应力消除.PPTVIP

製造程序規劃修訂版MANUFACTURING TECHNOLOGY第 5 章1013A 第五章　金屬材料 金屬的定義 金屬是由許多晶粒所組成，當取一晶粒以x光線繞射法分析時，可知晶粒內是由原子作有規則的排列，且原子以某一定形式的集合單位為中心，在它的前後、左右、上下各方以相同的型式作重複排列。 若把各原子的中心相連，則可得到立體的格子，此種規則的原子排列所形成的格子，稱為結晶格子。 第五章　金屬材料 金屬的定義 ?各種金屬各有其特性的結晶格子，若以結晶格子中，無數個原子選出能代表排列特性的最小單位，此種單位原子排列，稱單位胞或單位格子。 ?單位格子在三度空間重覆排列而形成結晶，固體金屬便是由很多結晶組成，每一結晶不規則的邊界，稱為晶界。 ?通常結晶都很小，以致必須以顯微鏡才能分辨出，金屬晶粒的大小約為0.01~0.1mm，形狀是不規則的多角形。 　 ５－１ 晶體結構 體心立方格子﹙bcc﹚：單位格子中每一角及中心均有一原子。如鐵、鎢、鉻、鉬等。 面心立方格子﹙fcc﹚：單位格子中每一角及每一面均有一原子。這種結構的金屬有銅、鋁與銀、延展性較佳。 ５－１ 晶體結構 六方密格子﹙hcp﹚：每單位包中各角及上下面均有一個原子外，中間層加三個原子。這種結構的金屬有鋅、鈷、鎂與鈦。不易延展變形。 5-2 差排 差排：塑性變形的機構是因金屬結晶體中的缺陷移動而產生的，這種缺陷稱作差排。 ?加工硬化：塑性變形是晶體中差排的移動，而差排間也可以互相影響，因為多餘的原子列將造成完美晶體局部的缺陷，而產生差排附近的應力場多餘的原子排列，將承受壓應力，而沒有多餘原子列處，將受張應力，此種應力場在差排間互相推擠之力很大，使其產生變形將越困難，這種現象稱為加工硬化。 5-2 差排 應力消除：熱能除去加工後金屬差排所產生的內應力，利用退火就是將冷作後的金屬加熱，使差排因此有足夠的動量使其能移至晶體外或晶界，此過程稱為應力消除。 再結晶：在較高的溫度持續較久的時間，在晶界形成新的結晶，此過程稱為再結晶。 結晶成長：如果再結晶的程序持續成長，新的結晶將會長的更大，較大的結晶會擴大而佔有較小的結晶，這狀況稱為結晶成長。 5-3 合金 當兩種金屬元素溶合在一起，常可產生成一種固溶體，這種組成即是合金。 5-4 平衡圖 5-6 鐵與鋼 從礦砂至鐵的生產過程： 鐵存在於大自然的鐵礦中，與氧、硫與矽結成化合物，再以化學程序來還原而產生鐵。通常一噸生鐵需要的原料1.鐵礦1.5~2噸 2.焦炭0.5~1噸 3.石灰石0.3~0.7噸 4.錳礦石少量 5.熱風3000~4000m3。 5-6 鐵與鋼 鐵目前還是廣泛的被使用，約佔工業產品全部金屬材料重量之75%，其存量很多，僅次於鋁，通常鐵礦含鐵量需高於25%才有開採價值，而商業用鐵礦含量在40~70%間。 鑄鐵 生鐵是用來製造鑄鐵的材料，通常在熔化過程中會加入一些廢鐵，鑄鐵是指一族材料，一般含碳約為2~6.7%，實用上約為2.5~4%。碳不易溶於鐵中，鑄鐵很脆，無法使用於彎曲的場合，但易加工。如灰鑄鐵常用於汽車引擎本體。 5-6 鐵與鋼 鋼 鋼也是一種鐵碳的合金，其含碳量較鑄鐵低，一般為0.02~2.0%，實用上1.5%以下。鋼通常是由氧氣爐或平爐冶煉出來的。 鋼的種類依含碳量區分： 低碳鋼：含碳0.3%以下或0.2%以下，是常以輥軋的鋼板產製，用於車身的打造，如汽車、冰箱、洗衣機用的薄鐵皮，C0.12%。 5-6 鐵與鋼 鋼的種類依含碳量區分： 中碳鋼：含碳0.3%~0.6%或0.2%~0.8%，如硬鋼含碳0.3%~0.5%，用於火車、電車等之車輪、車軸、彈簧等。 高碳鋼：含碳0.6%以上(接近0.8%)，碳化物所佔的比例相當高，硬而耐用，不易變形，常用於火車的鐵軌，屬高強度鋼。 合金鋼 鋼中加入少量的合金元素能獲得更好的特性，因某些元素能促進碳化物的形成，以得到高硬度。如不銹鋼就是鋼中加入大量的(10~20%)的鎳與鉻等合金元素，而使其耐腐蝕性佳。 鋁 鋁是地球上含量最多的金屬元素，鋁擁有幾個特性而成為有價值的工程材料，在大部份的狀況，它是非常耐腐蝕的，雖然鋁是活性材料，會很快的在空氣中形成氧化鋁，而形成惰性的保護層，而不會繼續氧化。 鋁較一般常用的工程材料輕，鋁合金因此應用於對重量相當重視的航空工業。 鋁與大部份的純金屬一樣，如沒有經過硬化處理，其質太軟而用途有限，如加入矽、銅、鋯或鎂等元素，使成鋁合金，這對鋁的強化相當重要 銅與黃銅 銅是另一種重要的非鐵金屬，也是容易冶煉的金屬。也證明銅是一件很容易從銅礦中提鍊出銅，銅也可以以元素的型態發現，但常見的銅礦多是氧化銅與硫化物的化合物。 純精鍊的銅延展性極佳，這種特性與其良好的導電導熱和耐腐蝕性，使銅廣