公司常用金属材料特性及热处理

关于公司常用金属材料特性及热处理

5.1模具失效特征一、冷作模具失效特征:

斷裂失效/

磨損失效/疲勞失效/塑性變形。二、熱作模具失效特征:

1.熱磨損:

主要是模具與被加工的紅熱金屬坯料之間的摩擦得不到潤滑，被紅熱的金屬坯料氧化，型腔表面層被回火軟化，而氧化又加劇了磨損,形成無數的摩擦溝痕。

2.冷熱疲勞:

占失效模具總數的60~70%。冷熱疲勞是模具表面經受反復加熱和冷卻所產生的應力引起疲勞的結果。

3.腐蝕:

在高溫下受到流體金屬的物理和化學作用，在壓鑄模具表面產生的腐蝕--表面平整，棱角變鈍，嚴重影響鑄件的幾何形狀、尺寸精度和表面質量。

4.斷裂失效:

在壓鑄模當中約占5~10%左右。

5.塌陷

模具在服役過程中，模腔型面變形下塌，使加工零件呎寸超差，從而造成模具失效。第2页,共30页，2024年2月25日，星期天A材質

材質錯誤:

(1)造成熱處理工藝不當，熱處理后硬度不足;組織過熱、過燒致使工件報廢;(2)影響材質機械性能造成模具過早失效；材料品質差：<1>材質化學成份與標準不相符；<2>成份偏析:嚴重共晶碳化物帶狀、網狀偏析、夾雜、液析等；

SKH51試樣中部橫向金相照片(不合格)

SLD高倍照片，較完好的魚骨狀共晶碳化物(不合格)SLD共晶碳化物不均勻度1.5級(合格)SKH51共晶碳化物不均勻度2級(合格)第3页,共30页，2024年2月25日，星期天材質不良開裂案例圖1SLD模板表面開裂照片，裂紋長度97mm。圖2SLD模板側面照片，存在明顯磨削裂紋。

圖3模板開裂附近金相圖片，共晶碳化物不均勻度為網系5.5級。圖4模板未開裂處金相圖片，共晶碳化物不均勻度為1.5級。

模板開裂的主要原因是材料內部碳化物分布嚴重不均材質不良所致，而磨削工序進給量過大，亦起促進作用。第4页,共30页，2024年2月25日，星期天B.模具結構設計与熱處理:

還須注意其熱處理工藝性，因模具斷面尺寸不均勻，形狀結構不合理(如尖角)等。將促成熱處理加工時。因強大的熱處理應力、組織應力雙重作用，而致使開裂之可能。W/E加工時會打破原有應力平衡，應力重新分配時導致模板薄弱處發生開裂。第5页,共30页，2024年2月25日，星期天

C.熱處理加工操作控制不當

YK30、SKS3模板校變形開裂檢討:

熱處理校正時間過長、回火前溫度(80℃)偏低、存在回火不及時之疑點;

材質經質量追溯均存在質量缺陷。

SLD結構復雜件加工中開裂異常原因:

工件結構不對稱且直角太多；冷卻模式選擇不當且工件出油溫度過低；壓變形時機控制不當；回火不及時及回火入爐溫度過高(450℃)。裂紋第6页,共30页，2024年2月25日，星期天

基體組織高溫回火燒傷層二次淬火燒傷層D研磨加工的影響第7页,共30页，2024年2月25日，星期天E.線切割(W/E)及放電(EDM)加工的影響:

金屬表面快速熔化及凝固，形成硬度、組織及性能異常的變質層,最深可達0.1mm,該變質層模具使用壽命將產生較大影響。模具材料與熱處理網址:10.151.7.108/moldsys第8页,共30页，2024年2月25日，星期天

壓鑄(鎂/鋁/鋅)利用高壓強制將金屬溶液壓入形狀復雜的金屬模內的一种精密鑄造方法呎寸公差小;表面精度高;較其它鑄造強度高;大量生產,節省成本合金受限制;設備費用高;鑄件氣密性差

第9页,共30页，2024年2月25日，星期天

第五章壓鑄鎂合金

1AZ91D特性

2鎂合金的優勢

3鎂合金的應用

4耐鹽水腐蝕性

5鎂組織形態

6存在的問題第10页,共30页，2024年2月25日，星期天

1.1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,若與鋁合金壓鑄件利用同樣的條件鑄造會形成嚴重的破裂;同時因熱膨脹系數大,太高模具溫度,易在肋部發生表面收縮.

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,可以高速切削

耐蝕不良,特別是在潮濕空氣及近海之環境為甚,故鎂鑄件必須在壓鑄后施以特別的防護處理.第11页,共30页，2024年2月25日，星期天1.2AZ91D化學成份Name

AlZnMnFe(max)Cu(max)Si(max)Ni(max)M

9.100.7730.2510.0010.0010.01200.001H

8.920.7830.2400.0010.0010.01270.001Y

9.170.5550.2270.0010.0010.02080.001R

9.35

0.744

0.2480.001

0.001

0.0164

0.001

ASTMSPEC.

8.5~9.5Al,0.17~0.40Mn,0.45~0.90Zn,0.05maxSi,0.025maxCu,0.001maxNi,0.004maxFe第12页,共30页，2024年2月25日，星期天1.3AZ91D特性第13页,共30页，2024年2月25日，星期天2鎂合金的優勢Mg與其它金屬材料比較Mg與工程塑膠材料比較★

比重低(為Al的2/3,Fe的1/4)★

高剛性及抗撓曲性★

質地硬,強度較高★

散熱性佳☆成形性及加工性良好★

電磁遮蔽性佳☆耐蝕性一般★優良吸震性,抗衝擊性及抗疲勞性☆

吸振能力佳☆不易磨耗,質感佳☆韌性高☆

尺寸穩定性及抗潛變性佳☆技術門檻高

☆回收性佳第14页,共30页，2024年2月25日，星期天3鎂合金的應用領域範圍實用零組件/AppliedParts汽車工業散熱器,輪圈,儀表板框架,方向盤,傳動組件外蓋,氣缸頭蓋,離合器及剎車踏板,外殼懸吊系統支架,凸輪箱罩,油箱蓋,天窗•••等等。3C電子產品筆記型電腦,數位音響(CD/MD),數位影像處理機(VCD/DVD),數位相機,移動電話,個人數位助理器(PDA),通訊器材,資訊家電(IA)產品外殼及零組件•••等等。自行車車身,前叉,輪圈,踏板及其它關鍵零組件•••等等

第15页,共30页，2024年2月25日，星期天範圍實用零組件高密封性系統

油壓及氣壓管路元件,幫補外殼,各式閥,冷氣壓縮機外殼•••等等。運動休閑器材

高樂夫球頭,釣竿,弓,捕手面罩,直排輪,滑板車,健身器材外殼•••等等。工業用工具

噴槍,齒輪箱蓋外殼,打釘機,電鋸,電鉆•••等等。武器系統及醫療設備

槍枝殼,彈匣,步兵通訊裝備,高精密儀控,輕量化醫療器材•••等等。第16页,共30页，2024年2月25日，星期天

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

成本適當

制造技術成術

無可燃性4鎂合金的耐鹽水腐蝕性能第17页,共30页，2024年2月25日，星期天5鎂鑄造組織存在的問題

模具壽命

生產良率

化成烤漆異常問題第18页,共30页，2024年2月25日，星期天

第六章壓鑄鋁合金1壓鑄鋁合金之選擇考慮機械性質—強度/延性及硬度等老化對於性質及呎寸穩定性之影響對於壓鑄過程之適應性—鑄造性/流動性/冷卻收縮等低溫及提升溫度后之強度變化機械加工性拋光/電鍍/烤漆及其它加工過程之能力抗蝕性重量及成本第19页,共30页，2024年2月25日，星期天

壓鑄鋁合金特性熔點低,減少與模具之溫度差流動性佳,提高壓鑄時之填充能力熱膨脹系數小,減小收縮高溫脆性低,避免高溫破裂與模具親和力低,避免粘模,鐵含量不可太高熔液的氧化少,不影響流動性鑄造應變少,,避免產生變形,影響強度第20页,共30页，2024年2月25日，星期天2壓鑄性硅顯著改善流動性,固溶銅改善機械性質/切削性及研磨性,鎂強化相,鐵減少粘模.第21页,共30页，2024年2月25日，星期天第22页,共30页，2024年2月25日，星期天

第七章壓鑄鋅合金

1壓鑄鋅合金及其成份•壓鑄性能非常良好(比鋁合金佳);•機械性質佳,強度及延展性等也甚佳;•表面精光好;•流動性良好,可以壓鑄斷面極薄且形狀復雜之鑄件;•鋅鑄件之尺寸精度也甚高,但鋅鑄件易產生時效收縮變形,而使其尺寸安定性較差.第23页,共30页，2024年2月25日，星期天3號與5號專利鋅合金成份(其它ZA-8,ZA12等)第24页,共30页，2024年2月25日，星期天

2合金化原理•鋁:改善鑄件強度及降低溶鐵度.理想含量在3.9~4.3%,若大于4.3%,合金就會變脆,不易彎曲及鉚接等加工,若低於此規定,則壓鑄薄壁件很困難,且大鑄件冷卻過程中有可能出現裂痕.•鎂:改善鋅合金中不純物存在而引起的晶粒腐蝕作用,含量多時會降低沖擊強度,引起熱脆性;•銅:防止晶間腐蝕,增加強度,硬度,但若超過規定值,易使鑄件產生不穩定之狀況;•鉛/鎘/錫;不純物,產生晶粒腐蝕•鐵:鐵對鋅鑄件之特性是無害的,但堅硬的鋁鐵化合物(FeAl3)過量就會增加機械加工和磨光之困難.第