锻造耐蚀性较碳钢佳课件

第4章碳鋼4-1純鐵4-2鋼之組織4-3鋼之性質及其用途4-4五大元素對碳鋼之影響總目錄第4章4-1純鐵總目錄4-1純鐵1.

純鐵之含碳量在0.02％以下且常溫下完全固溶於鐵中，在冶金學上稱為肥粒體（Ferrite）又稱α-Fe，如圖4-1所示。2.

工業用純鐵依製造方法分：Armco鐵、電解鐵等。節目錄《圖4-1純鐵顯微鏡組織》4-1純鐵1.純鐵之含碳量在0.02％以下且常溫一、純鐵的機械性質純鐵組織質軟且富延展性、易銲接、鍛造、耐蝕性較碳鋼佳，如表4-1所示。上一頁節目錄抗拉強度（kgf/mm2）彈性限界（kgf/mm2）彈性係數（kgf/mm2）15～2711～1521000伸長率（％）斷面縮率（％）硬度（勃氏）45～5570～8070～80一、純鐵的機械性質純鐵組織質軟且富延展性、易銲接、鍛造、二、純鐵的變態，如圖4-2、表4-2所示。上一頁節目錄《圖4-2純鐵溫度和長度、磁性的關係》二、純鐵的變態，如圖4-2、表4-2所示。上一頁節目錄《圖4A2變態點為磁性變態點，又稱居里點。上一頁節目錄《圖4-2純鐵溫度和長度、磁性的關係》A2變態點為磁性變態點，又稱居里點。上一頁節目錄《圖4-2上一頁節目錄《表4-2純鐵之變態》變態點平衡關係原子結構變態溫度冷卻（Ar）加熱（Ac）A2原子結構不變，磁性急遽下降。756℃768℃A3α⇄γ體心立方格子面心立方格子（B.C.C.）（F.C.C.）890℃910℃A4γ⇄δ面心立方格子體心立方格子（F.C.C.）（B.C.C.）1390℃1394℃⇄⇄上一頁節目錄《表4-2純鐵之變態》變態點平衡關係原子白色網狀：雪明碳體圖片來源：(a).tw/melab/f104/a/mps15.htm(b)/html/2008/06/05050349567.htm(c)/news/mechanical_general_knowledge/2010/3/mapeng_103182014411287.html4-2鋼之組織節目錄《圖4-3》《圖4-4》白色網狀：雪明碳體圖片來源：4-2鋼之組織節目錄《圖上一頁節目錄《圖4-5各種含碳量的鋼在各溫度下的顯微組織示意圖》上一頁節目錄《圖4-5各種含碳量的鋼在各溫度下的顯微4-3鋼之性質及其用途一、鋼的性質1.物理性質

(1)隨含碳量增加而減少的性質：

比重、熱膨脹係數、電阻溫度係數、熱傳導。

(2)隨含碳量增加而增加的性質：

比熱、電阻、抗磁力。節目錄4-3鋼之性質及其用途一、鋼的性質1.物理性質2.機械性質，如圖4-6所示。上一頁節目錄《圖4-6碳鋼含碳量與機械性質關係》2.機械性質，如圖4-6所示。上一頁節目錄《圖4-63.機械加工及熱處理影響

(1)熱加工：

材料加熱至再結晶溫度以上加工。例如鑄造、熔接、高溫鍛造。因加工溫度高，會使結晶顆粒較粗。

(2)冷加工：

材料於再結晶溫度以下加工。例如彎曲、沖壓、低溫鍛造。因加工溫度低，成品尺度較精密。上一頁節目錄3.機械加工及熱處理影響(1)熱加工：

材料加熱至

(3)

加工硬化：鋼料冷加工程度大時（材料內差排與缺陷增加，使材料變形困難），則硬度、強度提高，伸長率、斷面縮率下降。

(4)熱處理：淬火、回火、退火、正常化、表面硬化等處理，可增加材料外部硬度或內部韌性，改變結晶組織、改善機械性質。上一頁節目錄(3)加工硬化：鋼料冷加工程度大時（材料內差排與缺陷增加碳鋼含碳量（％）用途0.04～0.10.1～0.20.2～0.30.3～0.40.4～0.50.5～0.60.6～0.70.7～0.80.8～0.90.9～1.01.0～1.11.1～1.21.2～1.31.3～1.41.4～1.5銷、銲接棒、管、白鐵皮、深衝用鐵板。螺栓、螺帽、鉚釘、建築用鋼筋、滲碳用鋼料。橋樑、柱子、鍋爐、起重機。軸、齒輪、螺栓。軸、鏟、船殼。鐵軌、軸、外輪胎。木工鋸、鍛造用模、外輪胎。鎚、砧、衝頭、鋸條、剪斷機刀口。針、衝床用模、圓鋸、岩石用鑽頭。彈簧、刀具。刀具。刀具、銑刀、螺絲攻、鑽頭、鉸刀。安全剃刀片、銼刀。雕刻用刀具。冷硬鑄鐵用刀具。二、碳鋼的用途構造用途工具用途上一頁節目錄《表4-4常見各種碳鋼的用途》碳鋼含碳量（％）用途0.04～0.1銷、銲接棒、管、白鐵上一頁節目錄1.構造用鋼

(1)一般結構用碳鋼

含碳量在0.12～0.20％的鋼條、鋼板：

用在建築、橋樑、船舶、火車、車輛、一般結構物。只規定強度而對成分沒有嚴格的規定。以軋延、鍛造製作後使用，為最廣用之鋼材。

(2)機械構造用碳鋼

機械構造用鋼之性質需比一般構造用鋼可靠及優良。以全靜鋼製造，通常需熱處理後使用。上一頁節目錄1.構造用鋼(1)一般結構用碳鋼

含碳註1：Si0.15～0.35％、P

＜0.030％、S

＜0.035％、Cu≤0.30％。註2：參考文京書局機械材料P192。《表4-5機械構造用碳鋼的化學成分》上一頁節目錄碳鋼符號化學成分（％）CMnS10C0.08～0.130.30～0.60S12C0.10～0.150.30～0.60S15C0.13～0.180.30～0.60S17C0.15～0.200.30～0.60S20C0.18～0.230.30～0.60S22C0.20～0.250.30～0.60S25C0.22～0.280.30～0.60S28C0.25～0.310.60～0.90S30C0.27～0.330.60～0.90S33C0.30～0.360.60～0.90S35C0.32～0.380.60～0.90碳鋼符號化學成分（％）CMnS38C0.35～0.410.30～0.60S40C0.37～0.430.30～0.60S43C0.40～0.460.30～0.60S45C0.42～0.480.30～0.60S48C0.45～0.510.30～0.60S50C0.47～0.530.30～0.60S53C0.50～0.560.30～0.60S55C0.52～0.580.60～0.90S58C0.55～0.610.60～0.90註1：Si0.15～0.35％、P＜0.030％、上一頁節目錄《表4-6構造用碳鋼熱處理後之機械性質》上一頁節目錄《表4-6構造用碳鋼熱處理後之機械性質》《表4-6構造用碳鋼熱處理後之機械性質》註1：YS：降伏強度（N/mm2）、TS：抗拉強度（N/mm2）、EL：伸長率（％）、RA：斷面縮率（％）、CHV：沙丕衝擊值（kgf-m/cm2）、HB：勃氏硬度值。註2：參考文京書局機械材料P193。以S45C為例，淬火及回火熱處理後，抗拉強度增加21%。上一頁節目錄《表4-6構造用碳鋼熱處理後之機械性質》註1：YS：降伏強上一頁節目錄

(1)形狀複雜難以鍛造的機件，採用鑄造成形。

(2)

鑄鋼機械性質優於鑄鐵，但鑄造性較差，

(3)表4-7為普通鑄鋼之含碳量和其用途。

(4)鑄鋼之熱處理

通常實施正常化處理，將組織調整後使用。如不實施正常化，則須實施退火以消除內部應力。少部分零件須實施淬火和回火。2.表面硬化鋼為了使零件表面硬度提高、耐磨、抗蝕且具有韌性（如齒輪、凸輪軸、傳動軸及需要耐磨、耐衝擊的零件），使用低碳鋼製造再施以表面硬化處理獲得。3.鑄鋼上一頁節目錄(1)形狀複雜難以鍛造的機件，採用鑄造成形。上一頁節目錄《表4-7鑄鋼之含碳量及用途》鑄鋼含碳量％用途低碳0.10～0.20電氣機器用零件。0.15～0.20退火匣、鋼液盛桶、支架。中碳0.25～0.30鐵路車輛用零件。0.30～0.35造船、橋樑。高碳0.35～0.60分塊或粗軋筒。0.40～0.50齒輪、工作母機、汽車和鐵路車輛用零件。鑄鋼內除了碳（C）以外又含有0.5％～0.9％Mn、0.2％～0.6％Si及0.05％以下的P及S，表4-8表示CNS的碳鋼鑄鋼件之規格。上一頁節目錄《表4-7鑄鋼之含碳量及用途》鑄鋼含碳量％用途上一頁節目錄4.其他用鋼

(1)工具鋼：

製成各式刀具或須具備耐磨耗及耐衝擊性的工具。

(2)彈簧鋼：

含碳量0.35～1.1％及含高矽錳。經淬火及回火後具高彈性限界、耐衝擊及抗疲勞特性等。上一頁節目錄4.其他用鋼(1)工具鋼：

製成各式刀4-4五大元素對碳鋼之影響影響碳鋼性質最大元素為碳（C），還有錳（Mn）、矽（Si）、磷（P）、硫（S）等。1.錳（Mn）

(1)普通鋼中含量0.2～0.8％。

(2)工具鋼含0.2～0.4％之範圍內最為適當，過量易生淬火裂痕。

(3)可與硫化合為硫化錳（加錳除硫）。

(4)可降低鋼的變態點，增加淬火效果。

(5)增加硬度（硬化能）、強度、韌性。

(6)有助高溫鍛造和軋延。節目錄4-4五大元素對碳鋼之影響影響碳鋼性質最大元素為碳上一頁節目錄2.矽（Si）

(1)矽會使晶粒變粗，通常鋼中的矽含量在0.3％以下。

(2)

常用的脫氧劑。

(3)矽固溶在肥粒體內使鋼的硬度、彈性限度和強度增大，但減小伸長率及衝擊值（韌性）。上一頁節目錄2.矽（Si）(1)矽會使晶粒變粗，通

(1)含量約<0.06％。含量過高則微增鋼材硬度和抗拉強度，但會減小延性，加工時易生龜裂，稱為常溫脆性。

(2)工具鋼含量通常限制在0.025％以下；半硬鋼在0.04％以下；軟鋼在0.06％以下。

(3)固溶於肥粒體，與鐵化合為磷化鐵（Fe3P）。

(4)易生偏析，軋延或鍛造產生帶狀組織（魔線），造成鋼料破壞。上一頁節目錄3.磷（P）(1)含量約<0.06％。含量過高則微增鋼材硬度和抗拉強

(1)

影響最為不良，含量0.02％時即會減小鋼的強度、伸長率和衝擊值。

(2)產生硬脆及低熔點硫化鐵（FeS）存於晶界，當加熱鍛造時發生熔解，導致鍛件龜裂，為鋼的高溫脆性的成因。

(3)工具鋼、需熱處理之鋼料，硫含量應<0.03％；軟鋼<0.05％。上一頁節目錄4.硫（S）(1)影響最為不良，含量0.02％時即會減小鋼的強度、伸

(1)

銅含量>0.02％；鋼質變脆。

(2)

氮氣、氫氣的含量過多時；鋼質變脆。

(3)

氧氣會使鋼產生高溫脆性。上一頁節目錄5.其他不純物(1)銅含量>0.02％；鋼質變脆。上一頁節目錄5.第4章碳鋼4-1純鐵4-2鋼之組織4-3鋼之性質及其用途4-4五大元素對碳鋼之影響總目錄第4章4-1純鐵總目錄4-1純鐵1.

純鐵之含碳量在0.02％以下且常溫下完全固溶於鐵中，在冶金學上稱為肥粒體（Ferrite）又稱α-Fe，如圖4-1所示。2.

工業用純鐵依製造方法分：Armco鐵、電解鐵等。節目錄《圖4-1純鐵顯微鏡組織》4-1純鐵1.純鐵之含碳量在0.02％以下且常溫一、純鐵的機械性質純鐵組織質軟且富延展性、易銲接、鍛造、耐蝕性較碳鋼佳，如表4-1所示。上一頁節目錄抗拉強度（kgf/mm2）彈性限界（kgf/mm2）彈性係數（kgf/mm2）15～2711～1521000伸長率（％）斷面縮率（％）硬度（勃氏）45～5570～8070～80一、純鐵的機械性質純鐵組織質軟且富延展性、易銲接、鍛造、二、純鐵的變態，如圖4-2、表4-2所示。上一頁節目錄《圖4-2純鐵溫度和長度、磁性的關係》二、純鐵的變態，如圖4-2、表4-2所示。上一頁節目錄《圖4A2變態點為磁性變態點，又稱居里點。上一頁節目錄《圖4-2純鐵溫度和長度、磁性的關係》A2變態點為磁性變態點，又稱居里點。上一頁節目錄《圖4-2上一頁節目錄《表4-2純鐵之變態》變態點平衡關係原子結構變態溫度冷卻（Ar）加熱（Ac）A2原子結構不變，磁性急遽下降。756℃768℃A3α⇄γ體心立方格子面心立方格子（B.C.C.）（F.C.C.）890℃910℃A4γ⇄δ面心立方格子體心立方格子（F.C.C.）（B.C.C.）1390℃1394℃⇄⇄上一頁節目錄《表4-2純鐵之變態》變態點平衡關係原子白色網狀：雪明碳體圖片來源：(a).tw/melab/f104/a/mps15.htm(b)/html/2008/06/05050349567.htm(c)/news/mechanical_general_knowledge/2010/3/mapeng_103182014411287.html4-2鋼之組織節目錄《圖4-3》《圖4-4》白色網狀：雪明碳體圖片來源：4-2鋼之組織節目錄《圖上一頁節目錄《圖4-5各種含碳量的鋼在各溫度下的顯微組織示意圖》上一頁節目錄《圖4-5各種含碳量的鋼在各溫度下的顯微4-3鋼之性質及其用途一、鋼的性質1.物理性質

(1)隨含碳量增加而減少的性質：

比重、熱膨脹係數、電阻溫度係數、熱傳導。

(2)隨含碳量增加而增加的性質：

比熱、電阻、抗磁力。節目錄4-3鋼之性質及其用途一、鋼的性質1.物理性質2.機械性質，如圖4-6所示。上一頁節目錄《圖4-6碳鋼含碳量與機械性質關係》2.機械性質，如圖4-6所示。上一頁節目錄《圖4-63.機械加工及熱處理影響

(1)熱加工：

材料加熱至再結晶溫度以上加工。例如鑄造、熔接、高溫鍛造。因加工溫度高，會使結晶顆粒較粗。

(2)冷加工：

材料於再結晶溫度以下加工。例如彎曲、沖壓、低溫鍛造。因加工溫度低，成品尺度較精密。上一頁節目錄3.機械加工及熱處理影響(1)熱加工：

材料加熱至

(3)

加工硬化：鋼料冷加工程度大時（材料內差排與缺陷增加，使材料變形困難），則硬度、強度提高，伸長率、斷面縮率下降。

(4)熱處理：淬火、回火、退火、正常化、表面硬化等處理，可增加材料外部硬度或內部韌性，改變結晶組織、改善機械性質。上一頁節目錄(3)加工硬化：鋼料冷加工程度大時（材料內差排與缺陷增加碳鋼含碳量（％）用途0.04～0.10.1～0.20.2～0.30.3～0.40.4～0.50.5～0.60.6～0.70.7～0.80.8～0.90.9～1.01.0～1.11.1～1.21.2～1.31.3～1.41.4～1.5銷、銲接棒、管、白鐵皮、深衝用鐵板。螺栓、螺帽、鉚釘、建築用鋼筋、滲碳用鋼料。橋樑、柱子、鍋爐、起重機。軸、齒輪、螺栓。軸、鏟、船殼。鐵軌、軸、外輪胎。木工鋸、鍛造用模、外輪胎。鎚、砧、衝頭、鋸條、剪斷機刀口。針、衝床用模、圓鋸、岩石用鑽頭。彈簧、刀具。刀具。刀具、銑刀、螺絲攻、鑽頭、鉸刀。安全剃刀片、銼刀。雕刻用刀具。冷硬鑄鐵用刀具。二、碳鋼的用途構造用途工具用途上一頁節目錄《表4-4常見各種碳鋼的用途》碳鋼含碳量（％）用途0.04～0.1銷、銲接棒、管、白鐵上一頁節目錄1.構造用鋼

(1)一般結構用碳鋼

含碳量在0.12～0.20％的鋼條、鋼板：

用在建築、橋樑、船舶、火車、車輛、一般結構物。只規定強度而對成分沒有嚴格的規定。以軋延、鍛造製作後使用，為最廣用之鋼材。

(2)機械構造用碳鋼

機械構造用鋼之性質需比一般構造用鋼可靠及優良。以全靜鋼製造，通常需熱處理後使用。上一頁節目錄1.構造用鋼(1)一般結構用碳鋼

含碳註1：Si0.15～0.35％、P

＜0.030％、S

＜0.035％、Cu≤0.30％。註2：參考文京書局機械材料P192。《表4-5機械構造用碳鋼的化學成分》上一頁節目錄碳鋼符號化學成分（％）CMnS10C0.08～0.130.30～0.60S12C0.10～0.150.30～0.60S15C0.13～0.180.30～0.60S17C0.15～0.200.30～0.60S20C0.18～0.230.30～0.60S22C0.20～0.250.30～0.60S25C0.22～0.280.30～0.60S28C0.25～0.310.60～0.90S30C0.27～0.330.60～0.90S33C0.30～0.360.60～0.90S35C0.32～0.380.60～0.90碳鋼符號化學成分（％）CMnS38C0.35～0.410.30～0.60S40C0.37～0.430.30～0.60S43C0.40～0.460.30～0.60S45C0.42～0.480.30～0.60S48C0.45～0.510.30～0.60S50C0.47～0.530.30～0.60S53C0.50～0.560.30～0.60S55C0.52～0.580.60～0.90S58C0.55～0.610.60～0.90註1：Si0.15～0.35％、P＜0.030％、上一頁節目錄《表4-6構造用碳鋼熱處理後之機械性質》上一頁節目錄《表4-6構造用碳鋼熱處理後之機械性質》《表4-6構造用碳鋼熱處理後之機械性質》註1：YS：降伏強度（N/mm2）、TS：抗拉強度（N/mm2）、EL：伸長率（％）、RA：斷面縮率（％）、CHV：沙丕衝擊值（kgf-m/cm2）、HB：勃氏硬度值。註2：參考文京書局機械材料P193。以S45C為例，淬火及回火熱處理後，抗拉強度增加21%。上一頁節目錄《表4-6構造用碳鋼熱處理後之機械性質》註1：YS：降伏強上一頁節目錄

(1)形狀複雜難以鍛造的機件，採用鑄造成形。

(2)

鑄鋼機械性質優於鑄鐵，但鑄造性較差，

(3)表4-7為普通鑄鋼之含碳量和其用途。

(4)鑄鋼之熱處理

通常實施正常化處理，將組織調整後使用。如不實施正常化，則須實施退火以消除內部應力。少部分零件須實施淬火和回火。2.表面硬化鋼為了使零件表面硬度提高、耐磨、抗蝕且具有韌性（如齒輪、凸輪軸、傳動軸及需要耐磨、耐衝擊的零件），使用低碳鋼製造再施以表面硬化處理獲得。3.鑄鋼上一頁節目錄(1)形狀複雜難以鍛造的機件，採用鑄造成形。上一頁節目錄《表4-7鑄鋼之含碳量及用途》鑄鋼含碳量％用途低碳0.10～0.20電氣機器用零件。0.15～0.20退火匣、鋼液盛桶、支架。中碳0.25～0.30鐵路車輛用零件。0.30～0.35造船、橋樑。高碳0.35～0.60分塊或粗軋筒。0.40～0.50齒輪、工作母機、汽車和鐵路車輛用零件。鑄鋼內除了碳（C）以外又含有0.5％～0.9％Mn、0.2％～0.6％Si及0.05％以下的P及S，表4-8表示CNS的碳鋼鑄鋼件之規格。上一頁節目錄《表4-7鑄鋼之含碳量及用途》鑄鋼含碳量％用途上一頁節目錄4.其他用鋼

(1)工具鋼：

製成各式刀具或須具備耐磨耗及耐衝擊性的工具。

(2)彈簧鋼：

含碳量0.35～1.1％