模具材料選用與熱處理.pdf

模具材料選用與 熱處理 南台科技大學 機械工程系所 曾信智 博士 1 鐵系合金熱處理原理 金屬及其合金從熔化狀態的高溫，下降到凝 固溫度時，組成原子會從不規則聚集及任意 變形液體狀態，變有規則性固定排列的固體 狀態為變態。形成規則性排列作用稱結晶。 金屬的種類(或合金的成分)和組織決定金屬 材料各種性質，例如晶粒大小會影響同成份 之金屬材料強度高低。利用光學顯微鏡來觀 察金屬及其合金的顯微組織。 2 鐵系合金熱處理原理 液態純鐵在一大氣壓下，溫度降至1538 ℃，開始出現固態，結晶構造體心立方 (BCC)的結晶，稱δ鐵。 當溫度繼續下降到 1400 ℃時，長度會發生 異常收縮，稱 A3變態，產生原因是結晶構 造變成面心立方(FCC)的結晶，稱γ鐵。 3 鐵系合金熱處理原理 當溫度繼續下降至 910 ℃(理想狀態下) ，長 度卻突然膨脹，稱A4變態，結晶構造則變 回體心立方的結晶，稱α鐵。 此後溫度下降和長度的減少量成正比的關 係，即不再變化。 4 鐵系合金熱處理原理 純鐵在1400 ℃發生的變態和910 ℃左右發 生的變態，稱同素變態。 鋼即鐵碳合金( ) 為工業重要材料的主因， 所含鐵金屬有 A3變態之故。 A0變態及A2變態是指當溫度高於相對應溫 度後，該材料會由強磁性變無磁性。 A1變態為鋼特有變態，純鐵則無此變態。 5 鐵系合金熱處理原理 鐵碳合金中： 含碳量的重量百分比 (wt％) 約0.02 wt％以下 者，為純鐵。 含碳量約 0.02～2.0 wt％間者，稱碳鋼。 含碳量約 2.0～6.67 wt％之間者，稱鑄鐵。 6 鐵系合金熱處理原理 含碳量 6.67 wt％會形成Fe C化合物，稱雪 3 明碳鐵，很硬材料。 純鐵在α鐵構造時溶入極少量碳原子所形 成的固溶體，稱肥粒鐵。 γ鐵構造時溶入的碳原子在2.11 wt％以下 所形成固溶體，稱沃斯田鐵。 7 金屬的強化機構 強化機構是差排運動和金屬機械性質關 係。巨觀塑性變形是大量差排運動結果， 金屬塑性變形能力取決於差排移動能力。 塑性變形關係著材料的硬度和強度（降伏 和抗拉）。 8 P. 255 晶粒強化 降伏強度σ y依據公式隨晶 粒大小改變 固溶強化 冶金時加入異種原子以形成置換式或插入 式固溶體，稱固溶強化