JIS鋼鐵材料與選用




   講師 : 連聰賢

    2007/1/31
1. 設計-材料-熱處理三要素
• Good Design-How to Design?
• Good Steel - How to Select?
• Good Treatment- How to Treat?
• (1)普通設計-良好材料-...
1-1機械零件選材的原則
一、零件使用性能與選材的關係
(1)按機械性質選材的基本原則與步驟
(2)按機械性質選材時應注意事項
(3)按機械性質選材的具體方法
二、材料製程加工能力與選材的關係
(1)鑄造性能
(2)可鍛性
(3)可焊性
(4)...
機械性能選材的基本步驟
• 分析零件工作條件(應力情況、載荷性質、溫度、
  環境介質、摩擦條件等)
• 分析失效形式(斷裂、變形、表面損傷)
• 結合力學計算確定零件應具有的主要機械性能指標
• 選擇材料(材料化學成分、組織狀況、冶金品質)
...
2. JIS鋼鐵手冊的看法及用途
2-1   JIS 鋼鐵的區別
2-2   化學成分
2-3   機械性質(強度及硬度等)
2-4   熱處理方法(溫度及方法等)
2-5   不可迷惑於用途別的名稱
2-6    鍛鋼品與鍛造品
JIS 鋼鐵的區別
鋼鐵材料的分類

分類       C%         一般常用的(C %)
鐵      <0.0218        <0.03
鋼    0.02% ~ 2.11    0.05~1.5
鑄鐵      >2.11 ...
鋼的分類
• 鋼五大元素系列
• 日本-C , Si , Mn , P , S
• 美國-C , Mn , Si , P , S
• -普通鋼(碳鋼)
  -特殊鋼-合金鋼(調質使用)… SCr,SCM等
  工具鋼(SK材)… SK, SKS...
JIS 鋼鐵材料分類
保證硬化能的構造用鋼材(H鋼)




Figure 1 The set-up for the Jominy test used for
                          ©2003 Brooks/Cole, a divisi...
©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning™ is a trademark used herein under license.
      ...
硬化能保證鋼的應用
SCr440H鋼的油淬硬度(圓棒直徑2吋)
3. 鋼鐵材料使用法的區分
 選用鋼鐵材料時,常因三種情形
 而猶疑不決:
 (1)用碳鋼或合金鋼?
 (2)整體淬硬或表面淬硬?
 (3)用鑄造品或鍛造品?
3-1 碳鋼與合金鋼的用法區分
(1)淬火、回火(調質)的鋼的機械性質
   性 質取決於硬度,幾無鋼種所製的差異。
(2)充分淬硬的鋼的淬火硬度取決於鋼的
   C% , 幾不受合金元素影響。
  淬火最高硬度 HRC=30+50×C%(90...
3-2整體淬硬鋼與表面硬化鋼的用法區分
• 一般而言,機械零件常受到彎曲或扭曲,因而表
  面的機械性質很重要,因而需加強表面層。
• 承受拉張或壓縮的零件(例如螺栓)是整體淬硬
  鋼比表面硬化鋼更適當。
• 整體淬硬鋼的選用:
• σB=3...
3-3 鑄造品與鍛造品的用法區分

 • 鑄物在往昔為Art(藝術),在現今為科
   學(Science)。
 • 『鑄比鍛差』已成舊觀念。
 • 今天已是『以鑄代鍛』的時代。
4.鋼鐵材料選定上的重點
• 選擇鋼鐵材料需切記5大重點
(1)硬化能(Hardenability)
(2)質量效果(Mass effect)
(3)纖維流向(Flow line)
(4)殘留應力(Retained stress)
(5)凹口效...
理想臨界直徑(DI值)
質量效果(Mass effect)
鍛流線(Flow line)
5.機械設計與材料熱處理
5-1 對機械性質的觀念
5-2 對形狀的觀念
 (1)断面的平衡
 (2)角偶部
 (3)形狀所致的冷卻差異
5-3 對熱處理的觀念
 (1)淬火方法的選擇
 (2)硬化能的決定
 (3)鋼種的決定
 (4)淬火回火...
6.機械構造用鋼的選法與用途
6-1 要求抗張特性時   6-9 要求深衝拉性時
6-2 要求耐疲勞性時   6-10 要求冷間彎曲性
6-3 要求耐衝擊性時   6-11 要求磨削性時
6-4 要求耐磨耗時    6-12 要求淬火適應性
6...
7.工具鋼的選法與用法
7-1 工具鋼要求與性能
7-2 圖解法選法
7-3 工具鋼諸性質(硬度、耐磨性、耐衝擊
    性、熱處理所致的變形、硬化深度、
    熱所致的軟化、耐熱性、熱處理的容易
    性、被切削性、脫碳抵抗性、經濟性)
...
8.特殊用途鋼的選法與用途
• 8-1 不銹鋼
  □ 不銹鋼的選法
  □ 不銹鋼使用上的注意事項
• 8-2 彈簧鋼
  □ 熱間成形用彈簧鋼的選法
  □ 冷間成形用彈簧鋼的選法
  □ 特殊彈簧鋼的選法
軸承鋼及其選用方法
(1)一般用
   高C-Cr系-SUJ 1~5,1%C-1%Cr為基礎;20mm
   以下-SUJ2;40mm以下-SUJ3,SUJ4;40mm以上
   -SUJ5。
(2)耐衝擊用
   此鋼種的選擇應以硬化能、心部...
9. JIS鑄鋼品
9-1 碳鋼鑄鋼品(SC)
9-2 構造用合金鑄鋼
  (SCC,SCMn,SCMCr,SCCrM等)
9-3 特殊鑄鋼品
 (SCS,SCH,SCMnH)
10 . JIS鑄鐵品
10-1 灰口鑄鐵品
    (一般FC100~250,強韌性鑄鐵
     FC300~350)
10-2 球狀石墨鑄品
    (FCD400,500,600,700,800)
10-3 可鍛鑄鐵品(FCMB,FCM...
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  1. 1. JIS鋼鐵材料與選用 講師 : 連聰賢 2007/1/31
  2. 2. 1. 設計-材料-熱處理三要素 • Good Design-How to Design? • Good Steel - How to Select? • Good Treatment- How to Treat? • (1)普通設計-良好材料-不良的熱處理 疲勞強度的比例10%。 • (2)普通設計-良好材料-良好的熱處理 疲勞強度的比例50%。 • (3)良好設計-良好材料-良好的熱處理 疲勞強度的比例100%。 • 適材、適處理、適所
  3. 3. 1-1機械零件選材的原則 一、零件使用性能與選材的關係 (1)按機械性質選材的基本原則與步驟 (2)按機械性質選材時應注意事項 (3)按機械性質選材的具體方法 二、材料製程加工能力與選材的關係 (1)鑄造性能 (2)可鍛性 (3)可焊性 (4)切削加工性 三、經濟性與選材的關係
  4. 4. 機械性能選材的基本步驟 • 分析零件工作條件(應力情況、載荷性質、溫度、 環境介質、摩擦條件等) • 分析失效形式(斷裂、變形、表面損傷) • 結合力學計算確定零件應具有的主要機械性能指標 • 選擇材料(材料化學成分、組織狀況、冶金品質) • 決定熱處理方法(或其它強化方法) • 試驗 • 投產
  5. 5. 2. JIS鋼鐵手冊的看法及用途 2-1 JIS 鋼鐵的區別 2-2 化學成分 2-3 機械性質(強度及硬度等) 2-4 熱處理方法(溫度及方法等) 2-5 不可迷惑於用途別的名稱 2-6 鍛鋼品與鍛造品
  6. 6. JIS 鋼鐵的區別 鋼鐵材料的分類 分類 C% 一般常用的(C %) 鐵 <0.0218 <0.03 鋼 0.02% ~ 2.11 0.05~1.5 鑄鐵 >2.11 2.5 ~ 3.8
  7. 7. 鋼的分類 • 鋼五大元素系列 • 日本-C , Si , Mn , P , S • 美國-C , Mn , Si , P , S • -普通鋼(碳鋼) -特殊鋼-合金鋼(調質使用)… SCr,SCM等 工具鋼(SK材)… SK, SKS,SKD,SKH等 特殊用途鋼(SU材)… SUS,SUP,SUJ等
  8. 8. JIS 鋼鐵材料分類
  9. 9. 保證硬化能的構造用鋼材(H鋼) Figure 1 The set-up for the Jominy test used for ©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning™ is a trademark used herein under license. determining the hardenability of a steel.
  10. 10. ©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning™ is a trademark used herein under license. 硬化能曲線 Figure 2 The hardenability curves for several steels.
  11. 11. 硬化能保證鋼的應用
  12. 12. SCr440H鋼的油淬硬度(圓棒直徑2吋)
  13. 13. 3. 鋼鐵材料使用法的區分 選用鋼鐵材料時,常因三種情形 而猶疑不決: (1)用碳鋼或合金鋼? (2)整體淬硬或表面淬硬? (3)用鑄造品或鍛造品?
  14. 14. 3-1 碳鋼與合金鋼的用法區分 (1)淬火、回火(調質)的鋼的機械性質 性 質取決於硬度,幾無鋼種所製的差異。 (2)充分淬硬的鋼的淬火硬度取決於鋼的 C% , 幾不受合金元素影響。 淬火最高硬度 HRC=30+50×C%(90%M) 淬火臨界硬度 HRC=24+40×C%(50%M) *但淬火效果會因物品大小而異,此稱質量效果 (mass effect)。
  15. 15. 3-2整體淬硬鋼與表面硬化鋼的用法區分 • 一般而言,機械零件常受到彎曲或扭曲,因而表 面的機械性質很重要,因而需加強表面層。 • 承受拉張或壓縮的零件(例如螺栓)是整體淬硬 鋼比表面硬化鋼更適當。 • 整體淬硬鋼的選用: • σB=3.2 × THRC……..(1) • QHRC=THRC+5…… (2) • QHRC=30+50×C%....(3) • 再由質量效果決定鋼種,此鋼種也宜依S-C, SMn,SCr440,SCM435之序而選定。
  16. 16. 3-3 鑄造品與鍛造品的用法區分 • 鑄物在往昔為Art(藝術),在現今為科 學(Science)。 • 『鑄比鍛差』已成舊觀念。 • 今天已是『以鑄代鍛』的時代。
  17. 17. 4.鋼鐵材料選定上的重點 • 選擇鋼鐵材料需切記5大重點 (1)硬化能(Hardenability) (2)質量效果(Mass effect) (3)纖維流向(Flow line) (4)殘留應力(Retained stress) (5)凹口效果(Notch effect)
  18. 18. 理想臨界直徑(DI值)
  19. 19. 質量效果(Mass effect)
  20. 20. 鍛流線(Flow line)
  21. 21. 5.機械設計與材料熱處理 5-1 對機械性質的觀念 5-2 對形狀的觀念 (1)断面的平衡 (2)角偶部 (3)形狀所致的冷卻差異 5-3 對熱處理的觀念 (1)淬火方法的選擇 (2)硬化能的決定 (3)鋼種的決定 (4)淬火回火溫度的決定
  22. 22. 6.機械構造用鋼的選法與用途 6-1 要求抗張特性時 6-9 要求深衝拉性時 6-2 要求耐疲勞性時 6-10 要求冷間彎曲性 6-3 要求耐衝擊性時 6-11 要求磨削性時 6-4 要求耐磨耗時 6-12 要求淬火適應性 6-5 要求耐蝕性時 6-6 要求焊接性時 6-7要求切削性時 6-8 要求耐蝕性時
  23. 23. 7.工具鋼的選法與用法 7-1 工具鋼要求與性能 7-2 圖解法選法 7-3 工具鋼諸性質(硬度、耐磨性、耐衝擊 性、熱處理所致的變形、硬化深度、 熱所致的軟化、耐熱性、熱處理的容易 性、被切削性、脫碳抵抗性、經濟性) 7-4 熱處理上的注意事項 7-5 工具鋼硬度
  24. 24. 8.特殊用途鋼的選法與用途 • 8-1 不銹鋼 □ 不銹鋼的選法 □ 不銹鋼使用上的注意事項 • 8-2 彈簧鋼 □ 熱間成形用彈簧鋼的選法 □ 冷間成形用彈簧鋼的選法 □ 特殊彈簧鋼的選法
  25. 25. 軸承鋼及其選用方法 (1)一般用 高C-Cr系-SUJ 1~5,1%C-1%Cr為基礎;20mm 以下-SUJ2;40mm以下-SUJ3,SUJ4;40mm以上 -SUJ5。 (2)耐衝擊用 此鋼種的選擇應以硬化能、心部硬度、滲碳層的厚度 來考慮-SCr420,SNCM220,SNCM420,SNCM815 (3)耐蝕用 耐蝕、耐磨耗性以高 C高Cr系的SUS440C廣被使用耐熱 性用一般選用440M。 (4)耐熱用 SUS440C-200℃以下 440M -300℃以下 AISIM50 -300℃以下 AISI M2 -350℃以下
  26. 26. 9. JIS鑄鋼品 9-1 碳鋼鑄鋼品(SC) 9-2 構造用合金鑄鋼 (SCC,SCMn,SCMCr,SCCrM等) 9-3 特殊鑄鋼品 (SCS,SCH,SCMnH)
  27. 27. 10 . JIS鑄鐵品 10-1 灰口鑄鐵品 (一般FC100~250,強韌性鑄鐵 FC300~350) 10-2 球狀石墨鑄品 (FCD400,500,600,700,800) 10-3 可鍛鑄鐵品(FCMB,FCMW,FCMP

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