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從金屬特性看烤盤


一、金屬特性

金屬的原子排列,不是完美的規則化。其中有許多微小的缺陷,叫做位錯或差排(dislocation)。這些小缺陷,在金屬受到外力,例如加工的時候,會比規則排列的原子容易移動,所以它的密度、移動能力,左右加工難易程度,就是所謂「軟硬」的分別;差排的移動力,隨著溫度升高而增加。所以金屬加熱之後,會比較容易加工(比較「軟」)

 

金屬經過冷加工後,這些差排會被硬擠壓、糾結在一起而難以繼續移動,所以金屬冷加工後會變「硬」。解決的辦法就是將它加熱到某個溫度,進行「退火」。金屬彎折,就是類似冷加工。加熱到退火溫度後,又會變「軟」了。

【實驗測試:將一張地毯平整鋪在另一張地毯上,要平行拉動它,非常困難。但是如果你將上面的地毯做出一些平行的小皺折,就很容易拉動了。這些小皺折,就類似金屬中的差排。你用兩條毛巾,也可以作個簡單實驗體會一下。】

 

二、金屬材料的變形有彈性變形與塑性變形 

對大部分的金屬材料而言,金屬在變形後,會回復原本的樣子,稱為彈性變形彈性變形僅存在於應變為0.005以內。當材料的變形超過此點時,應力與應變的關係不再維持正比的關係,且發生永久不再回復或塑性變形(plastic deformation),亦即當除去應力後亦無法返回其原來的位置。結晶型與非結晶形材料而言,此種變形機構不同。對結晶固體而言,變形是藉由差排運動滑動過程來達成。

 

金屬在塑性變形時外觀尺寸塑性變形,其內部組織及晶格也變形,是外觀尺寸塑性變形的產物一旦消除內部的這些應力和晶格變形,外觀尺寸還會發生改變。

 

三、金屬材料加工過程的情況

金屬塑性變形過程會導致內部缺陷的增多,缺陷增多阻礙位錯滑移,塑性變形抗力增強,工件硬化。冷加工對金屬宏觀體積變化影響較小;加工硬化在加工過程中,其外觀尺寸一定會產生變化(變形),普通碳鋼、以及普通合金鋼都有加工硬化現象。

 

         金屬是由金屬晶格排列而形成的(是金屬所特有的,各種金屬皆不盡相同);金屬烤盤如無特殊需求,應該都是冷加工而成 (在結晶溫度下的加工),因此其晶格組織與排列會因加工而產生"差排""空格"…等晶格排列不整齊的現象;在加工完成後,那些錯位的晶格會要回到原來的位置,因而產生"內應力"。內應力會隨時間、溫度,及放置時有無限制而變化。

    註:冷加工(如拉拔、擠壓)一般都會使金屬材料的外觀尺寸變形。

 

四、結論

金屬烤盤置於烤箱內烘烤,會因溫度給予晶格"能量"使那些脫隊的晶格有能量回到因加工移位的原來的位置,才會造成變形情況發生,變形穩定時間因不同金屬與厚度而有所不同,所以新烤盤需經過一段時間烘烤使用後,才會使烤盤變形情況趨於平緩。(烤盤烘烤後變形屬熱漲冷縮現象)

 








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