1. JIS鋼鐵材料與選用
講師 ： 連聰賢
2007/1/31

2. 1. 設計－材料－熱處理三要素
• Good Design－How to Design？
• Good Steel － How to Select？
• Good Treatment－ How to Treat？
• （1）普通設計－良好材料－不良的熱處理
疲勞強度的比例10%。
• （2）普通設計－良好材料－良好的熱處理
疲勞強度的比例50%。
• （3）良好設計－良好材料－良好的熱處理
疲勞強度的比例100%。
• 適材、適處理、適所

3. 1-1機械零件選材的原則
一、零件使用性能與選材的關係
（1）按機械性質選材的基本原則與步驟
（2）按機械性質選材時應注意事項
（3）按機械性質選材的具體方法
二、材料製程加工能力與選材的關係
（1）鑄造性能
（2）可鍛性
（3）可焊性
（4）切削加工性
三、經濟性與選材的關係

4. 機械性能選材的基本步驟
• 分析零件工作條件（應力情況、載荷性質、溫度、
環境介質、摩擦條件等）
• 分析失效形式（斷裂、變形、表面損傷）
• 結合力學計算確定零件應具有的主要機械性能指標
• 選擇材料（材料化學成分、組織狀況、冶金品質）
• 決定熱處理方法（或其它強化方法)
• 試驗
• 投產

5. 2. JIS鋼鐵手冊的看法及用途
2-1 JIS 鋼鐵的區別
2-2 化學成分
2-3 機械性質（強度及硬度等）
2-4 熱處理方法（溫度及方法等）
2-5 不可迷惑於用途別的名稱
2-6 鍛鋼品與鍛造品

6. JIS 鋼鐵的區別
鋼鐵材料的分類
分類 C% 一般常用的(C %)
鐵 ＜0.0218 ＜0.03
鋼 0.02% ~ 2.11 0.05~1.5
鑄鐵 ＞2.11 2.5 ~ 3.8

7. 鋼的分類
• 鋼五大元素系列
• 日本－C , Si , Mn , P , S
• 美國－C , Mn , Si , P , S
• －普通鋼（碳鋼）
－特殊鋼－合金鋼（調質使用）… SCr，SCM等
工具鋼（SK材）… SK， SKS，SKD，SKH等
特殊用途鋼（SU材）… SUS，SUP，SUJ等

8. JIS 鋼鐵材料分類

9. 保證硬化能的構造用鋼材（H鋼）
Figure 1 The set-up for the Jominy test used for
©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning™ is a trademark used herein under
license.
determining the hardenability of a steel.

10. ©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning™ is a trademark used herein under license.
硬化能曲線
Figure 2 The hardenability curves for several steels.

11. 硬化能保證鋼的應用

12. SCr440H鋼的油淬硬度（圓棒直徑2吋）

13. 3. 鋼鐵材料使用法的區分
選用鋼鐵材料時,常因三種情形
而猶疑不決：
（1）用碳鋼或合金鋼？
（2）整體淬硬或表面淬硬？
（3）用鑄造品或鍛造品？

14. 3-1 碳鋼與合金鋼的用法區分
（1）淬火、回火（調質）的鋼的機械性質
性 質取決於硬度,幾無鋼種所製的差異。
（2）充分淬硬的鋼的淬火硬度取決於鋼的
C% , 幾不受合金元素影響。
淬火最高硬度 HRC＝30＋50×C%（90%M）
淬火臨界硬度 HRC＝24＋40×C%（50%M）
＊但淬火效果會因物品大小而異,此稱質量效果
（mass effect）。

15. 3-2整體淬硬鋼與表面硬化鋼的用法區分
• 一般而言，機械零件常受到彎曲或扭曲，因而表
面的機械性質很重要，因而需加強表面層。
• 承受拉張或壓縮的零件（例如螺栓）是整體淬硬
鋼比表面硬化鋼更適當。
• 整體淬硬鋼的選用：
• σB＝3.2 × THRC……..（1）
• QHRC＝THRC+5…… （2）
• QHRC＝30+50×C%....（3）
• 再由質量效果決定鋼種，此鋼種也宜依S-C，
SMn，SCr440，SCM435之序而選定。

16. 3-3 鑄造品與鍛造品的用法區分
• 鑄物在往昔為Art（藝術），在現今為科
學（Science）。
• 『鑄比鍛差』已成舊觀念。
• 今天已是『以鑄代鍛』的時代。

17. 4.鋼鐵材料選定上的重點
• 選擇鋼鐵材料需切記5大重點
（1）硬化能（Hardenability）
（2）質量效果（Mass effect）
（3）纖維流向（Flow line）
（4）殘留應力（Retained stress）
（5）凹口效果（Notch effect）

18. 理想臨界直徑（DI值）

19. 質量效果（Mass effect）

20. 鍛流線（Flow line）

21. 5.機械設計與材料熱處理
5-1 對機械性質的觀念
5-2 對形狀的觀念
（1）断面的平衡
（2）角偶部
（3）形狀所致的冷卻差異
5-3 對熱處理的觀念
（1）淬火方法的選擇
（2）硬化能的決定
（3）鋼種的決定
（4）淬火回火溫度的決定

22. 6.機械構造用鋼的選法與用途
6-1 要求抗張特性時 6-9 要求深衝拉性時
6-2 要求耐疲勞性時 6-10 要求冷間彎曲性
6-3 要求耐衝擊性時 6-11 要求磨削性時
6-4 要求耐磨耗時 6-12 要求淬火適應性
6-5 要求耐蝕性時
6-6 要求焊接性時
6-7要求切削性時
6-8 要求耐蝕性時

23. 7.工具鋼的選法與用法
7-1 工具鋼要求與性能
7-2 圖解法選法
7-3 工具鋼諸性質（硬度、耐磨性、耐衝擊
性、熱處理所致的變形、硬化深度、
熱所致的軟化、耐熱性、熱處理的容易
性、被切削性、脫碳抵抗性、經濟性）
7-4 熱處理上的注意事項
7-5 工具鋼硬度

24. 8.特殊用途鋼的選法與用途
• 8-1 不銹鋼
□ 不銹鋼的選法
□ 不銹鋼使用上的注意事項
• 8-2 彈簧鋼
□ 熱間成形用彈簧鋼的選法
□ 冷間成形用彈簧鋼的選法
□ 特殊彈簧鋼的選法

26. 軸承鋼及其選用方法
（1）一般用
高C-Cr系－SUJ 1~5，1%C-1%Cr為基礎；20mm
以下-SUJ2；40mm以下-SUJ3，SUJ4；40mm以上
－SUJ5。
（2）耐衝擊用
此鋼種的選擇應以硬化能、心部硬度、滲碳層的厚度
來考慮－SCr420，SNCM220，SNCM420,SNCM815
（3）耐蝕用
耐蝕、耐磨耗性以高 C高Cr系的SUS440C廣被使用耐熱
性用一般選用440M。
（4）耐熱用
SUS440C－200℃以下
440M －300℃以下
AISIM50 －300℃以下
AISI M2 －350℃以下

27. 9. JIS鑄鋼品
9-1 碳鋼鑄鋼品（SC）
9-2 構造用合金鑄鋼
（SCC,SCMn,SCMCr,SCCrM等）
9-3 特殊鑄鋼品
（SCS,SCH,SCMnH）

28. 10 . JIS鑄鐵品
10-1 灰口鑄鐵品
（一般FC100~250,強韌性鑄鐵
FC300~350）
10-2 球狀石墨鑄品
（FCD400,500,600,700,800）
10-3 可鍛鑄鐵品（FCMB,FCMW,FCMP