如何选用螺丝材料.doc

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1、如何選用螺絲材料廖光磊摘要如何選用適當的材料製造符合性能需求及經濟效益的螺絲是螺絲製造的要務，本文從材料的強度、耐蝕、耐溫及成份等逐一分析討論，以供選用參考。一、前言螺絲的性能需求依使用目的之不同有明顯差異，而螺絲的性能能否展現與其材料之選用有密切關連，若材料選用不正確或不適當，可能造成預定功能無法發揮，使用壽命降低，或甚至發生意外，或加工困難，製造成本過高等，所以材料的選用非常重要。材料選用前應先熟悉材料的分類、成份、性質、加工性及應用，無論從事螺絲設計、製造、品管、測試的工程師，均應了解其相關知識，以備需要。螺

2、絲可由許多不同的材料製成，例如金屬或非金屬，只要具有材料性質基本知識如用途及限制者，在選用材料上應不致發生太大困難。比如螺絲需有高強度及耐荷重，便會考慮鋼材。若需使用於易腐蝕的環境，便會需要一個保護層，即表面處理。若用於更嚴苛惡劣的環境，便會考慮不銹鋼或非鐵金屬之合金。若不需要磁性，便會捨棄傳統鋼材，採用奧斯田鐵不銹鋼或鋁、銅合金。若需要良好導電性，則會考慮鋁或銅。若需要高阻抗性，則會考慮非金屬材料。若需要質量輕及強度兼具，則會考慮鈦合金。若需用於高溫或低溫環境，則會考慮採用不銹鋼或超合金。二、如何選用螺絲材料9螺

3、絲工程師的職責是評估螺絲的使用範圍及將設計參數予以量化，擁有這些資料後，如何選用材料便不是問題，並非須仰賴冶金專家不可。通常針對各種材料先執行化學成份分析，只要材料之化學成份正確及製造設備與加工技術適當，要符合品質要求的螺絲不難被製造出來。所以設計工程師並不需要非常熟悉材料、設備或加工技術那個最好，大多數情況是設計工程師訂出螺絲的使用環境及性能需求後，由製造工程師依據完工期限及經濟性，決定選用何種成份的材料。應避免對製造者過多限制，賦予製造者較大自主性則製造效率更高。在螺絲設計及材料選用前應先了解螺絲製造的成本，原

4、料費用可能占全部製造費用之30%~80%，目前最廉價的原料是低碳鋼，碳含量增加或添加合金元素時，費用亦增加。中碳鋼及低合金鋼費用明顯較高，不銹鋼為中碳鋼2.5倍以上，銅合金為其5倍，鋁合金為其6倍，鈦合金則75倍，超耐高溫及低溫合金可高達100倍。除非有特別需要，應以節約經濟為原則，只要能符合螺絲的性能要求，並不需要太好的材料，否則製造成本過高，反而不符經濟效益，以工程師要特別注意選用材料的成本勿超過其性能需求的成本。一、螺絲強度如果強度是設計唯一考量，則材料選用時非鋼材莫屬，因鋼材最經濟及有多用途。低碳鋼螺絲抗拉

5、強度可達60ksi，中碳鋼可達120ksi，低合金鋼可達150ksi以上，有些超合金可達260ksi以上，要大於400ksi以上的螺絲以現代的製造技術亦可達到。不銹鋼螺絲主要有奧斯田鐵、肥粒鐵及麻田散鐵等三類，其強度明顯不同。奧斯田鐵不銹鋼及肥粒鐵不銹鋼皆不能淬火硬化，退火為其唯一熱處理。經冷加工及應變硬化即可改善其強度。前者可達75~125ksi，後者則為70ksi左右。麻田散鐵不銹鋼可以淬火硬化，其強度經熱處理後可高達180ksi。鋁及鋁合金螺絲強度約13~60ksi，銅合金螺絲強度約50~105ksi，鎳合金

6、螺絲強度約70~130ksi，鈦合金螺絲強度約150~200ksi，非金屬螺絲強度則在10ksi以下。四、耐蝕材料金屬受環境的影響而變質或劣化，一般稱為腐蝕。腐蝕通常是造成螺絲損壞的原因，難以抑制又非常耗費成本。所以螺絲設計時首先應考量使用於何種環境?工程師必須鑑別環境的影響，預測可能的結果及決定最佳的防範措施。腐蝕產生的原因不只是環境的影響，還應考慮電流作用、高溫氧化及應力腐蝕脆化等。鋼螺絲大多採用鍍金或表面處理以形成保護層，基本上保護層越厚，耐蝕效果越好，如果洛氏硬度大於HRC409時，須注意氫脆問題。目前廣泛

7、使用於建築工程之耐候鋼就具有優良的耐蝕能力，它是一種低合金鋼，含有高量銅成份可在金屬表面形成抗氧化保護膜，經過數年，保護膜穩定後耐蝕性更高。但在更惡劣的環境如海洋、煉製廠、造紙工廠或化學工廠等，僅是依靠鍍層或保護膜還是不夠時，就應採用不銹鋼或非鐵金屬之合金材料。四、耐高溫材料材料對溫度有敏感的特性，當溫度升高時，材料的強度會降低，超過260℃時除了強度降低外，亦會造成鍍層或保護層破裂、高溫氧化或腐蝕。通常非金屬材料禁止使用於高溫，非鐵金屬材料也很少，金屬材料的使用範圍則可從中碳鋼到超合金。一般商售等級的中碳鋼及合金

8、鋼螺絲可使用在230℃以下的環境，ASTMA193規範中所敘述的AISI4100、8600及8700系列之不銹鋼及合金鋼螺絲可使用在230~480℃範圍，此材料製成的螺絲一般用於壓力容器、閥門及凸緣。需要更高溫度時可使用超合金，例如鎳基超合金A-286及Inconel718耐溫約可達650℃，鎳鈷超合金M252及Waspalloy、Udimet、Rene41