扣件钢铁材料与热处理技术

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　　一、导论

　　1.钢铁材料之分类与热处理的定义

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　　钢铁材料可分为普通钢碳素钢、低合金钢、工具钢、特殊用途钢等，而螺丝螺帽业所使用的钢铁原料目前皆为普通钢碳素钢及低合金钢。等级高的螺丝螺帽大多需要经过热处理加工强化后才能达到其不同之强度要求。

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　　“金属热处理”一般是指“对固态金属施以适当的加热、保温、冷却或改变表面化学成份，而达到预期之机械、物理或化学性质目的之技术”。

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　　不同化学成份的材料，各具有不同的机械性质，而即使是同一化学成份的材料，由于有不同的内部组织，也会有不同的性能，热处理就是一种可以改变材料内部与外部组织的方法。

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　　2.铁—碳相平衡图

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　　合金状态图是一种可以表示合金系中合金状态与温度、成份之关系，即各种成份的合金在极慢的加热或热却条件下(即接近平衡条件下)，其内部的组织随温度、成份而变化所形成。

　　其中铁—碳相平衡图最常用在钢铁工业中，此图不但指出不同成份铁、碳合金的结晶或熔化温度在不同温度下的组成相(phase)与相对含量，更重要的是，根据此图尚可决定当温度、合金成份改变时，其合金组织、性能的变化规律，因此便可正确的判定钢铁的铸造、焊接、冲压加工、热处理等生产技术的制程，以作为修正或创造新材料的依据。

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　　3.连续冷却变态图及恒温变态

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　　钢料在高温的沃斯田铁化温度冷却下来时，如果冷却速度不相同，则会在不同的温度发生Arl变态，例如把共析钢(0.8%C)从沃斯田铁(沃斯田铁Austenite)状态以各种冷却速度冷到常温，而把Arl变态的开始温度及完成温度及麻田散铁变态的开始及完成时间等关系，画成以温度和时间为座标，就可得的曲线(以含碳量0.8%之共析钢为例)。这种曲线就是所谓的连续冷却变态图。

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　　有了CCT图就可以了解，某成份的钢料以何种冷却速度冷却沃斯田铁时，在何种温度，何种时间会发生何种变态，而在常温可以得到何种组织。

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　　二、基本钢铁金相组织

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　　金相组织是材料分析的基础，对钢铁材料而言，从铁—碳平衡图中可看出，所有钢铁在室温下的组织均是由肥粒铁(α-Fe)和雪明碳铁(Fe3C)这两个基本相组成。由于碳含量、合金含量的不同，钢铁材料经过加热、冷却的过程，会产生各种平衡相与非平衡，由肥粒铁与雪明碳铁的比例、析出形状和分而情况的差异，会呈现各种不同的组织型态。一般碳钢可观察到金相组织有：肥粒铁、雪明碳铁、波来铁、上变韧铁、下变韧铁、麻田散铁、回火麻田散铁及残留沃斯田铁。

　　1.肥粒铁(Ferrit)

　　定义：碳与合金元素在a-Fe中的固溶体。

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　　特征：自沃斯田铁变态而得，依成分与冷却速度不同，而呈块状、费德曼沃斯田铁型或沿晶界析出。在共析钢或过共析钢内肥粒铁不能单独存在，常与雪明碳铁(Fe3C)层状共生成波来铁。

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