钢材之强度与热处理

模具材料选用与热处理钢材之强度与热处理(三)-1-钢铁材料的机械性质取决因素：*钢种(化学成分)故，依使用目的选定钢种与热处理极为重要。*热处理-2-钢材强度

广义的钢材强度硬度、降伏强度、弯曲强度、疲劳强度、浅变破坏强度、耐磨耗性、与环境破坏强度等狭义的钢材强度以抗拉性质与硬度为主-3-钢铁材料之抗拉特性正常化之低碳钢荷重(应力)伸长率(应变)弹性限,sE上降伏点,suy下降伏点,sly抗拉强度,sutP,破裂点弹性变形,eE降伏伸长率,

ey均匀伸长率,eh总伸长率,et-4-钢铁材料之抗拉特性伸長率(應變)荷重(應力)ABCD1D2A:正常化软钢

B:低合金钢，调质高强度钢C:高强度钢(正常)D1:高强度钢(延性缺乏)D2:高强度钢(低应力破坏)-5-钢铁材料之抗拉特性钢铁材料之抗拉性质中，设计者为防止永久变形而重视降伏强度，但降伏强度为不安定数值，例如，随抗拉速度而有大幅变化(快那么高)。因此，为平安计，一般系以抗拉强度的1/3或1/4为设计应力。亦即平安系数取1.5或2。-6-钢材之硬度与抗拉强度硬度(RC)1030405060050100150200250350300250200150100500100200300400500600700抗拉强度(kg/mm2)抗拉强度(kpsi)硬度(BHN)su(kpsi)

0.50BHNsu(kg/mm2)

0.35BHN近似公式**仅适用于BHN500以下-7-降伏強度,抗拉強度(kg/mm2)代表性鋼種100014002000342030405060708090100200300400500600700800150900高純度鐵一般壓延鋼材,鑄鋼低溫用鋼溶接構造用高張力鋼機械構造用碳鋼機械構造用低合金鋼強力鋼超強力鋼琴鋼線鐵之單晶鐵之理論強度TMCP鋼代表性钢材之抗拉强度-8-降伏強度,抗拉強度(kg/mm2)適用之主要強化機構100014002000342030405060708090100200300400500600700800150900高純度鐵固溶強化正常化相變化強化(淬火回火)細晶強化析出物分散強化冷作強化(加工硬化)加工熱處理不含缺陷之鐵單晶控制壓延，加速冷卻钢材之主要强化机构-9-钢铁材料之强化法钢材之主要强化法有：固溶強化細晶強化相變化強化析出物分散強化冷作強化(加工硬化)加工熱處理強化-10-钢铁材料之强化法--固溶强化高纯度之铁甚软，强度缺乏，假设固溶合金元素或不纯物元素时，会使铁之结晶格子变形，阻止差排〔dislocation〕活动，使强度上升，此即固溶强化。降伏强度与添加元素之重量比大约成比例上升。-11-钢铁材料之强化法--固溶强化CorNPSiCuMnMoNiorAlCr0-75+75+150+225+3000.51.01.52.02.5合金元素量(wt%)降伏强度之变化(MN/m2)-12-钢铁材料之强化法--细晶强化欲同时提高材料之强度与韧性时，结晶粒之微细化为最有效方法之一。晶粒微细化可提高sy与su，其中对sy之效果较大。-13-钢铁材料之强化法肥粒铁结晶粒微细化方法1.使变态稍前之沃斯田铁结晶粒微细化--细晶强化2.增加肥粒铁结晶粒生成之核3.阻止肥粒铁结晶粒之生长-14-钢铁材料之强化法降低变态(相变化)温度可以有效提高钢铁组织之强度与韧性--相变化强化-15--15-钢铁材料之强化法--相变化强化1.正常化的强化施行正常化处理的目的在使结晶粒微细化，生成微细之波来铁，以提高材料强度并改善韧性。-16-钢铁材料之强化法--相变化强化-17-钢铁材料之强化法--相变化强化钢淬硬之两种方法：2.将肥粒铁与波来铁变态起始点移向长时间侧。--添加合金元素-18--18-钢铁材料之强化法--析出物分散强化由析出物之分散强化有二：1.由于时效所生之微细析出物(金属间化合物)：增加强度、硬度，但容易发生微细龟裂，降低韧性--具有适当大小与刚性，以高密度分散并与母相着性良好之析出粒子，可确保强度与韧性。-19-钢铁材料之强化法--冷作强化常温下，钢材承受降伏点以上之应力，即发生塑性变形，随之硬化，是为冷加工硬化，即冷作强化。冷加工强化法不适用于一般之构造用钢材，因为伴随着强化而产生显着之脆化。-20-钢铁材料之强化法--冷作强化1.沃斯田铁系不锈钢之强化2.高锰钢之使用于土木机械3.琴钢丝4.钢材外表施行珠击、滚轧加工，提高外表硬度，改善疲劳强度。冷作强化之应用例：-21-钢铁材料之强化法--加工热处理强化钢之加工热处理(Thermo-MechanicalTreatment,热机处理)分类名称说明变态前之加工锻造淬火、加工淬火于安定沃斯田铁范围加工后，急冷沃斯成形、温冷加工准安定沃斯田铁范围加工后，麻田散铁状态沃斯滚轧回火准安定沃斯田铁范围加工后，沃斯回火变态时之加工深冷滚轧，恒温成形麻田散铁变态途中之塑性加工变态后之加工麻成形麻田散铁加工温加工、ETD法回火麻田散铁加工韧化加工波来铁或变韧铁加工由变态前至变态途中之加工控制压轧、控制水冷沃斯田铁低温域之加工TMCP钢沃斯田铁、肥粒铁二相域之加工-22-钢铁材料之强化法--加工热处理强化各温度领域压推迟组织-23-钢材之选择与热处理本卷须知--左右机械性质之要因1.材料之不均勻性：如偏析5.高溫特性：如潛變4.低溫特性：如低溫脆性3.時效：如淬火時效、冷作之變形時效2.零件之質量效應-24-低温脆性钢铁材料因使用温度下降致降伏点升高而脆化之现象A：延性破坏B：延性及脆性破坏混合区C：脆性破坏，降伏后发生破裂D：脆性破坏，降伏应力以下之破裂-25--25-高温蠕变钢铁材料在恒温下持续承受拉伸应力，负荷应力虽然小于该材料之降伏应力，变形量仍逐渐增加以致于破坏之现象-26-工具钢之强度与热处理--工具钢之分类1.碳工具钢2.合金工具钢3.高速工具钢-27-工具钢之强度与热处理--碳工具钢主要成分：0.6~1.5%C,<0.35%Si,<0.5%Mn特徵：-28-工具钢之强度与热处理--碳工具钢碳工具钢之变态温度-29--29-工具钢之强度与热处理--碳工具钢碳工具钢之热处理法及硬度-30-工具钢之强度与热处理--碳工具钢本卷须知：熱500~600OC100~50OC150~200OC150~200OC常溫空冷空冷1hr/25mm1hr/25mm空冷油冷或冷取出(~200OC)水徐淬火溫度持溫20~30min/25mm質量較大件預熱-31--31-工具钢之强度与热处理--合金工具钢主要成分：碳工具钢内添加Cr、W、Mo、V、Mn、Si等，以改进碳工具钢之各种缺点者。合金元素主要作用：-32-合金工具钢之主要分类：4.熱加工用1.切削用2.耐衝擊用3.耐磨用冷加工用工具鋼5.高速鋼工具钢之强度与热处理--合金工具钢-33-切削合金工具钢含Cr,W,(Mo,V)之高碳合金钢。硬、耐磨。工具钢之强度与热处理--合金工具钢-34-切削合金工具钢之热处理法及硬度工具钢之强度与热处理--合金工具钢-35-本卷须知：3.通常不做深冷处理。工具钢之强度与热处理--合金工具钢-36-(以SKS2为例)熱550~650OC~50OC150~200OC常溫空冷2~3hr/25mmf空冷(油溫40~60OC)徐淬火溫度持溫20~30min/25mmf冷油~100OC預熱加熱10~15min/25mm工具钢之强度与热处理--合金工具钢-37-耐冲击合金工具钢1.降低含碳(C)量以提高耐冲击性。如SKS4,SKS41。3.兼具上述两种特性者。如SKS42。工具钢之强度与热处理--合金工具钢-38-耐冲击合金工具钢之热处理法及硬度工具钢之强度与热处理--合金工具钢-39-(以SKS4为例)熱700~750OC~50OC150~200OC150~200OC常溫空冷空冷2hr/25mmf2hr/25mmf空冷冷取出(100OC)水徐淬火溫度持溫20~30min/25mm預熱10~15min/25mmf本卷须知：工具钢之强度与热处理--合金工具钢-40-耐磨合金工具钢工具钢之强度与热处理--合金工具钢-41-耐磨合金工具钢之热处理法及硬度工具钢之强度与热处理--合金工具钢-42-(以SKD11为例)熱800~850OC~50OC150~200OC150~200OC常溫空冷空冷2hr/25mmf2hr/25mmf空冷冷200OC油徐淬火溫度持溫20~30min/25mmf預熱10~15min/25mmf550~600OCIII(油溫40~60OC)工具钢之强度与热处理--合金工具钢-43-热作合金工具钢1.具有高温强度。2.具有高温耐磨耗性与耐蚀性。3.耐热冲击性(耐热裂性)。4.耐氧化性。工具钢之强度与热处理--合金工具钢-44--44-热作合金工具钢之热处理法及硬度(I)工具钢之强度与热处理--合金工具钢-45-热作合金工具钢之热处理法及硬度(II)工具钢之强度与热处理--合金工具钢-46-(以SKD61为例)熱850~900OC150~100OC一次回火二次回火空冷空冷1hr/25mm1hr/25mmf冷空徐淬火溫度持溫15~25min/25mmf預熱30min/25mmf550~600OCIII250~350OC1hr/25mmf(>50mmf)250~350OC(>50mmf)1hr/25mmf常溫持溫持溫工具钢之强度与热处理--合金工具钢-47--47-主要合金成分：高速工具钢内含有大量合金元素Cr、W、V、Mo、Co等，常达25%以上。除Co外，均能促进硬化能，故高速钢的硬化能非常好。合金元素主要作用：工具钢之强度与热处理--高速钢-48-钨系高速工