常用金属材料基础知识培训讲义PPT讲稿.ppt

常用金属材料基础知识培训讲义第1页，共64页，编辑于2022年，星期日 主要主要內內容容第一篇第一篇 導論導論:認識金屬材料認識金屬材料第二篇第二篇 鋼板鋼板 1 1 冷軋板冷軋板 2 2 鍍鋅鋼板鍍鋅鋼板 3 3 馬口鐵馬口鐵 4 4 不銹鋼不銹鋼第三篇第三篇 有色金屬有色金屬 1 1 鋁合金鋁合金 2 2 鈦合金鈦合金 3 3 銅合金銅合金 4 4 鎂合金鎂合金第四篇第四篇 模具材料模具材料第2页，共64页，编辑于2022年，星期日一一 導論導論:認識金屬材料認識金屬材料遠古的人類僅能從大自然獲得非常有限的物質,例如:石頭,樹木,黏土,皮毛等原始物質.材料用於承受機械負荷者,稱為工程材料.工程材料可分為金屬、塑膠、陶瓷和玻璃、複合材料.金屬塑膠陶瓷玻璃複合材料第3页，共64页，编辑于2022年，星期日1 1 金屬的分類金屬的分類純鐵:2.0wt%碳.鋼鐵的分類第4页，共64页，编辑于2022年，星期日 公司常用金屬材料公司常用金屬材料:鋼材鋼材/銅材銅材/鋁合金鋁合金/鎂合金鎂合金/鈦鈦合金合金材料适用性能材料适用性能/認識材料認識材料 /如如何選擇材料及規范何選擇材料及規范/材料材料制程制程,品質及成本等品質及成本等第5页，共64页，编辑于2022年，星期日2 2 金屬材料金屬材料內內部結構部結構:原子原子/固溶體固溶體/化合物化合物/相相/組織組織第6页，共64页，编辑于2022年，星期日3 金屬材料的相關特性金屬材料的相關特性機械特性非機械特性表面特性 製造特性其它特性彈性模量熱特性氧化與腐蝕製造的難易密度強度磁特性價格與價值硬度電特性摩擦磨耗 接合的難易斷裂韌性光特性外表疲勞強度修整的難易潛變強度第7页，共64页，编辑于2022年，星期日A A 工藝性能工藝性能:將原材料加工成零件的各種加工將原材料加工成零件的各種加工方法的可能性及難易程度方法的可能性及難易程度如沖壓如沖壓鑄造鑄造熱熱處理處理焊焊接等接等 .B B 物理性能物理性能:比重比重,導熱導熱,導電等導電等Al 2.7/Fe 7.8/Ti 4.5/Mg 1.8,Al 2.7/Fe 7.8/Ti 4.5/Mg 1.8,C C 化學性能化學性能:如抗腐蝕性如抗腐蝕性抗環境變色能力等抗環境變色能力等.耐耐蝕性排序蝕性排序Zn,Fe,Sn,Pb H CuZn,Fe,Sn,Pb H Cu第8页，共64页，编辑于2022年，星期日D D 機械性能機械性能:拉拉/壓壓/彎彎/扭扭/衝擊等負荷作用下衝擊等負荷作用下,從開始受從開始受 靜力至破靜力至破壞的全過程所表現的力學性能壞的全過程所表現的力學性能,如如 強度強度:在斷裂前最大負在斷裂前最大負荷荷/試樣原始橫截面積試樣原始橫截面積.硬度硬度:能抵抗硬物體刻劃或壓入其表面的能力能抵抗硬物體刻劃或壓入其表面的能力 塑性塑性:產產生永久變形而不斷裂的能力生永久變形而不斷裂的能力;衝擊韌性衝擊韌性:材料抵抗衝擊負荷而不破壞的能力材料抵抗衝擊負荷而不破壞的能力.其它其它:疲勞性能疲勞性能,耐磨損性等耐磨損性等 第9页，共64页，编辑于2022年，星期日化學成份化學成份 +冷加工狀態冷加工狀態 +熱處理熱處理金屬材料機械性能金屬材料機械性能第10页，共64页，编辑于2022年，星期日化學成份化學成份 A A 固溶強化固溶強化:B B 沉淀強化沉淀強化:冷變形強化冷變形強化:在再結晶溫度以下在再結晶溫度以下的變形的變形,會引起強會引起強度升高度升高,而塑性降而塑性降低低.金屬材料強化途徑金屬材料強化途徑熱處理強化熱處理強化 A A 相變強化相變強化:B B 第二相強化第二相強化:C C 細晶強化細晶強化 第11页，共64页，编辑于2022年，星期日4 4 製造流程製造流程:鋁板實例鋁板實例 第12页，共64页，编辑于2022年，星期日鋁鋁熱軋板熱軋板/冷軋板冷軋板製程製程第13页，共64页，编辑于2022年，星期日5 5 金屬材料表面處理方式金屬材料表面處理方式:見具體材料見具體材料6 6 金屬板材包裝形式金屬板材包裝形式第14页，共64页，编辑于2022年，星期日 第二篇第二篇 鋼鐵沖壓材料鋼鐵沖壓材料 1 1 冷軋板冷軋板 2 2 鍍鋅鋼板鍍鋅鋼板 3 3 馬口鐵馬口鐵 4 4 不鏽鋼板不鏽鋼板第15页，共64页，编辑于2022年，星期日11冷軋鋼板冷軋鋼板用于如CISCO伺服器華為機框等,經沖壓后電鍍鋅/鎳等。1.11.1冷軋鋼板性能代碼及化學成份冷軋鋼板性能代碼及化學成份性能代碼化學成份%代碼 性能CMnPSSPCC商用0.120.500.0400.035SPCD拉伸0.100.450.0350.035SPCE深拉伸0.080.400.0300.030第16页，共64页，编辑于2022年，星期日1.21.2冷軋板狀態級別及表面加工代碼冷軋板狀態級別及表面加工代碼調質級別 退火 標准退火1/8硬1/4硬1/2硬全硬調質代號AS8421硬度HRB5765507165807489 85表面加工代碼毛面處理D用機械或化學法使表面軋拉毛而無光澤亮面處理B:軋制加工產生的光滑處理第17页，共64页，编辑于2022年，星期日 2 2 鍍鋅鋼板鍍鋅鋼板 鍍鋅鋼板是在冷軋鋼板上鍍一層鋅,分電鍍鋅(EG料)及熱浸鍍鋅(GI料).廣泛應用於制造電腦機殼上.由於熱浸鍍鋅鋼板價格較便宜,且防腐蝕性能更優異,公司與鋼材供應商開發獨步全球的耐指紋熱浸鍍鋅鋼板,目前已大量取代EG料,節省成本提高竟爭力。2.1 鍍鋅層防腐原理鍍鋅層防腐原理!A 隔絕原理使鋼材不與腐蝕介質直接接触 B 犧牲陽极保護原理鋅較鐵電位活性高 如鋅層刮傷露出底材,鋅會替代鐵先行腐蝕.第18页，共64页，编辑于2022年，星期日2.2 GI2.2 GI生生產產基本流程及基本流程及特點特點 解捲熱浸鍍鋅（約460C）噴鋅粉調鋅花調質整平化成處理（鉻酸鹽耐指紋）收捲第19页，共64页，编辑于2022年，星期日2.3 2.3 項目項目比較比較電鍍鋅鋼板電鍍鋅鋼板(EG(EG料料)銀灰色銀灰色,均勻表面均勻表面熱浸鍍鋅鋼板熱浸鍍鋅鋼板(GI(GI料料)亮晶狀亮晶狀,細小鋅花細小鋅花母材母材冷軋退火鋼板冷軋退火鋼板冷軋全硬鋼板冷軋全硬鋼板鍍鋅量鍍鋅量鍍厚困難鍍厚困難 23um23um鍍薄困難鍍薄困難 56um56um鍍層表面鍍層表面鋅原子吸附於鋼板鋅原子吸附於鋼板,表表面平滑無鋅花面平滑無鋅花鋅層凝固組織鋅層凝固組織,可有鋅可有鋅花或無鋅花花或無鋅花鍍層組織鍍層組織純鋅鍍層純鋅鍍層最外層為純鋅最外層為純鋅,內內層為層為鋅鐵合金鋅鐵合金機械性質機械性質與冷軋底材相同與冷軋底材相同經線上退火經線上退火,因有時效因有時效硬化硬化,質較硬質較硬加工性加工性與冷軋底材相同與冷軋底材相同,成型成型性較佳性較佳可承受簡單加工可承受簡單加工,復雜復雜加工無法勝任加工無法勝任耐蝕性耐蝕性鍍層較薄鍍層較薄,耐蝕性較差耐蝕性較差鍍層較厚鍍層較厚,耐蝕性較佳耐蝕性較佳價格價格價格較貴價格較貴價格便宜價格便宜30%30%以上以上第20页，共64页，编辑于2022年，星期日 2.4 2.4 材料識別標記材料識別標記 熱浸鍍鋅熱浸鍍鋅GIGIHGCC1HGCC1ZSFX ZSFX 其中其中 HG熱浸鍍鋅製程 C冷軋底材 C1商用品質 C2 改良商用品質 D1深拉伸品質 Z無鋅花 M細小鋅花 S調質處理 B亮面調質處理 F耐指紋塗覆 C鉻酸鹽處理 X不塗油 電鍍鋅電鍍鋅EGEG（SECCSECC）S鋼板 E電鍍 C冷軋 C商用第21页，共64页，编辑于2022年，星期日 2.5 2.5 常用厚度及公差常用厚度及公差GIGI料實際供貨料實際供貨0.597/0.686/0.781/0.891/0.974/1.166/1.50 EGEG料料現用狀況0.5/0.6/0.7/0.8/1.0/1.2/2.0 另外可選擇系列 0.4/0.65/0.75/0.9/1.4/1.6 1.8/2.3/2.5公差公差:0.6(0.05)0.8(0.06)1.0(0.07)1.25(0.08)1.6(0.10)99.0%)1*L2,1070(ASTM),A1100(JIS)Al-Cu2*LY9,2024,A2024Al-Mn3*LF21,3003,A3003Al-Si4*LT1,4043,A4043Al-Mg5*LF2,5052,A5052Al-Mg-Si6*LD1(2),6063(6061),A6063(1)Al-Zn7*LC4,7075,A7075其它8*備用9*1.3.1.3.變形鋁合金牌號對照變形鋁合金牌號對照第37页，共64页，编辑于2022年，星期日1.4 1.4 調質度之基本定義調質度之基本定義第38页，共64页，编辑于2022年，星期日第39页，共64页，编辑于2022年，星期日第40页，共64页，编辑于2022年，星期日1.5 1.5 調質度之調質度之TX(TXY)TX(TXY)定義定義第41页，共64页，编辑于2022年，星期日1.61.6常用鋁材的機械性能常用鋁材的機械性能(與厚度有關與厚度有關0.50.5為例為例)合金 狀態 抗拉強度MPa屈服強度MPa延伸率,%彎曲內邊直徑mm1100 H1613516512014T3003 O95125 35202T5052 H3221526515552T6061 T6295245104T第42页，共64页，编辑于2022年，星期日1.7 1.7 鋁材外觀缺陷鋁材外觀缺陷 ES03ES03030 030 鋁板及其沖件外觀檢驗規範鋁板及其沖件外觀檢驗規範 分級面定義分級面定義:裝飾面與非裝飾面裝飾面與非裝飾面檢視方法檢視方法:缺陷分析及解釋缺陷分析及解釋:裂紋裂紋/非金屬壓入物非金屬壓入物/腐蝕斑點腐蝕斑點/硝鹽痕硝鹽痕/髒髒污污 折痕折痕/壓痕壓痕/金屬壓入物金屬壓入物/刮痕刮痕/夾痕夾痕 /摩擦痕摩擦痕 乳液痕乳液痕/松樹枝狀花紋松樹枝狀花紋/氣泡氣泡/小黑點小黑點 色差色差/黑線黑線/貼膜印痕貼膜印痕/毛刺毛刺/軋輥及模具軋輥及模具 第43页，共64页，编辑于2022年，星期日2 2 鈦及其合金鈦及其合金2.1 2.1 鈦的基本特性鈦的基本特性鈦早先應用於航空航天造船醫療行業鈦早先應用於航空航天造船醫療行業,它有高純它有高純鈦鈦,工業純鈦及鈦合金工業純鈦及鈦合金(,+,)三大類型多三大類型多種牌號種牌號.工業純鈦能被應用於手機外殼主要在於工業純鈦能被應用於手機外殼主要在於:鈦的比強度高鈦的比強度高,可做出薄壁件可做出薄壁件;常溫下化學穩定性好常溫下化學穩定性好,在海水在海水/大氣中抗蝕性好大氣中抗蝕性好;膨脹系數小膨脹系數小,良好的導電及導熱性良好的導電及導熱性;機械性能類同一般低碳鋼機械性能類同一般低碳鋼,塑性好容易沖壓成形塑性好容易沖壓成形;焊焊接性好等接性好等第44页，共64页，编辑于2022年，星期日第45页，共64页，编辑于2022年，星期日第46页，共64页，编辑于2022年，星期日 2.2 2.2 純鈦的分類純鈦的分類一般一般JISJIS商用純鈦板可分為四個等級：商用純鈦板可分為四個等級：Class 1Class 1，Class 2Class 2，Class 3Class 3及及Class 4,Class 4,典型純鈦板化學成分如表典型純鈦板化學成分如表1 1所示，主所示，主要是靠調整氧及鐵的含量來控制強度要是靠調整氧及鐵的含量來控制強度.隨著氧及鐵含隨著氧及鐵含量的增加量的增加,純鈦板強度上升，延展性下降，沖壓成形性變純鈦板強度上升，延展性下降，沖壓成形性變差。見下表差。見下表第47页，共64页，编辑于2022年，星期日2.3 2.3 純鈦板的機械性質純鈦板的機械性質第48页，共64页，编辑于2022年，星期日 典型特徵如下：典型特徵如下：強度接近普通低碳鋼強度接近普通低碳鋼;楊氏係數約為低碳鋼和不銹鋼的一半，降伏強度楊氏係數約為低碳鋼和不銹鋼的一半，降伏強度/楊氏係數比楊氏係數比值值為表中所列金屬中最大為表中所列金屬中最大,該比該比值值與成形後與成形後回彈有關。回彈有關。加工硬化指數加工硬化指數(n(n值值)較其他金屬小。較其他金屬小。塑性異向性應變比塑性異向性應變比r r值值極大極大,這是其六方晶系結構特性這是其六方晶系結構特性所決定所決定.Class 1 Class 1純鈦板較軟且有極佳的成形性，常用以做沖壓純鈦板較軟且有極佳的成形性，常用以做沖壓成形之用。成形之用。同等級純鈦板按退火條件及退火後調質程度，獲致不同等級純鈦板按退火條件及退火後調質程度，獲致不同機械性質，如同機械性質，如Class 2Class 2分為硬質及軟質。分為硬質及軟質。第49页，共64页，编辑于2022年，星期日 3 銅合金銅合金 及特性及特性 銅fcc結晶構造,電及熱傳導率高、耐蝕性優秀、塑性加工容易,光澤性好,易於電鍍塗裝等.微量的不純物可使銅的電導率明顯的降低.銅為反磁性,若含鐵0.04%,既成順磁性.銅對大氣及水有良好的耐蝕性.銅綠-大氣中CO2、SO2及水分等的作用生成的鹽基性碳酸銅CuCO3Cu(OH)2、鹽基性硫酸銅CuSO4Cu(OH)2 等主要成份,形成不溶於水的保護層.第50页，共64页，编辑于2022年，星期日純銅純銅99.3%Cu,99.3%Cu,具极佳導電性具极佳導電性,用在電線用在電線/線纜上線纜上第51页，共64页，编辑于2022年，星期日 3.1 3.1 黃銅黃銅Cu-Zn合金C2xxxZn含量低的合金主要作為美術工藝品及裝飾品等,最常用的合金為30-40%Zn的合金,適於電鍍,深衝用途,黃銅的性質:黃銅容易發生局部腐蝕(脫鋅腐蝕).黃銅常因冷卻加工等的殘留應力,引起時效破裂.(若接觸阿摩尼亞或銨鹽,則結晶粒間遭受局部腐蝕而引起應力集中,在使用中或儲藏中發生破裂。)黃銅係材料在常溫加工,若在室溫放置,各種性能逐漸變化,此現象稱為經年變化。稍軟化;退火處理予以減輕.第52页，共64页，编辑于2022年，星期日 各種黃銅合金各種黃銅合金95Cu-5Zn與純銅差不多,容易壓印,稱為鍍金銅。90Cu-10Zn(丹銅),用於拉壓加工,稱為商用黃銅。85Cu-15Zn質軟,耐蝕性佳,用於建築配件,稱為redbrass。80Cu-20Zn可用做可撓軟管,有時稱為lowbrass。70Cu-30Zn(七三黃銅0,容易冷加工,廣供深壓拉用。65Cu-35Zn與七三黃銅同為深壓拉加工用銅材。60Cu-40Zn又稱六四黃銅,組織為(+)黃銅,常溫延展性不如七三黃銅,但強度較大,耐蝕性差,容易脫鋅腐蝕,大多做為螺栓、螺帽等。第53页，共64页，编辑于2022年，星期日 3.2 3.2 洋白銅洋白銅洋白又稱洋銀,為添加鎳的黃銅,色澤近於銀.彈簧特性佳、耐蝕性優秀、可為彈簧、化學機械用材料。通常用10-20%Ni,15-30%Zn的組成。第54页，共64页，编辑于2022年，星期日3.3 Cu-Sn-P 合合 金金磷青銅為銅錫合金磷青銅為銅錫合金,並含微量磷並含微量磷,耐耐疲勞強度疲勞強度,加工性好加工性好,耐蝕性優於耐蝕性優於黃銅黃銅,耐磨耗性良好耐磨耗性良好.磷添加量,使合金中的磷量達約0.05-0.5%時,改善液流,同時,增高合金的硬度與強度,改善耐磨耗性,彈性.極少量磷固溶,此外成硬脆的Cu3P相存在合金中.錫固溶液也因含磷而下降,鑄造組織中的相增加,有增高硬度的效果.第55页，共64页，编辑于2022年，星期日C 52100C 52100性能性能TemperGrade1/2HHEHSymbolC5210-1/2HC5210-P-HC5210-PEHTensileTestThickness(mm)0.2min.0.2min.0.2min.TensileN/mm2470to610590to705685to785Elongation%27min.20min.11min.BendTestThickness(mm)1.6max.1.6max.1.6max.BendAngle180orW180orW180orWInsideRadiusTX1TX1.5TX3ElasticLimitThickness(mm)0.2min.1.60.2min.1.60.2min.1.6ElasticN/mm2245min.390min.460min.HardnessHV140to205185to235210to260第56页，共64页，编辑于2022年，星期日3.4 Cu 3.4 Cu Be Be合金合金 鈹銅約在鈹銅約在2%Be2%Be左右彈簧特性、導電率優秀左右彈簧特性、導電率優秀,具良好耐具良好耐腐蝕性腐蝕性,加工性加工性.第57页，共64页，编辑于2022年，星期日4 壓鑄鎂合金壓鑄鎂合金 4.1 鎂合金特性鎂合金特性熔液的流動性良好熔液的流動性良好,可以鑄造薄壁之鑄件可以鑄造薄壁之鑄件,但有高溫脆但有高溫脆性性,容易破裂容易破裂,壓鑄性不良壓鑄性不良;由于熔液甚易氧化由于熔液甚易氧化,且接觸空氣會引起燃燒且接觸空氣會引起燃燒,需加以保需加以保護護,防止合金在防止合金在675度以下之氧化度以下之氧化.鎂合金的切削性非常好鎂合金的切削性非常好;耐蝕不良耐蝕不良.8.59.5Al,0.170.40Mn,0.450.90Zn,0.05maxSi,0.025maxCu,0.001maxNi,0.004maxFe第58页，共64页，编辑于2022年，星期日4.2 鎂合金的優勢鎂合金的優勢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59页，共64页，编辑于2022年，星期日 3C電子電子產產品使用鎂合金的理由品使用鎂合金的理由!強度強度/重量比佳重量比佳,重量輕重量輕,剛性好剛性好耐沖擊耐沖擊,耐磨耐磨環保法規要求環保法規要求耐熱耐熱,散熱性佳散熱性佳吸振性吸振性,電磁遮蔽性佳電磁遮蔽性佳產產品潮流品潮流成本適當成本適當制造技術成術制造技術成術無可燃性無可燃性鎂合金的耐鹽水腐蝕性能鎂合金的耐鹽水腐蝕性能第60页，共64页，编辑于2022年，星期日 模具鋼廠商模具鋼廠商傳統傳統-真空除氣真空除氣-電渣重溶電渣重溶-粉末冶金粉末冶金國國內內材料與國外材料的比較材料與國外材料的比較不同廠商相同品牌的鋼材比較不同廠商相同品牌的鋼材比較售后的技術服務與支持售后的技術服務與支持第四章 模具材料第61页，共64页，编辑于2022年，星期日 模具材料類別模具材料類別冷作模具鋼冷作模具鋼:工作過程中，刃口受到強烈的摩擦和擠壓作用工作過程中，刃口受到強烈的摩擦和擠壓作用,有此模具還受到較大的衝擊力有此模具還受到較大的衝擊力SKD11,SLD,Cr12MoV,DC53塑膠模具鋼塑膠模具鋼:易加工易加工,高效益高效益;拋拋光質量光質量;耐腐蝕性耐腐蝕性;耐磨性耐磨性;韌性韌性.P20,NAK80,STAVAX熱作模具鋼熱作模具鋼:熱疲勞熱疲勞(熱龜裂熱龜裂););侵蝕侵蝕/腐蝕腐蝕;破裂破裂(整體破裂整體破裂););凹凹陷陷.SKD61,H13,4Cr5MoSiV粉末鋼粉末鋼:V4,V10,:V4,V10,ASP23高速工具鋼高速工具鋼:SKH51,M2,機械拉力鋼機械拉力鋼:S45C,45#,42Cr第62页，共64页，编辑于2022年，星期日冷作冷作/熱作熱作/高速鋼成份高速鋼成份(對照表對照表)各國牌號對照各國牌號對照第63页，共64页，编辑于2022年，星期日THANKS!第64页，共64页，编辑于2022年，星期日