Transcript 第四章 碳鋼 4－ 4－ 4－ 4－ １純鐵 ２鋼之組織 ３鋼之性質及其用途 ４五大元素對碳鋼之影響 １－１金屬及合金的通性 • 純鐵以兩種結晶型態存在，一種是由低溫到 時，鐵原子是以體心立方格子(BCC)的結構存在，等到溫 度超過 後，就會變態，形成面心立方格子(FCC) 的結構，這樣的結構一直維持直到 鐵原子的 排列又會變成體心立方格子(BCC)的結構，直到純鐵的熔 點 ，變為液體。 • 純鐵在固態時因溫度變化的反應： • 這樣的變化可以由膨脹路或電阻值等物理性質的試驗來作 為佐證。 • 純鐵在910(912)°C以下時，原子排列為體心立方結構BC此 時稱為α鐵或肥粒鐵，而910(912) °C～1400(1394) )°C 間的原子排列方式為面心立方結構FCC，此時稱為γ鐵或 沃斯田鐵， 1400(1394) )°C～1538°C之間的純鐵，雖變 回BCC結構，但稱為δ鐵以示區別。 • 鐵在768(770)°C時有磁性變態的現象，稱之為β鐵： • 但是後來發現原子的組織結構並未發生變化，仍為BCC， 因此就不再稱之β鐵仍然稱為α鐵(無磁性) • 鋼鐵材料的許多微妙性質，都是因為組織的變化引起的， 這種因外在因素(如溫度)產生的變化，就稱為變態。 • 變態的結果除了長度變化之外，其他如電阻值等物理性質 也會發生變化，通常會以 來說明鋼鐵材料的 不同變態，而發生這些變態時的不同溫度分別稱為 變態點。 • 鐵的變態都是可逆的，也就是說如果鐵由高溫冷卻時，這 些不同的變態也會發生。 • 工業上所使用的純鐵，以製造方法區分有： 1.電解鐵 2.海綿鐵 3.Armco鐵 4.Carbonly鐵 • 鋼是泛指含碳量0.02%～2.0%之鐵碳合金(及碳鋼)和以鐵 為止的鐵及其他元素的合金(合金鋼) • 1.共析鋼：含碳量在0.8(0.77)%的鋼，其組織是波來鐵 (Pearlite) • 2.亞共析鋼：含碳量0.8(0.77)%以下的鋼，其組織是初析 肥粒鐵及波來鐵。 • 3.過共析鋼：含碳量0.8(0.77)%以上的鋼，其組織是初析 雪明碳鐵及波來鐵。 •

第四章 碳鋼
4－
4－
4－
4－
１純鐵
２鋼之組織
３鋼之性質及其用途
４五大元素對碳鋼之影響
１－１金屬及合金的通性
• 純鐵以兩種結晶型態存在，一種是由低溫到
時，鐵原子是以體心立方格子(BCC)的結構存在，等到溫
度超過
後，就會變態，形成面心立方格子(FCC)
的結構，這樣的結構一直維持直到
鐵原子的
排列又會變成體心立方格子(BCC)的結構，直到純鐵的熔
點
，變為液體。
• 純鐵在固態時因溫度變化的反應：
• 這樣的變化可以由膨脹路或電阻值等物理性質的試驗來作
為佐證。
• 純鐵在910(912)°C以下時，原子排列為體心立方結構BC此
時稱為α鐵或肥粒鐵，而910(912) °C～1400(1394) )°C
間的原子排列方式為面心立方結構FCC，此時稱為γ鐵或
沃斯田鐵， 1400(1394) )°C～1538°C之間的純鐵，雖變
回BCC結構，但稱為δ鐵以示區別。
• 鐵在768(770)°C時有磁性變態的現象，稱之為β鐵：
• 但是後來發現原子的組織結構並未發生變化，仍為BCC，
因此就不再稱之β鐵仍然稱為α鐵(無磁性)
• 鋼鐵材料的許多微妙性質，都是因為組織的變化引起的，
這種因外在因素(如溫度)產生的變化，就稱為變態。
• 變態的結果除了長度變化之外，其他如電阻值等物理性質
也會發生變化，通常會以
來說明鋼鐵材料的
不同變態，而發生這些變態時的不同溫度分別稱為
變態點。
• 鐵的變態都是可逆的，也就是說如果鐵由高溫冷卻時，這
些不同的變態也會發生。
• 工業上所使用的純鐵，以製造方法區分有：
1.電解鐵
2.海綿鐵
3.Armco鐵
4.Carbonly鐵
• 鋼是泛指含碳量0.02%～2.0%之鐵碳合金(及碳鋼)和以鐵
為止的鐵及其他元素的合金(合金鋼)
• 1.共析鋼：含碳量在0.8(0.77)%的鋼，其組織是波來鐵
(Pearlite)
• 2.亞共析鋼：含碳量0.8(0.77)%以下的鋼，其組織是初析
肥粒鐵及波來鐵。
• 3.過共析鋼：含碳量0.8(0.77)%以上的鋼，其組織是初析
雪明碳鐵及波來鐵。
• 正常化組織：將鋼料加熱到高溫停留一段時間，然後在空
氣中冷卻到常溫。
• 以P代表波來鐵，簡單表示其反應：
• 以P代表波來鐵，簡單表示其反應：
• 以P代表波來鐵，簡單表示其反應：
• 以P代表波來鐵，簡單表示其反應：
• 一般而言，碳鋼的含碳量
愈高其硬度及強度愈大，而
韌性及延性則降低。
• 含碳量高的碳鋼大多用於
製造工具，構造用的碳鋼大
多屬於含碳量較低者。
• 一般建築構造物、橋梁、船舶、車輛上所使用的碳鋼，含
碳量多在0.10%～0.30%之間。
• 機械零件如機械軸、齒輪、螺絲、栓、銷等，材料的使用
要求較嚴格，因此大多由全靜鋼錠製成。
• 其含碳量較低者(含碳量0.1%～0.3%)850°C～950°C間，實
施正常化處理後即可以使用，而含碳量較高者(含碳量
0.3%～0.6%)，一般均由800°C～900°C焠火於水中，在於
550°C～650°C間回火後使用。
• 鑄鋼依其成分，大致分為碳鋼鑄鐵及合金鑄鋼兩種。
• 一般使用含碳量在0.2%～0.5%的中碳鋼，如果要求較高硬
度，才採用含碳量在0.5%～0.6%的高碳鋼，要求具有延性
時，則採含碳量在0.2%以下的低碳鋼。
• 鑄鋼是一種特別用於鑄造的碳鋼，它與鑄鐵不同，因為鋼
的含碳量較低，所以在抗拉強度、韌性等機械性質上都較
鑄鐵優良。
• 碳鋼中除了碳之外，還有矽、錳、磷、硫、鋁、銅及許多
微量的雜質元素存在。
• 有些元素可以增進鋼的
機械性質，有些元素過
量時則會傷害鋼的性質
，必須盡量減少。
• 碳在鋼中會以碳化鐵
的形式和鐵形成混合物存在，
碳化鐵硬度高而質脆，因此鋼中含碳量愈高時，碳化鐵愈
多，硬度和強度也愈大，但延性則降低。
• 矽的加入除了除氧之外，也可以增進鋼的抗拉強度、降伏
強度、硬度、硬化能、衝擊值及彈性限度 ，但對於高碳
鋼，矽多則會增加其脆性。
• 錳在鋼中的用途除了脫氧之外，另外還有脫硫的作用。和
矽相似，它是以錳鐵和矽錳合金的形式在煉鋼時加入。
• 錳的加入也可以增加鋼的硬度及強度，並可增加熱處理的
硬化深度。
• 磷在鋼中通常被視為有害的雜質居多，純鐵中隨磷含量的
增加，雖然抗拉強度會增加，但當含磷量超過0.05%時，
鐵的延性就急遽下降，使鋼質變脆，由其是減低常溫的衝
擊值，因此在常溫加工易產生龜裂現象，稱為冷脆性
(Cold Shortness)。
• 硫在鋼中為有害的元素，它會減少鋼的強度、延性及衝擊
值，並使鋼產生脆性，因此除了在易削鋼中，因錳含量及
硫含量較高，形成微細的MnS，可以增加鋼切削性之外，
大多數的場合都要求盡可能降低鋼中硫的含量。