第二章 文獻探討
2.3 銲接材料
2.3.1 AISI 1020 成分與機械性質[6]
AISI(American Iron and Steel Institute)和 SAE(Society of Automotive Engineers)所提供的命名系統採用 4 或 5 個數字來命名，其中為首的兩位數 代表主要合金元素，而後兩位或3 位數代表含碳的百分率。AISI 1020 代表 含碳量為0.20％，其物理性質與加工性質如表 2-1 及 2-2 所示。
使用在建築、橋樑、船舶與鐵路車輛，及其他一般構造物上之鋼條、
鋼板、扁鋼、型鋼、棒鋼等，均採用軟鋼程度之碳鋼，其含碳量在0.12~0.20%
左右，雖其成分無嚴格之規定，但雜質中的P 與 S 必須低於 0.12~0.050%左 右，這些鋼料為鹼性平爐或轉爐精煉而得之未淨鋼，一般以軋延狀態或鍛 造狀態使用，而不加以熱處理。這類鋼材之切削加工、塑性加工及銲接性 均良好，而且加工後表面光滑。
表 2-1 AISI 1020 加工特性[6]
機械加工性 特 性
抗腐蝕性 容易生鏽不耐腐蝕
成型性 延展性佳適合加工
銲接性 適合銲接
熱處理
AISI 1020 可加熱至 1500~1600 °F 淬火，亦可做滲碳及各 種低碳鋼可做之熱處理
鍛造 鍛造溫度 2300~1800 °F.
熱做 熱作溫度 900~1200 °F.
冷作 1020 適合各種冷作加工，但需做退火 退火 退火溫度 1600 to 1800 °F
時效硬化 不適用
回火 回火溫度600 -1000 °F 視材料強度需求做調整
硬化法 AISI 1020 硬化法為淬火後回火
表2-2 AISI 1020 物理性質及機械性質[6]
物理性質與機械性質 大 小
平均熱膨脹係數 6.7
比熱 (Btu/lb/Deg F - [32-212 Deg F]) 0.107
比重 7.86
密度(lb / cu. in.) 0.284
熔點 (°F) 2760
蒲松氏比Poissons Ratio 0.3 熱傳導率（Btuin/ft2h℉） 360
抗拉強度（ksi） 60
降伏強度（ksi） 33
洛氏硬度 B76
勃氏硬度 137
化學組成
C：0.18-0.23 ；Mn：0.30~0.60；
P：0.04；S；0.05
2.3.2 AISI 1020 冶金特性
在圖2-6 中 Fe3C 相圖提供了瞭解鋼的熱處理和性質的基礎知識。此相 圖中，含碳量2.11%是鋼和鑄鐵的分界點。對鋼而言，我們把注意力集中在
相圖的共析部份，其中固溶線和共析等溫線特別地被標示出來。A3 代表冷 卻期間肥粒鐵開始形成的溫度；Acm 代表雪明碳鐵開始形成的溫度；而 A1 則代表共析溫度。
在冷卻期間當溫度下降至 A1變態點以下易產生肥粒鐵與雪明碳鐵的適 當組合之混合物。在圖 2-7 可觀察到二種重要的顯微組成(肥粒鐵與雪明碳 鐵之排列)其中波來鐵是肥粒鐵興雪明碳鐵的層狀混合物。變韌鐵則是在較 大過冷度下由沃斯田鐵變態來的。回火麻田散鐵乃是在生成麻田散鐵之後 緊跟著重新加熱得來的，它是在肥粒鐵中有非常細小且幾近圓形的雪明碳 鐵之混合物。
C％
圖2-6 AISI 1020 碳鋼之部份平衡相圖[6]
圖2-7 (a)波來鐵(b)變韌鐵(c)回火麻田散鐵(×7500)
2.3.3 AISI 1020 銲接特性
在銲接期間銲接部份附近的母材被加熱至 A1 溫度以上而形成沃斯田 鐵。在冷卻期間此熱影響區(heat-affected zone)的沃斯田鐵變態為一種新的 組織，此種組織乃由冷卻速率和鋼之CCT 圖決定。普通低碳綱的硬化能很 低，所以一般的冷卻速率難以產生麻田散鐵。然而，合金鋼就必須預熱來 減緩冷卻速率或銲後加熱以回火形成麻田散鐵。
由圖2-8 可觀察到，在銲接過程中，原先淬火和回火的鋼會發生兩種問 題。第一，被加熱到A1溫度以上的熱影響區，該部份在冷卻之後會形成麻 田散鐵；第二，在低於A1溫度的熱影響區，該部份將會過度回火。一般情 況下，我們不應該對已淬火及回火處理過的鋼進行銲接。
圖2-8 銲接部份的熱影響區之形成：(a)最高溫度時的組織；(b)低硬化能 的鋼冷卻後之組織；(c)高硬化能的鋼冷卻後之組織[7]