[工材]第十二週筆記

-> 我只是個margin。這裡什麼都沒有ob'_'ov

工具鋼(續)

以下為上周複習

• 工具鋼
  • 碳工具鋼
  • 合金工具鋼
  • 高速鋼
    • 18-4-1鋼：
      $W$系、
      $Mn$系(1%
      $Mn$ = 2%
      $W$)
    • 熱處理：淬火溫度要高(為了高硬度)淬火要注意之事項、淬火後之組織、回火次數至少要兩次以上(為了韌性，又不會要過度回火)
  • 工具用硬質合金
    • 鑄造合金：stellite(
      $Co-Cr-W-C$合金)
    • 燒結硬質合金：
      $WC+Co$,
      $Wc+TiC+W$
  • 軸承用鋼(Bearing Steels)
  • 彈簧鋼(Spring Steels)

軸承用鋼

代號SUJ。

軸承是大概像這樣的東西：

因為會放東西在上面，所以抗拉強度最好要好一點。再來是這個東西因會一直轉轉轉，所以還要能夠抗疲勞，要求很多。

彈簧鋼

就是用來做彈簧的鋼，代號SUP。因為彈簧沒看過也算過就不附圖惹
。

既然要用來做彈簧，那麼當然彈性限要好(不然虎克定律就掛了)、耐衝擊(可能會壓他)、不容易產生永久變形(廢話)。

加Si可以讓彈性限增加。

做法是跟熱機處理類似，只是熱機處理是先拉再降溫，做彈簧鋼是先降溫再拉(就是Patening)，拉完之後要做「藍化處理」(就是對他噴火，讓表面產生一層

$Mn$的氧化物)。

這裡有藍化處理的影片。

然後看吳杯杯化的重點。

不鏽鋼

不鏽鋼

• $Cr$系不鏽鋼：4XX
  • 肥粒鐵系：17%
    $Cr$
  • 麻田散鐵系：13%
    $Cr$
• $Ni-Cr$系不鏽鋼：3XX
  • 沃斯田鐵系：粒間腐蝕(原因及防治方法)
  • $\gamma -Fe$ +
    $\alpha -Fe$系
  • 析出硬化型(PH)
    • 630(17-7)：麻田散鐵系：
      $Ni-Cu$析出物
    • 631(17-7)：沃斯田鐵系：
      $Ni-Al$
  • 不鏽鋼之主要用途

不鏽鋼的重點是不准產生Carbite，因為Carbite會加速生鏽(提供電位更低的反應途徑)，所以絕對不能讓他有Carbite。

一開始是發現鐵加鉻可以抗鏽蝕，但是還不夠好。後來就加入了

$Ni$改良，產生一堆不鏽鋼的品種。

加入鉻鎳有什麼神奇的地方？看看腐蝕量跟加入鉻鎳的關係：

首先看鉻。加入大約13%鉻左右之後就可以抵抗硝酸，那是因為會產生緻密的鉻氧化物。但是對硫酸的抵抗力會變差，因為鉻氧化物對硫酸來說比鐵好腐蝕，所以氧化物越多反而會不利硫酸。

這時候就知道要看另外一張鎳的圖了。

加入鎳可以顯著抵抗幾乎所有的酸，所以再加入鎳，就把硫酸的弱點補起來了。不過對氟酸來說還是沒輒，所以又要再加其他金屬。

然後為什麼不直接加鎳就好了？因為鎳他媽的超貴啊啊啊啊啊啊。

不鏽鋼的系列大概有下面這幾種：

代號的話，

$Cr$系是4XX，

$Cr-Ni$系是3XX

先來看看

$Cr$系不鏽鋼：

鉻系

為什麼有分兩種？想解答這個問題要先看看

$Fe-Cr$平衡圖：

可以發現加入

$Cr$可以促成肥粒鐵生成。

$\alpha$鐵的範圍較本來的鐵碳平衡圖擴張很多。

• 麻田散鐵是

  $\gamma$鐵淬火得到的，所以如果要麻田散鐵系，就要從
  $\gamma$鐵開始往下淬火，看相圖知道這時候
  $Cr$約需要11％左右。但是實際上，因為不能去除全部的C，所以要多留一點點
  $Cr$，
  $Cr$會加稍微多一點點。另外，不鏽鋼的淬火溫度比較高(九百多度。看相圖就可以知道)。

  如果要更硬，就會加一些碳，不過老樣子要用比理論值還多一些的

  $Cr$把碳中和，避免讓鉻的濃度低於能夠抵抗腐蝕的最低溫度。

• 如果要

  $\alpha$鐵系，看相圖就會知道要加到超過16左右才會得到
  $\alpha$鐵，不過老樣子會需要多一點點
  $Cr$來中和一下多的
  $C$。

然後

$Cr$系會有磁性。工廠實習的時候焊工的師父有拿磁鐵出來示範。

種類有如下：

430, 403, 410是標準型。

鉻鎳系

再來看看

$Cr-Ni$系：

加入

$Ni$可以抵抗更多物質的腐蝕，還會把

$\gamma$態的變態溫度降到常溫以下，所以除了本來的

$\alpha -Fe$系、麻田散鐵系，還多了沃斯田鐵系、

$\gamma -Fe$ +

$\alpha -Fe$系。

沃斯田鐵系是因為變成合金之後，抑制變態溫度，被壓到常溫以下，導致他在常溫時還是沃斯田鐵，就是沃斯田鐵系的鋼(18-8不鏽鋼)。因為是沃斯田鐵，所以沒有磁性。

然後要讓

$Cr-Ni$系的強化方式不是淬火，而是直接把他加工，讓他加工硬化，他就會變硬了。

然後他有一個弱點：

這個東西叫做「敏化」(Sensitized Condition)，因為附近

$C{r}_x{C}_y$在500~900度時在晶界析出之後，就會降低晶界附近的

$Cr$含量，然後晶界附近的

$Cr$濃度就會低於抵抗酸所需要的最低濃度，就會沿著晶界附近裂掉(就是上面講到的粒間腐蝕)。

要注意的是，焊接時，周遭金屬的溫度有可能會落在這個溫度內，焊完之後有可能變得脆弱。日本人叫做Weld Decay。有圖有真相：

那要怎麼避開？

這裡提到三種解法：

• 降低含碳量：是根本，就像全世界都回到石器時代的生活就不會有污染，不過這樣有講跟沒講一樣。

• 或是如第二點，加入金屬，他們會比

  $Cr$更先去跟
  $C$結合。但是，他們得碳化物會析出在晶粒內部，而不是在晶界，就可以解決了。

• 最後一種解法是淬火韌化:

(跟時效硬化有87%像。不過吳說過鋁業喜歡另外幫同樣的東西取名字嘛～)

所以幫

$Ni-Cr$系的不鏽鋼做個技能樹型號圖，大概如下：

其中302, 304, 316, 304L, 316L是比較常用的

• 302：經典款18-8鋼的代號
• 304：後面可以衍伸一堆抵抗粒間腐蝕的版本(比如上面第二點「加入金屬」的就是347)
• 316：上面第三點中，加
  $Mo$的版本。

最後來看

$\gamma -Fe$ +

$\alpha -Fe$系

把鉻量提升，加鎳使

$\gamma$區域往下延伸，就會產生

$\gamma -Fe$跟

$\alpha -Fe$共存的相

析出硬化型(PH)

龐克哈薩德析出硬化型

這裡介紹兩種：

• 630(17-4)：麻田散鐵系：
  $Ni-Cu$析出物
• 631(17-7)：沃斯田鐵系：
  $Ni-Al$

不鏽鋼的用途很多(廢話)。主要的用途課本列了張表：

耐熱鋼

是不鏽鋼的兄弟。因為希望在高溫的時候，也可以保持不鏽鋼優良性質，所以作出的改量！

來看

$Cr$系：

不過高於500度的時候，建議使用

$Ni-Cr$系：

如果需要更高溫，就要用課本417頁的

$Ni$基超(耐熱)合金了：

磁氣用鋼

白話文就是用鐵的永久磁性做磁鐵。不過，因為這樣做出來的磁鐵磁性實在是太弱了，所以現在不太使用。

軟磁鋼

其實是矽鋼片。就是鐵裡面加矽。

還記得小時候學過「如果電磁鐵線圈中間插磁鐵，電磁鐵強度會變強」嘛？中間插的磁鐵就是軟磁鋼。

硬磁鋼

就是永久磁鐵。現在不用惹～～～

鑄鐵(Cast Iron)

• 鑄鐵的溶解法：融鐵爐(Cupola)
• 鑄鐵的組織：
  • 白鑄鐵(white cast iron)
  • 班鑄鐵(motted cast iron)
  • 灰鑄鐵(gray cast iron)