlyfallowthesamemanner5 bondedordampedtogether6 裝入模箱中 相互支撐or以砂粒墊底7 澆鑄 三 現代鑄造法 advantage 需較少的製模技術 砂的用量少 5 容易自動化 清理成本低 表面光滑 disadvantage 金屬樣模製造or加熱成本貴 但可大量製作 依然便宜 用findsand 有lowerpermeabilityApplications Gearhousing Cylinderhead connectingrods 3 2Sodium silicateProcess CO2moldhardeningprocess 利用CO2即矽酸鈉荃黏劑 1 5 6 來硬化模型 將矽酸鈉和模砂混合 塗於pattern上 then吹入CO2來硬化之 hardeningtimeisabout15 30seconds 3 3EvaporativePatternCasting 可消失 模法or 蒸發 模法鋁模 注入合成樹脂polystyrene 取出樹脂模 patterniscoatedwithwater basedslurry dryit 置入砂模 澆注 優點 1 簡單process2 cheapflaskcandoit3 型模easy且easyforcomplexpattern4 easycleaningandfinishing5 forlongrunitisveryeconomicalmajorfactoristhe costforproducingthedie 6 processcanbeautomated 優點 1 accuratcdimension2 battersurface3 通常用於高溫合金 如黃銅 高溫時金屬模壽命相當短 石膏只使用一次 nothingtoworryabout4 plasterhaslowthermalconductivity andcastingcoolslowlyandmoreuniformgrainstructure casting較少摺曲worpage Precisioncasting plastercasting ceramic moldandinvestmentcasting 3 4Plaster MoldCasting haveverylow穿透性 石膏製模 會加silicaflowtoimprovestrugttr石膏粉 矽粉 水 塗覆於pattern halves 上 15min removepattern drywith120 260 去水分 合併石膏模得模穴moldcavity 澆注pouringlow穿透性 氣體無法釋放 澆注需在vacuum下orunderpressure 改善穿透性 1 可藉Antiochprocess 在高壓汽爐內10hrs去水 12hrrehydrated使石膏粒狀化 具透氣性2 使用foamedplaster 即加入泡沫劑 使得到較佳的透氣性 3 6InvestmentCasting 包模製造 or失臘法 lostwax 原為16thcentury藝術家採用的方法1 pressingwaxintoasplitmold 鋼orbrass做成欲鑄零件之複製品 再做成鉍or鉛的對合鑄模 2 Patterngatedtogethertoformaclusterpattern 可將n個帶有澆口 冒口的樣模組合起來 3 Metalflaskisplacedoutsideofpattern4 Refractorymoldslurryispoured Dipthepatternintheslurryseveraltimeuntilacoatisbuiltup 5 meltoutthewax 90 175 then 加熱65 1050 for4hrs dependingonthemetaltobecast 6 pouringmoltenmetal7 shakeout 包模程序相當昂貴 適合高熔化溫度合金及需要goodsurfacefinishandclosetolerance者 優點 1 可鑄造complex形狀的工件2 可得沒有分離線的極光滑表面3 尺寸準確性佳4 無法切削的零件 可鑄成預設之零件形狀 3 5Ceramic MoldCasting陶瓷模類似石膏模 差別在於其選用耐高溫的模材slurryisamixtureof細鋯石 氧化鋁 熔融矽程序 熔融slurry 覆於pattern上 分離mold 乾燥 除去揮發物質 結合上下mold 澆注 3 7VacuumCasting3 8Permanent MoldCasting 適用於低熔點金屬ex Al Mg copperalloy grayiron 利用gravity來澆注 Mold由耐火材料製成 如castiron brone graphiteorrefractorymetalalloys可得goodsurface closetoleranceuniformandgoodmechanicalpropertiescastingsathighproductionrate 常見產品為活塞頭連桿 太複雜的形狀 則取件不易 但可配合sandcore來做 3 9Diecasting壓鑄法developedin1900S pressurediecasting在Europ稱 permanent moldcasting的一種 可分為Hot chamberprocessandcold chamberprocess二種 約於0 7 700Mpa 0 1 100K I 壓力下 將MoltenMetal鑄入金屬模內 3 9 2ColdchamberProcess 20 70Mpa Injectionchamberisnotheated Moltenmetalispouredintotheinjetioncylinder shotchamber 高壓 通常以鎖模時的壓力來模子和心型可重覆使用 可精密控制尺寸 幾乎不須再加工 澆口 橫澆道和造模口均可再熔化 廢料損失少 可避免鑽孔及螺紋類的加工 Highproductionratewithgoodstrength 亦可得薄壁 缺點 1 設備及模子成本高 對少量生產有所限制 2 某此情況若沒有維持高溫 金屬鑄件可能發生不良的冷激影響 chillingeffect 模型無法跟著casting收縮 收縮係數高的金屬應儘快自模型中取出 3 9 1HotchamberProcess 30Mpaand15Mpa 熔解室裝置於機器內 注射缸浸泡於熔化金屬內 液壓or氣壓 將金屬壓入模子內 而得鑄件 拉鍊齒 低熔點合金 900shots hr 藉由模子做高速旋轉所產生的離心力而使鑄件定位模型中 鑄件表面可得更細緻 緊密的金屬結構 具有更佳的物理性質 尤適合對稱性的鑄件 可分為三種 Truecentrifugalcasting 真離心 Semicentrifugalcasting 半離心 Centrifugal 離心加壓鑄造法 3 10 1Turecentrifugalcasting 省去core 通用於管子襯套及對稱形製品Moldaremadeofsteel ironorgraphiteandmaybecoatedwithrefractorymaterial 來增加Mold壽命 圓形鑄件尺寸 由13mm 3m Dia and長16m由離心力 雜質會分離留於內側亦亦處理 水平軸離心鑄造可分為2種 1 質重且厚的metalmold上塗一層薄的耐火材料 可加速熔化金屬層的開始凝固 由模壁往管內壁進行可的較佳凝固方式雜質會留於壁內 2 於模型何鑄件間置厚的高絕熱砂層 此可避免金屬的直接凝固 金屬在壁面及管內同時凝固 鑄件壁厚部份中間造成海綿組織 並含有雜質 鑄鐵管製法 shellmold 離心鑄造法 1 砂 phenolicResin傾入已加熱之圓筒內 製成shellmold2 兩端以蓋子蓋住3 pouring鐵水 rotating mp 50 小口徑375 790 大口徑3 10 2Semi centrifugalcasting當模型繞垂直軸旋轉時 內部係完全充滿金屬 並可裝上冒口與心型 casting通常為實心 但此處壓力小 不很密實 且常含雜質 一般中心部份都切去 轉速不如真離心法那麼高 3 10 3Centrifugal 不限於對稱性物體 係藉由離心力將位在中心的金屬熔液填入模子外緣的鑄造孔穴 牙醫使用此法鑄造金質鑲套 3 10CentrifugalCasting離心鑄造法 Definition 將固態金屬加熱及冷卻處理 以改變其物理性質 ex steel harden tobecutterorsteel soften tobecutted熱處理可消除內應力 降低晶粒尺寸 增加韌性orinternalisducitileandexternalisharden 通常碳對鋼鐵的物理性質影響很大 合金鋼 除含碳外 尚含鎳 鉻 錳 鉬 鎢 矽 釩 銅 討論純碳鋼之一般商業用鋼的熱處理 冷卻速率為主要控制因素 from高臨界溫度範圍迅速冷卻可得硬化effectbutcoolingslowly 則得相反效果 五 熱處理HeatTreatment 5 1Iron IronCarbidePhaseDiagram鐵對碳化鐵平衡圖於Fe C平衡圖上1 含碳量c在0 01 以下為純鐵 Ferrite 肥粒鐵2 C 0 01 2 0 為鋼steel3 C 2 11 6 67 為鑄鐵4 含C 0 71 徐冷至室溫時全部成為Pearlite 波來鐵 稱為共析鋼EntectoidSteel5 0 8 碳以下徐冷至常溫為Ferrite肥粒鐵和Pearlite波來鐵混合組織 稱為亞共析鋼 HypoeutectoidSteel 6 0 77 2 0 碳徐冷至常溫時為雪明碳鐵Cementite和波來鐵混合組織稱為過共析鋼 HypoeutectoidSteel 7 含碳量4 3 冷卻至1140 時凝固成為沃斯田鐵Austenite和Cementite雪明碳鐵的細密共晶物稱為共晶鑄鐵EutecticCast8 含碳量2 0 4 3 間為亞共晶鑄鐵Hypo eutecticcastiron 肥粒鐵 bcc 固熔體 即 Fe內含有極少量的碳固熔體 Ferritesolidsolutionb 80 90軟 強磁 延性大50 Cementite雪明碳鐵 Fe中含有固熔度以上的碳 則與Fe成為化合物即Fe3C 硬且脆 Hb 800andup 沃斯田鐵 Fcc 固熔體 即 Fe內熔入1 7 以下的碳的固熔Austenite體稱之 波來鐵pearlite 肥粒鐵和雪明碳鐵成層狀交互存在的組織 motherofpearl 又稱珠母鐵Hb 200 250 麻田散鐵 鋼從 723 Ac1以上溫度急冷時 波來鐵pearlite變水淬態受阻 可得碳過飽和固熔的固熔體 Hb 600 700usuallyneed回火 粗班鐵 沃斯田鐵的冷卻速度快 則波來鐵中的肥粒鐵和雪明碳鐵層狀組織變密Hb 270 good延性 韌性最快forsteed 空氣冷sorbite比Troostite還慢 吐粒散鐵 沃斯田鐵的冷卻速度更快些 所得更細密的肥Troostite粒鐵和雪明碳鐵和雪明碳鐵之層狀組織Hb 350 400 good延性 油淬 5 2Castiron Fe C Si即包含其他Mn S 等n種百分比較少的合金 通常低熔點 較適合castiron1 Graycastiron 斷面灰色的商用鑄鐵 碳的主要形狀為灰鑄片狀石墨 易切削 抗壓強度高 抗拉強度20000 60000psi 低延性有ferritic pearlic andmartensitic三types ferriticgraycastiron fullgrayiron 石墨in Ferrite plarlic graphiteinmatrixofpearlite 較strong stillbrittle Martensitic 沃斯田鐵化austenitizingapearlitic後加以淬回guenching而得grayirongraphiteinmartensite 2 Malleahlecastiron 由白鑄鐵所製 裝於罐內 並放於退火爐中 退火3 4天 1500 1850 815 1010 經由此處理hand碳化鐵變成回火或分解成純鐵及球狀之石墨 平均分佈於純淨之鐵的基材中 goodin抗震性及切削性 3 Nodulariron ductileiron 藉加入少量鎂 於熔融的灰鐵中 球狀鐵 延性鐵而得其含有石墨球形狀的碳 由graphiteflask 4 Whitecastiron 斷面白色 含graphite少的緣故 硬 抗磨 因有大量Fe3C 可經由對灰鑄鐵的快速冷卻or調低碳及矽含量而得 5 3HeatTreatment 1 IsothermalTransformationDiagrams TTT Scurne 恒溫變態圖鐵碳平衡圖提供選擇加熱溫度時緩慢冷卻的組織形式 但其不能提供關於冷卻速率效應 時間 晶粒組織的Information 此法為將一定組成的鋼自沃斯田鐵狀態淬火於 727 A1變態點以下某一溫度 維持不變時所產生的變態 亦即將steel從沃斯田鐵狀態 浸浴於underA1變態點以下某一溫度的恆溫液體 至其變態完畢 如冷卻得快則可得麻田散鐵 每一種鋼的總時間 溫度變態曲線不同 隨含碳量 合金情況 以及Austenite晶粒大小而變化 大部份合金元素會將曲線右移 如此允許較長時間在完成鋼的完全硬化 對於碳鋼 decrease碳會使曲線左移 同時Ms Mf溫度也會上升 細晶粒沃斯田鐵之Steel曲線左移 因此較難淬火 粗晶粒Austanite雖易淬火 但易龜裂 粗晶粒Steel韌性較細晶粒鋼為差 且易變形 but切削性較佳及較大的硬化深度 細晶粒較韌 and延展性 heattreatment時不易變形及龜裂 由Ac3點淬火可得細微組織 but緩慢冷卻或從較高溫度冷卻則得較粗顆粒 一般顆粒大小 決定於淬火時Austenite的晶粒大小 5 3 1硬化能力HardenabilityofFerrousAlloys可經由熱處理而得到之硬度 If成份已知 則refertoFe C平衡圖可知加熱之溫度 If不知成份 則需以實驗決定之 加熱速度很重要 If加熱toofast 則會不均勻 對形狀不規則工件 則緩慢加熱對於避免撓曲及龜裂是需要的 截面愈厚 heating時愈久 evenneedtokeepthetemperatureforawhile 大件通常用油淬 以得快速冷卻但不是太劇烈 所能得到的硬度dependson淬火速度 含碳量及工件大小 For低及中碳的純碳鋼 水淬 For高碳鋼則用油淬 iftoolessC 則硬化效果不好 o 60 之前 會增加 ifC 鹽水or水淬能夠rapidlycoolingdown 但內面如still散熱慢 則仍不會得到很好的硬化結果 Quenching目的 使鋼材之硬度提高 改善強度 增加耐磨 方法 鋼件的淬火溫度皆應於A1點以上溫度 再冷卻以得到硬化的組織 可由淬火速度來控制硬度 通常亞共析鋼淬火溫度為A3 30 50 共析鋼及過共析鋼為A1 30 50 if亞共析鋼僅A1 A3 則結晶是由Austentite Ferrite 則Quenching時onlyAustentite Martensite Ferrite 沒變 故組織為Martensite 硬度 if淬火溫度toolow ex 亞共析鋼在A1 A3間 則組織為Aus Ferrit Mar Ferrit硬度變差 if淬火溫度過高 則冷卻後Martensite粗大及殘留Austensite增多 則粗大的麻田散鐵脆性大 且殘留沃斯田鐵增多時硬度減低 淬火溫度過高或過低皆影響其組織 並減低實用性 For過共析鋼及共析鋼 加熱A1 50 組織變為Austenite 再熔碳化物 很細 冷卻後 Martensite 細碳化物可達Hb800度 比麻田散鐵Hb700還硬 if淬火溫度升至Acm點以上 則所有微細碳化物會溶入沃斯田鐵 淬火後成為粗針狀Martensite 殘留Austensite硬度就較差 沒有碳化物 淬火液可使用 1 水 可得急冷 經濟效率佳 約在S鼻端附近 2 油 較水慢 合金鋼 加熱至適當溫度 黏性變小 效果較佳 3 鹽水 淬火時 鋼材表面蒸發水汽 而產生NaCl結晶 成為汽泡核以提高冷卻速率 Fastethanwater20 淬火所生之內應力 因表面冷卻快 張力 但工件內部材質冷速慢 受壓應力 稱為熱應力 淬火缺陷 1 淬火裂痕防止法 a 零件形狀不要太複雜b 避免內厚急變c 淬火後儘快回火d 減少角隅 2 淬火不均防止法 a 均勻冷卻速度b 均勻化學成份c 均勻淬火溫度 3 硬度不足防止法 a 調整淬火溫度b 減少工件脫碳現象c 保持淬火溫度 4 淬火導致工件變形防止法 a 增加C 及合金元素可減少形狀變化b 淬火前充份退火c 物件流線對稱d 防止殘留內應力 可用低溫退火 Annealing退火由粗晶粒 細晶粒 full annealing 完全退火目的 為軟化高硬度的鋼 以便利機械加工 解除應力集中 方法 通常加熱至臨界溫度30 50 然後保持tilltempisuniformlydistributed 緩慢的冷卻 使成 Ferrite Pearlite組織 forhypoeutecticsteel Ferrite Pearlite 粗 higherthanA3 forhypoeutecticsteel 退火溫度較低 justhigherthanA1 雪明碳鐵 粗波來鐵 usuallytillreachannealingtemp stellneedstobekeptawhillforuniformlytemperaturedistributen完全退火 相退火 phaseannealing使全相轉換 亦為變態退火 purpose 1 改善機械性質 2 改善加工時的切削性 3 改善化學不均勻性 4 改善材料之顯微組織 5 增進延性 減低硬度 6 鬆弛內應力 組織為粗pealite適用於0 6 一般經過熱作壓延or鍛造的鋼材組織易呈現不均勻現象 有殘留應力or非充份軟化 難進行機械切削or塑性加工 可用此法 A 正常化退火 Normalizingannealing 為避免過度軟化 當對於鋼的退火 而將整個冷卻均勻cycle於靜止空氣中完成 加熱至A3orAcm上10 40 沃斯田鐵 目的 1 晶粒微細化 改善機械性質 2 調整組織中碳化物大小or分佈狀態以利淬火 主要用於低or中碳鋼及合金鋼 以便晶粒組織更均勻 消除內部應力 得到較佳切削性 較高強度 硬度 低延性comparedto完全退火 組織為細波來鐵 B 球狀化退火 Spheroidizingannealing 是使游離的網狀Cementite及層狀Pearlite中的雪明碳鐵呈球狀分佈組織之方法 鋼緩慢的加熱至低於臨界點 A1 並保持一段時間 以獲得此種組織 亦能以在較高及較低於 A1 範圍之二個溫度間 交替加熱和冷卻來完成此處理 目的 球狀組織可改善鋼的切削性 及機械性質 C 製程退火 Processannealing 用於板片or電纜加工實施程序間的退火處理 加熱於稍低於臨界範圍 然後緩慢冷卻 程序比球狀化更化 冷作加工過程中 加熱至A1點以下溫度 後徐冷之 可得一般pearlite組織 退火以重建延性 對於加工硬化的冷作件 消除加工硬化現象 因此 該工件可被繼續加工至最後所需的形狀 D 消除應力退火 Stress reliefannealing 程序 1 為除去鋼內部應力 在500 650 保持適當時間後冷卻 2 亦可加溫至較常溫高150 以下 經長時間使材料發生潛變而解除應力 此稱為時效處理 Aging 12 80hrs 因鑄造 鍛造 冷加工 而發生內部應力之工件 以此法除之 內應力因加工溫度 冷卻速度 升溫速度使工件內外不均 5 4Tempering回火 ordrawing 調解淬火後工件的材質 ThermalRefining 快速淬火所硬化的鋼呈脆性 並不常用於大部分工 透過回火 硬度及脆性均可以降低至所要使用的狀況 一般為加溫至A1以下保持溫度較多 隨著硬度及脆性decrease 抗拉強度降低 展延性和韌性增加 將淬火硬化鋼 再加熱至低於A1範圍 接著再以各種速率冷卻之 雖然It軟化了鋼 但其和退火不同點為其並非大幅的軟化了鋼精細的控制物理性質 從回火完全硬化鋼所得最終的組織為回火麻田散鐵 temperedmartensite 硬化steel之Martensite並不穩定1 若低溫回火150 205 C 不會使硬度降低太多 主要為消除內部硬變 淬火之麻田散鐵 回火麻田散鐵 並使殘留沃斯田鐵不易發生變化 2 高溫回火 400 650 可得高強度 韌性及衝擊值 麻田