1、常用金屬材料基礎知識培訓講義第1頁，共64頁，2022年，5月20日，20點57分，星期三 主要內容第一篇 導論: 認識金屬材料第二篇 鋼板 1 冷軋板 2 鍍鋅鋼板 3 馬口鐵 4 不銹鋼第三篇 有色金屬 1 鋁合金 2 鈦合金 3 銅合金 4 鎂合金第四篇 模具材料第2頁，共64頁，2022年，5月20日，20點57分，星期三一 導論: 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頁，共64頁，2022年，5月20日，20

2、點57分，星期三1 金屬的分類純鐵: 2.0wt%碳. 鋼鐵的分類第4頁，共64頁，2022年，5月20日，20點57分，星期三 公司常用金屬材料: 鋼材/銅材/鋁合金/鎂合金/鈦合金材料適用性能/認識材料 /如何選擇材料及規范/材料制程,品質及成本等第5頁，共64頁，2022年，5月20日，20點57分，星期三2 金屬材料內部結構:原子/固溶體/化合物/相/組織第6頁，共64頁，2022年，5月20日，20點57分，星期三3 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

3、強度修整的難易潛變強度第7頁，共64頁，2022年，5月20日，20點57分，星期三A 工藝性能: 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如沖壓鑄造熱處理焊接等 .B 物理性能: 比重,導熱,導電等Al 2.7/Fe 7.8/Ti 4.5/Mg 1.8,C 化學性能: 如抗腐蝕性抗環境變色能力等. 耐蝕性排序Zn, Fe, Sn, Pb H Cu第8頁，共64頁，2022年，5月20日，20點57分，星期三D 機械性能: 拉/壓/彎/扭/衝擊等負荷作用下,從開始受 靜力至破壞的全過程所表現的力學性能,如 強度:在斷裂前最大負荷/試樣原始橫截面積.硬度:能抵抗硬物體刻劃或壓入其表面的

4、能力 塑性:產生永久變形而不斷裂的能力; 衝擊韌性:材料抵抗衝擊負荷而不破壞的能力. 其它: 疲勞性能,耐磨損性等 第9頁，共64頁，2022年，5月20日，20點57分，星期三化學成份 + 冷加工狀態 + 熱處理金屬材料機械性能第10頁，共64頁，2022年，5月20日，20點57分，星期三化學成份 A 固溶強化:B 沉淀強化: 冷變形強化:在再結晶溫度以下的變形,會引起強度升高,而塑性降低. 金屬材料強化途徑熱處理強化 A 相變強化:B 第二相強化:C 細晶強化 第11頁，共64頁，2022年，5月20日，20點57分，星期三4 製造流程:鋁板實例 第12頁，共64頁，2022年，5月20

5、日，20點57分，星期三鋁熱軋板/冷軋板製程第13頁，共64頁，2022年，5月20日，20點57分，星期三5 金屬材料表面處理方式:見具體材料6 金屬板材包裝形式第14頁，共64頁，2022年，5月20日，20點57分，星期三 第二篇 鋼鐵沖壓材料 1 冷軋板 2 鍍鋅鋼板 3 馬口鐵 4 不鏽鋼板第15頁，共64頁，2022年，5月20日，20點57分，星期三 1 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。 1.1 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.

6、035SPCE深拉伸0.080.400.0300.030第16頁，共64頁，2022年，5月20日，20點57分，星期三1.2 冷軋板狀態級別及表面加工代碼調質級別退火標準退火 1/8硬 1/4硬1/2硬全硬調質代號AS8421硬度HRB576550716580748985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頁，共64頁，2022年，5月20日，20點57分，星期三 2 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,

7、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! A 隔絕原理使鋼材不與腐蝕介質直接接觸 B 犧牲陽極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頁，共64頁，2022年，5月20日，20點57分，星期三2.2 GI生產基本流程及特點 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頁，共64頁，2022年，5月20日，20點57分，星期三2.3 項目比較電鍍鋅鋼板(EG料)銀灰色,均勻表面熱浸鍍鋅鋼板(GI料)亮晶狀,細小鋅花母材冷軋退火鋼板冷軋全硬鋼板鍍鋅量鍍厚

8、困難 23um鍍薄困難 56um鍍層表面鋅原子吸附於鋼板, 表面平滑無鋅花鋅層凝固組織, 可有鋅花或無鋅花鍍層組織純鋅鍍層最外層為純鋅, 內層為鋅鐵合金機械性質與冷軋底材相同經線上退火, 因有時效硬化, 質較硬加工性與冷軋底材相同,成型性較佳可承受簡單加工, 復雜加工無法勝任耐蝕性鍍層較薄,耐蝕性較差鍍層較厚,耐蝕性較佳價格價格較貴價格便宜30%以上第20頁，共64頁，2022年，5月20日，20點57分，星期三 2.4 材料識別標記 熱浸鍍鋅GIHGCC1ZSFX 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

9、質處理 F耐指紋塗覆 C鉻酸鹽處理 X不塗油 電鍍鋅EG（SECC） S鋼板 E電鍍 C冷軋 C商用第21頁，共64頁，2022年，5月20日，20點57分，星期三 2.5 常用厚度及公差GI料實際供貨0.597/0.686/0.781/0.891/0.974/1.166/1.50 EG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: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),A1

10、100(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.變形鋁合金牌號對照第37頁，共64頁，2022年，5月20日，20點57分，星期三1.4 調質度之基本定義第38頁，共64頁，2022年，5月20日，20點57分，星期三第39頁，共64頁，2022年，5月20日，20點57分，星期三第40頁，共64頁，2022年，5月20日

11、，20點57分，星期三1.5 調質度之TX(TXY)定義第41頁，共64頁，2022年，5月20日，20點57分，星期三1.6 常用鋁材的機械性能(與厚度有關0.5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mm 1100H16135 16512014T3003O9512535202T5052H32215 26515552T6061T6295245104T第42頁，共64頁，2022年，5月20日，20點57分，星期三1.7 鋁材外觀缺陷ES03030 鋁板及其沖件外觀檢驗規範 分級面定義:裝飾面與非裝飾面檢視方法:缺陷分析及解釋: 裂紋/非金屬壓入物/腐蝕斑點/硝鹽痕/髒

12、污 折痕/壓痕/金屬壓入物/刮痕/夾痕 /摩擦痕 乳液痕/松樹枝狀花紋/氣泡/小黑點 色差/黑線/貼膜印痕/毛刺/軋輥及模具 第43頁，共64頁，2022年，5月20日，20點57分，星期三2 鈦及其合金2.1 鈦的基本特性鈦早先應用於航空航天造船醫療行業,它有高純鈦,工業純鈦及鈦合金(, + ,)三大類型多種牌號.工業純鈦能被應用於手機外殼主要在於: 鈦的比強度高,可做出薄壁件; 常溫下化學穩定性好,在海水/大氣中抗蝕性好; 膨脹系數小,良好的導電及導熱性; 機械性能類同一般低碳鋼,塑性好容易沖壓成形; 焊接性好等第44頁，共64頁，2022年，5月20日，20點57分，星期三第45頁，共6

13、4頁，2022年，5月20日，20點57分，星期三第46頁，共64頁，2022年，5月20日，20點57分，星期三 2.2 純鈦的分類一般JIS商用純鈦板可分為四個等級： Class 1， Class 2， Class 3及Class 4 , 典型純鈦板化學成分如表1所示，主要是靠調整氧及鐵的含量來控制強度.隨著氧及鐵含量的增加,純鈦板強度上升，延展性下降，沖壓成形性變差。見下表第47頁，共64頁，2022年，5月20日，20點57分，星期三2.3 純鈦板的機械性質第48頁，共64頁，2022年，5月20日，20點57分，星期三 典型特徵如下： 強度接近普通低碳鋼; 楊氏係數約為低碳鋼和不銹鋼

14、的一半，降伏強度/楊氏係數比值為表中所列金屬中最大, 該比值與成形後回彈有關。 加工硬化指數(n值)較其他金屬小。 塑性異向性應變比r值極大,這是其六方晶系結構特性所決定. Class 1純鈦板較軟且有極佳的成形性，常用以做沖壓成形之用。同等級純鈦板按退火條件及退火後調質程度，獲致不同機械性質，如Class 2分為硬質及軟質。第49頁，共64頁，2022年，5月20日，20點57分，星期三 3 銅合金 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

15、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頁，共64頁，2022年，5月20日，20點57分，星期三純銅99.3% Cu,具極佳導電性,用在電線/線纜上第51頁，共64頁，2022年，5月20日，20點57分，星期三 3.1 黃銅Cu-Zn合金 C2xxx Zn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.(

16、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頁，共64頁，2022年，5月20日，20點57分，星期三 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red brass。80Cu-20Zn 可用做可撓軟管,有時稱為low brass。70Cu-30Zn (七三黃銅0,容易冷加工,廣供深壓拉用。65Cu-35Zn

17、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頁，共64頁，2022年，5月20日，20點57分，星期三 3.2 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頁，共64頁，2022年，5月20日，20點57分，星期三3.3 Cu - Sn - P 合 金磷青銅為銅錫合金, 並含微量磷,耐疲勞強度, 加工性好, 耐蝕性優於黃銅, 耐磨耗性良好. 磷添加量,使合

18、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頁，共64頁，2022年，5月20日，20點57分，星期三C 52100性能Temper Grade1/2HHEHSymbolC5210-1/2HC5210-P-HC5210-PEHTensileTestThickness (mm)0.2 min.0.2 min.0.2 min.Tensile N/mm2470 to 610590 to 705685 to 785Elongation

19、 %27 min.20 min.11 min.Bend TestThickness (mm)1.6 max.1.6 max.1.6 max.Bend Angle180 or W180 or W180 or WInside RadiusTX1T X1.5T X3Elastic LimitThickness (mm)0.2 min. 1.60.2 min. 1.6 0.2 min. 1.6 Elastic N/mm2 245 min.390 min.460 min.Hardness HV140 to 205185 to 235210 to 260第56頁，共64頁，2022年，5月20日，20點5

20、7分，星期三3.4 Cu Be合金 鈹銅約在2% Be左右彈簧特性、導電率優秀, 具良好耐腐蝕性, 加工性. 第57頁，共64頁，2022年，5月20日，20點57分，星期三4 壓鑄鎂合金 4.1 鎂合金特性熔液的流動性良好,可以鑄造薄壁之鑄件,但有高溫脆性,容易破裂,壓鑄性不良; 由于熔液甚易氧化,且接觸空氣會引起燃燒,需加以保護,防止合金在675度以下之氧化. 鎂合金的切削性非常好; 耐蝕不良. 8.59.5Al, 0.170.40Mn, 0.450.90Zn, 0.05maxSi, 0.025maxCu, 0.001maxNi, 0.004maxFe 第58頁，共64頁，2022年，5月20日，20點57分，星期三4.2 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