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1、機械材料料的規格格及選用用學習目的的1.瞭解解機械材材料規格格的意義義。2.瞭解解常用的的機械材材料規格格。3.瞭解解各種規規格編號號的意義義。4.能選選擇適當當的金屬屬材料。1-1前前言規格(SSpeccifiicattionn)是產產品需求求的敘述述，也是是資料技技術溝通通的依據據。為了了適合某某一種特特別的用用途，生生產者當當然必須須促使產產品能夠夠符合需需要，這這樣就有有規範的的存在必必要。而而隨著工工業化程程度的提提高及國國際間貿貿易往來來的趨勢勢，產品品的流通通愈來愈愈頻繁，為為了增進進效率及及提供產產品零件件的互換換性，工工業規格格的訂定定更是必必然的結結果。在在機械材材料的範範
2、疇方面面，同樣樣的必須須有一定定的規格格，以作作為生產產者及使使用者依依循的規規範。完備的規規格應具具有以下下資料的的敘述:1.適用用範圍(Scoope):包括括用途(如：板板、線、管管)，適用用尺寸等等。2.化學學成分(Cheemiccal Commpossitiion):包括括各項成成分元素素的含量量範圍或或成分代代號。3.定性性敘述(Quaalitty SStattemeent):指品品質方面面，例如如煉鋼方方式或脫脫氧情況況。4.定量量需求(Quaantiitattivee Reequiiremmentt):指指定化學學成分範範圍、物物理及機機械性質質需求，以以適應使使用上經經濟的理理
3、由。5.其他他需求(Othher Reqquirrmennt):如特殊殊容許差差、材料料表面狀狀況等。現今世界界各國各各依其工工業化的的發展而而有不同同的工業業規格，例例如：美美國的AANS(美國國國家標準準)、日本本的JIIS(日日本工業業標準)、德國國的DIIN(德德國工業業標準)等。而而在針對對機械材材料規格格方面，常常用的還還包括AASTMM(美國國材料試試驗協會會)、AISSI(美美國鋼鐵鐵協會)、SAEE(美國國汽車協協會)等，而而我國主主要則依依據CNNS(中中國國家家標準)訂定。材料的選選擇及應應用是學學習材料料規格的的重要目目的，所所以本章章最後舉舉例說明明，如何何在產品品需
4、求及及相關考考慮之下下，選擇擇適當材材料。1-2材材料的規規格一種機械械材料的的規格最最主要可可以由：材料的的種類、成成份和機機械性質質來說明明。而為為了標準準化起見見，材料料必須經經由一套套嚴謹的的試驗規規範，確確保其可可靠度。世世界各國國都有其其材料試試驗的標標準程序序，我國國也不例例外，例例如：CCNS有有關材料料試驗部部份，其其中鋼鋼料之檢檢驗通則則(CCNS226088,G220188)規定定：本標準主主要內容容包括：適用範範圍、檢檢驗及重重驗三部部分適用範圍圍：本標標準適用用於鋼料料之一般般檢驗檢驗部份份：說明明化學成成份試驗驗和機械械性質試試驗的試試片取樣樣及檢驗驗標準方法法重驗
5、部份份：說明明規格部部份不合合規定的的試片，必必須經由由複驗判判定合格及不不合格。又如非非鐵金屬屬材料之之檢驗通通則(CNSS41995,HH20445)中中規定：本標準主主要內容容包括：適用範範圍、檢檢驗及重重驗三部部分適用範圍圍：本標標準規定定非鐵金金屬材料料檢查一一般事項項檢驗部份份：規定定有關外外觀、尺尺度、化化學成份份試驗和和機械性性質試驗驗的試片取取樣及試試驗事項項重驗部份份：說明明試驗結結果如部部份規格格與規定定不合，必必須經由由重驗判定合格格及不合合格。1-3常常用的材材料編號號一般材料料的化學學成份與與機械性性質是息息息相關關的，因因此常用用的材料料編號大大多是以以化學成成份
6、命名名為主，再再輔以機機械性質質(如第七七章部分分材料的的規格敘敘述)。由於於材料範範圍很廣廣，因此此本章內內容，主主要以鋼鋼鐵材料料的編號號為主，另另外輔以以部分非非鐵金屬屬及非金金屬材料料來做說說明。在工業上上，鋼鐵鐵材料(包括碳碳鋼在內內)必依其其化學成成份，使使用一定定的編號號以利於於選用，這這是基本本的認識識。目前前，在我我國較常常用的規規格有三三種：中中國國家家標準(CNSS)、日日本工業業標準(JISS)、美美國鋼鐵鐵學會美國汽汽車工程程師學會會(AIISI-SAEE)。另另外德國國工業標標準(DDIN)和美國國統一標標準編號號(UNNS)相相關業界界有時也也會採用用。而其其它還
7、有有常見的的各國規規格名稱稱。1中國國國家標標準(CCNS)（1）鋼鋼鐵的規規格中國國家家標準CCNS是是Chiinesse NNatiionaal SStanndarrd的簡簡寫，CCNS對對鋼鐵材材料的編編號主要要依據CCNS 1099 G110011(公佈佈：民國國36年3月，修修訂：民民國855年3月)原則上上由下列列三部分分組成：第一部分分為材質質，鋼鐵鐵材料大大部分以以S(SSteeel鋼)或F(FFerrrum鐵鐵) 表示。第二部分分有兩種種不同的的表示法法； a表表示標準準名稱或或是製品品用途。常常用的有有P：Plaate(薄板) 、 T：Tubbe(管管) 、 U：Usee(
8、特殊殊用途) W：WWiree(線材材) F：Forrginng(鍛鍛造) C：Casstinng(鑄鑄造)例：S P CCC：Plaate，鋼鋼板(冷軋)。 S UUP：Usee Spprinng，彈彈簧用鋼鋼 b用用於結構構的鋼料料(包括結結構用碳碳鋼及合合金鋼)，代表表主要合合金元素素或含碳碳量(結構用用碳鋼時時)，表示示含碳量量時，通通常以含含碳量之之1000倍數值值表示，例：SCCM4220：鉻鉻鉬鋼，第第4200種 S255C：碳鋼鋼，含碳碳量0.25。第三部分分為該材材料之種種類號碼碼，或是是最低抗抗拉強度度、降伏伏強度。若若是表示示最小抗抗拉強度度或最小小降伏強強度，通通常以三
9、三位數字字表示。例：SCCM 4420表表示鉻鉬鉬鋼中編編號4220的材材料 STBB 3440 表表示鍋爐爐及熱交交換器用用鋼，抗抗拉強度度不低於3440 NN/mmm2。以與合金金量之表表示法有有所區別別。常用用於建築築結構用用等不須須規定含含碳量鋼鋼料的場場合。註：機械械結構用用鋼料的的符號機械結構構用鋼料料使用很很廣，因因此CNNS 226088 G220188特別在在附錄22中說明明適用範範圍及其其符號所所代表的的意義：適用範圍圍：機械械結構用用碳鋼鋼鋼料及結結構用合合金鋼鋼鋼料種類類符號之之組成。 a符符號順序序為鋼之之主要合合金元素素、主要要合金元元素含量量或代表表值、附附加符號
10、號。其中中除鋼之之代表符符號S、碳之之符號CC之外。附加符號號由第一一群及第第二群組組成，第一群為鋼料料為改善善其性質質(例如切切削性)所添加加的特殊殊元素（例）改改善切削削性之添添加元素素基本鋼附加符號號鉛添加鋼鋼L 硫添加鋼鋼S鈣添加鋼鋼U第二群為鋼料料除化學學成份之之外的保保證特性性（例）保保證特殊殊特性之之添加符符號特性附加符號號硬化能保保證鋼H 表面硬化化用鋼K（例）S30CC：碳鋼鋼，含碳碳量0.30S20CC4：碳鋼鋼，含碳碳量0.20第四種種構造用用碳鋼 S(55)C：一一般構造造用碳鋼鋼，最小小抗拉強強度555kg/mm22 SS85WWMo(HS)：含碳碳量0.85的鎢鉬鉬
11、高速鋼鋼 OOS900C(TT)：以以平爐煉煉鋼法提提煉，含含碳量00.9的工具具鋼b碳含含量的代代表值。（2）鋁鋁及鋁合合金的規規格鋁及鋁合合金之種種類及符符號係依依CNSS 20068 H30021之之規定，適適用範圍圍為鍛鋁鋁、鍛鋁鋁合金(以下簡簡稱鍛鋁鋁合金)及鑄鋁鋁、鑄鋁鋁合金(以下簡簡稱鑄鋁鋁合金)之合金金種類及及鍊度符符號。鍛鋁合金金之編號號依其合合金成分分，共分分1xxxx88xxxx系，另另有9xxxx系系為備用用，鑄鑄鋁合金金之規格格亦分11xxxx9xxxx九九系，其其中6xxxx系系為備用用，這些些已如第第九章所所述。而所謂”鍊度”係指”製造過過程中，依依加工、熱熱處理
12、等等條件之之差異所所獲得機機械性質質之區分分”。鍊度度符號又又分為基基本符號號與細分分符號。基基本符號號為一字字英文字字母(大寫)，細分分符號為為一位數數字或多多位數字字組合並並附在基基本符號號之後。a基本本符號鋁合金的的鍊度基基本符號號分為四四種。b細分分符號鋁合金鍊鍊度之基基本符號號H及T之細分分符號，依依下列規規定。鍛鋁合金金的編號號及化學學成分。2日本本工業標標準(JJIS)JIS是是Jappaneese Inddusttrall Sttanddardd 的簡簡稱，JJIS對於鋼鋼鐵材料料的的編編號大致致可分兩兩大類：（1）一一般機械械構造用用碳鋼：其材料編編號方法法和CNNS的第第一
13、種表表示法相相同。（例）SS30CC表示含含碳量00.300的機械械構造用用碳鋼（2）其其他用途途的碳鋼鋼及合金金鋼：這一類鋼鋼的材料料編號表表示法，大大致可分分三部分分：第一部分分為材質質，鋼以以S、鐵以以F表示，其其他非鐵鐵類如表表11- 。第二部分分表示鋼鋼製品的的規格或或用途，例例如：KK代表工工具鋼、TB代表鍋爐用用鋼管、PC2代表冷軋鋼板。第三部分分為為鋼鋼料的種種別，以以1,22,3來來表示。此外如果果需要，可可將材料料的加工工方法、熱熱處理方方式等附附註於後後，加工工方法例例如:DD(Drrawiing)抽製、GG(Grrinddingg)研磨磨、T(Turrninng)車車削
14、、EEx(EExtrrudeed)擠擠製。熱熱處理方方法大多多記於金金屬符號號之後，並並在二者者之間加加入-（例）SSK2：第二種種碳素工工具鋼 SSKS111：第第十一種種切削用用工具鋼鋼 SSUH3301：第3001種耐耐熱鋼 SSUS3301-1/22H：第第3011種不銹銹鋼，11/2硬硬質材料料3常用用的美國國材料編編號及規規格（1）美美國鋼鐵鐵學會美國汽汽車工程程師學會會(AIISI-SAEE) AISSI和SAEE在19441年共共同訂定定鋼鐵材材料的分分類，以以四個(或五個個)數目字字為記號號來分類類。其中中第一位數數，表示示鋼料的的種類，如如：鎳鋼鋼為2、鎢鋼鋼為7。第二位數
15、數，為主主要合金金元素的的百分值值；0表示無無其他合合金元素素。第三、四四位數(或第三三、四、伍伍位數字字)代表含含碳量。（例） SAAE10045：含碳量量0.445的碳碳鋼，與與CNSS中S455C鋼料料相當。 SAAE41140：含碳量量0.440的鉻鉻鉬鋼，與與JISS中SCMM4鋼料料相當。鋼種編號鋼種編號碳鋼1耐熱鋼30普通碳鋼鋼10鉬鋼4易削鋼(加硫)11Cr(00.7)41錳鋼13Ni-CCr43鎳鋼2Ni(11.755)460.500Ni20鉻鋼51.500Ni21Cr(11.0)513.500Ni23Cr(11.5)52鎳鉻鋼3鉻釩鋼61.255Ni00.6Cr31鎢鋼71
16、.755Ni11.0Cr32鎳鉻鉬83.500Ni11.5Cr33矽錳鋼9（2）美美國材料料協會及及美國機機械工程程師協會會 ASSTM(ASMME)ASTMM是非常常廣泛被被採用的的材料規規範，它它的特色色主要是是針對產產品的特特性及表表現而定定。ASSTM表表示法是是以以字字母+代號表表示，再再輔以年年代之混混合標示示，ASSME則則採用了了相當多多的ASSTM規規範，並並以前置置S表示。 ASSTM表表示法:首位字母母表示意義義A鋼鐵類B非鐵金屬屬類C一般測試試法例如: ASTTM AA36-77aa 其中A 36 - 777a分別表示示(鋼鐵)(結構用用)(119777年)(第一一次修
17、訂訂)又如: ASTTM EE8 代表拉拉伸試驗驗規範ASMEE的表示示法：例如: ASMME SSA2113 = ASSTM A2113而同一編編號又可可依化學學成分(Graade)加工方方式(TTypee)成品品型態(Claass)來區分分。Grradee主要敘敘述其化化學性質質，Tyype指指脫氧的的情況，Classs:指指一些其其他性質質。如：強度、表表面光度度等。（3）美美國統一一編號系系統 UUNSUNS是是Uniifieed NNumbberiing Sysstemm 的簡簡稱，在在19774年為為ASTTM及SAEE 聯合合制定，UNS 本身只是一種編號，而非規格，它將金屬分為
18、17個系列編號並與原有的體系配合，例如： UNS G10XX0 = SAE 10XX，而有索引、整合、參考的意義，因此而稱統一編號系統。4德國國工業標標準(DDIN)DIN並並不是英英文，而而是德文文Deuutscch IInduustrrielll NNormm的縮寫寫，德國國工業標標準中鋼鋼鐵材料料的規格格是在DDIN 170006，補補充說明明在DIIN 1170007，19774年改改為 IISO制制，以 EURRONOORM 27-74替替代。以以英文字字母和數數字來敘敘述其特特徵，字字母規定定鋼鐵種種類、冶冶煉方法法、合金金材料、處處理情況況等、數數字則規規定鋼鐵鐵材料的的、含碳碳
19、量、抗抗拉強度度、主合合金之成成分倍數數等。（1）碳碳鋼一般以碳碳元素標標記及其其含碳量量表示，如如 C660 表表示含00.6C的碳鋼鋼。另外外也有抗抗拉強度度及其他他表示法法，例如如:Stt50 表示抗抗拉強度度50kkg/mmm2之構造造用碳鋼鋼，CKK40表表示含磷磷、硫量量甚低之之碳鋼，抗抗拉強度度為400kg/mm22。（2）高高級鋼料料及低合合金鋼以其主要要合金元元素和含含量為標標記，但但在其中中第三部部分含量量，為避避免小數數點出現現，表示示值都己己經乘上上固定倍倍數，而而以整數數型態呈呈現，所所以由編編號求取取實際含含量時必必須再除除以倍數數。第一部分分:含碳量量第二部分分:
20、合金元元素種類類第三部分分:合金元元素含量量合金元素素倍數Cr、CCo、Mn、Ni、Si、W4Al、BBe、Pb、Cu、Mo、Nb、Ta、Ti、V10P、S、N、Ce、C100B10000例如:含含碳量00.344含鉻鉻量1的鋼鋼材，表表示為334Crr4依此 113CrrV533 即表表示含碳碳量0.13，含鉻鉻量5/4=11.255，含釩釩量3/10=0.33（3）高高合金鋼鋼在標記前前加上x，此此外由於於合金元元素含量量己高，因因此不乘乘以倍數數而直接接表示。(如前述，高合金鋼通常是指合金總含量在8以上的鋼料)例如:含含碳量00.122的不不銹鋼，含含鉻量118含含鎳量88，表表示為 X
21、112CrrNi118 88同理 XX10CCrNii18110 即即表示含含碳量00.100的高高合金鋼鋼，含鉻鉻量188含鎳量量10。如果要進進一步標標示其特特性，可可以在其其記號前前後加上上英文字字母表示示例如: MASt442 66N (1)(2) (33) (4)(5)其中除(3)為為主標記記外，(1)(2)(4)(5)分分別表示示:熔煉方方式、產產品特性性、保證證性能類類別、熱熱處理情情況等。（4）鑄鑄鐵、鑄鑄鋼以前置標標記G代表一一般鑄件件，另外外加上其其它字母母來表示示種類，隨隨後之標標示與鋼鋼的編號號相同，如如表1所示。例如:GGS-CC30為為鑄鋼，含含碳量00.300 G
22、-X1220Mnn12表表示含碳碳量1.20的鑄鐵鐵，含錳錳量122。表1 德國工工業標準準DINN 之鑄鑄鐵分類類GS = 鑄鑄鋼GG = 一一般灰鑄鑄鐵GGL = 片片狀石墨墨鑄鐵GGG = 球球狀石墨墨鑄鐵GT = 一一般展性性鑄鐵GTS = 展展性灰鑄鑄鐵GTW = 展展性白鑄鑄鐵1-4材材料的選選用1-4-1 材材料選擇擇的根據據材料的種種類繁多多，而且且性質互互異，因因此無論論鐵金屬屬和非鐵鐵金屬材材料，或或者隨後後即將討討論的非非金屬材材料自然然都有不不同的應應用場合合。一項項產品在在選用材材料時，會會因使用用場合(例如：強度的的要求、環環境的因因素、成成本的考考慮等)而不同同，
23、而各各種材料料由於結結構的不不同，也也有其適適當的用用途，因因此如何何使材料料的應用用能適材材適所，就就是材料料選用的的最大準準則。本本章將提提出材料料選擇的的幾個重重要考慮慮因素，並並舉實例例具體說說明。(一)材材料的規規格要符符合使用用的需求求選擇材料料最基本本的考慮慮，就在在滿足產產品的特特性及要要求，例例如抗拉強強度、切切削性、耐耐蝕性等等。許多多材料似似乎都可可以滿足足使用的的需求，但但是如果果選擇具具有正字字標記或或符合國國家標準準的材料料，例如如：我國國的CNNS 日日本的JJIS 美國的的ASTTM、 SAAE、 AIISI、 UNNS 德德國的DDIN等等，由於於其化學學成分
24、及及機械性性質都經經過試驗驗，有一一定的保保證，因因此品質質將更有有保障。(二)材材料的價價格要合合理價格是選選擇材料料的另一一個重要要因素。因因為優秀秀的材料料如果價價格高昂昂，產品品的成本本勢必提提高，競競爭力就就會降低低。因此此如果材材料不是是唯一的的選擇，那那麼價格格合理的的同級材材料或以以開發新新產品替替代都是是不錯的的解決方方案。(三)材材料的品品質要一一致產品如果果是單一一的就不不必考慮慮一致性性的問題題，但是是如果是是屬於大大量生產產的東西西，材料料的供應應就必須須穩定而而且品質質一定才才行，否否則因產產品不良良造成退退貨或是是賠償，無無論是金金錢及信信譽的損損失可能能都將難難
25、以彌補補，因此此在選擇擇材料供供應之初初，材料料品質的的一致和和來源的的穩定性性也是重重要的考考慮因素素。1-4-2 鋼鋼鐵材料料的選用用以上提到到的是材材料選用用的原則則。而鋼鋼鐵材料料由於在在機械上上使用廣廣泛，因因此必須須針對其其特性考考量。鋼鋼鐵材料料的選用用，常遭遭遇的還還有三個個問題：(一)使用碳碳鋼或合合金鋼(二)局部或或全部淬淬火(三)用鑄造造品或鍛鍛造品。碳鋼的價價錢便宜宜，但合合金鋼易易於淬火火、硬化化深度大大、抗回回火軟化化佳。承承受的負負荷則關關係局部部或全部部淬火，負負荷大的的零件以以全部淬淬火為宜宜，表面面淬火則則可承受受耐疲勞勞及磨耗耗的場合合。鍛造與鑄鑄造在製製
26、造一直直是競爭爭不止，傳傳統的鑄鑄造品雖雖可以製製造複雜雜或有內內孔的零零件，但但被認為為偏析、氣氣孔、韌韌性差，鍛鍛造品則則較強韌韌，但鑄鑄造技術術及材料料的進步步，己可可以達到到均質、強強韌，加加以鑄造造有一次次成型的的優點，因因此目前前鑄件佔佔較有利利的趨勢勢。1-4-3 應應用實例例(一)引引擎材料料的選用用機械產生生動力來來自於引引擎，常常見的引引擎如：空壓機機、汽機機車、電電機原動動力廠等等。引擎擎各部份份零件承承受不同同的負荷荷、溫度度等工作作條件，因因此有不不同的材材料選擇擇考慮。以以下僅以以其中較較重要的的汽缸體體、曲柄柄軸及進進排氣閥閥加以說說明。1. 1. 汽缸缸體汽缸由
27、於於形狀複複雜，又又有冷卻卻管路，因因此只能能用鑄造造方式，汽汽缸由於於要求良良好強度度大、耐耐磨、耐耐蝕、導導熱性佳佳、膨脹脹係數低低。因此此灰鑄鐵鐵就是很很好的選選擇，唯唯一問題題是比重重稍大。如如果需要要輕量化化，使動動力提高高，就可可以考慮慮鋁合金金。唯鋁鋁合金的的磨耗性性較差，這這一點也也要考慮慮。2. 2. 曲柄柄軸雖然曲柄柄軸的形形狀也很很複雜，不不過也並並不是非非用鑄造造不可，曲曲柄軸的的受力很很大，因因此鍛造造鋼品是是傳統上上的選擇擇，不過過延性鑄鑄鋼(球墨鑄鑄鐵)的發展展，使得得鑄造品品在中小小型汽車車上也佔佔一席之之地。如果使用用鍛鋼，必必須考慮慮硬化能能的問題題，因此此
28、常用的的有鉻鉬鉬鋼(SSAE 41440)或或中碳鋼鋼SAEE 10035及及SAEE 10050。3. 3. 進排排氣閥進排氣門門最重要要的是耐耐高溫和和耐腐蝕蝕，尤其其是排氣氣閥的工工作溫度度，往往往7000以上，而而且必須須承受燃燃料燃燒燒後產生生的水氣氣和腐蝕蝕性鉛化化合物，因因此採用用耐熱鋼鋼是最初初的考慮慮，其後後陸續有有使用沃沃斯田鐵鐵系不銹銹鋼或英英高鎳(Incconeel)者者。(二)材材料的取取代和新新材料的的選用由於材料料的改良良和新材材料的不不斷發展展，許多多製品原原來使用用的材料料，可以以替代而而性能更更佳，價價格更便便宜。以以日常應應用來說說，例如如：二十十年前的的
29、眼鏡框框，使用用白銅或或鍍層，其其後因為為腐蝕問問題而改改用不銹銹鋼，至至今更因因為鈦的的輕量化化、高強強度比且且耐蝕而而再度取取代。近年來由由於航太太工業，輕輕量及高高強度的的要求，因因此在機機件上鈦鈦的使用用也很廣廣，而外外裝上，複複合材料料(尤其是是碳纖維維和玻璃璃纖維強強化塑膠膠)則大量量的應用用。另外外，為了了極高速速航具和和太空梭梭的需要要，工程程陶瓷應應用在承承受高溫溫的部分分的包覆覆(Ceerammic Tilles)更是不不可或缺缺。摘要1規格格(Sppeciificcatiion)是產品品需求的的敘述，也也是資料料技術溝溝通的依依據為了了增進效效率及提提供產品品零件的的互換
30、性性，必須須制定的的規格，以以作為生生產者及及使用者者依循的的規範。2在工工業上，鋼鋼鐵材料料必依其其化學成成份，使使用一定定的編號號以利於於選用。目目前，在在我國較較常用的的規格有有三種：中國國國家標準準(CNNS)、日日本工業業標準(JISS)、美美國鋼鐵鐵學會美國汽汽車工程程師學會會(AIISI-SAEE)。另另外德國國工業標標準(DDIN)和美國國統一標標準編號號(UNNS)相相關業界界有時也也會採用用。3CNNS之鋼鋼鐵材料料的編號號，主要要由下列列三部分分組成：第一部分分為材質質，鐵以以F表示，鋼鋼以S表示。第二部分分表示標標準名稱稱或是製製品用途途或主要要合金元元素或含含碳量(結
31、構用用碳鋼時時)。第三部分分為該材材料之種種類號碼碼，或是是最低抗抗拉強度度、降伏伏強度。若若是表示示最小抗抗拉強度度或最小小降伏強強度，通通常以三三位數字字表示，常常用於建建築結構構用等不不須規定定含碳量量鋼料的的場合。4AIISI和和SAEE以四個個(或五個個)數目字字為記號號來分類類。其中中第一位數數，表示示鋼料的的種類。第二位數數，為主主要合金金元素的的百分值值；0表示無無其他合合金元素素。第三、四四位數(或第三三、四、伍伍位數字字)代表含含碳量。鋼種編號鋼種編號碳鋼1耐熱鋼30普通碳鋼鋼10鉬鋼4易削鋼(加硫)11Cr(00.7)41錳鋼13Ni-CCr43鎳鋼2Ni(11.755)
32、460.500Ni20鉻鋼51.500Ni21Cr(11.0)513.500Ni23Cr(11.5)52鎳鉻鋼3鉻釩鋼61.255Ni00.6Cr31鎢鋼71.755Ni11.0Cr32鎳鉻鉬83.500Ni11.5Cr33矽錳鋼95材料料選擇的的考慮因因素主要要有：(一)材料的的規格要要符合使使用的需需求(二)材料的的價格要要合理(三)材料的的品質要要一致合金鋼及及特殊鋼鋼學習目的的1.瞭解解合金鋼鋼與特殊殊鋼的意意義。2.認識識合金鋼鋼與特殊殊鋼的種種類。3.認識識工具鋼鋼的種類類和用途途。4.認識識耐蝕鋼鋼的種類類和用途途。5.瞭解解其它特特殊鋼的的種類和和用途。1-1前前言碳鋼具有有不
33、錯的的機械性性質，能能實施熱熱處理，而而且在一一般用途途上都能能勝任。不不過在某某些需求求特別的的場合，使使用上碳碳鋼的性性能仍嫌嫌不足，例例如：需需要耐蝕蝕的埸合合、需要要在高溫溫強度、需需要更高高的硬度度以做為為切削刀刀具，或或是具有有疲勞強強度等。這這些時候候就必須須有各種種不同性性質的合合金鋼，例例如：不不銹鋼、耐耐熱鋼、工工具鋼、彈彈簧鋼等等，來滿滿足實際際上的需需求。由由於這些些合金鋼鋼材的性性質和一一般鋼材材並不相相同，因因此在市市面上，許許多販售售合金鋼鋼材料的的地方，也也稱為特特殊鋼材材料行。合金鋼是是指碳鋼鋼添加一一種或一一種以上上合金元元素所形形成的鋼鋼料。通通常鋼的的合
34、金元元素，除除碳以外外，若含含錳量在在1.665%以以上、含含矽量在在0.660%以以上，或或含銅量量在0.06%以上等等，就可可以認定定是屬於於合金鋼鋼，其它它元素刻刻意加入入碳鋼中中者亦同同。碳鋼鋼如果依依不同用用途再加加入鎳、鉻鉻、釩、鎢鎢、.等元素素，以達達到需要要的效果果，就成成為合金金鋼。例例如：微微量的鉻鉻可以使使鋼具有有極佳的的硬化能能，而112%以以上時，鋼鋼就不易易腐蝕，成成為耐蝕蝕鋼。加加入188%鎢、4%鉻、1%釩時即即為高速速鋼。除用途外外，合金金鋼也可可依加入入元素種種類來區區分。由由於任何何鋼中均均含鐵、碳碳兩種元元素，因因此，如如再加入入一種元元素即稱稱為三元元
35、鋼，例例如：鎳鎳鋼、鉬鉬鋼等。加加入二種種元素稱稱為四元元鋼，例例如：鎳鎳鉬鋼，其其餘依此此類推。如果以合合金含量量來區分分，合金金鋼中合合金元素素的總含含量在66%以上上稱為高高合金鋼鋼，合金金元素總總含量在在6%以下下稱為低低合金鋼鋼。有些些埸合會會將合金金量在11.5%5.5%之之間的，再再細分為為中合金金鋼，而而以1.5%以以下者為為低合金金鋼，不不過這些些都是粗粗略的分分法，並並沒有實實質的意意義。合金鋼的的種類很很多，而而其性質質主要又又由合金金元素來來決定，因因此研究究合金鋼鋼最有效效的方法法，就必必須由瞭瞭解合金金元素對對於鋼性性質的影影響開始始。在合合金鋼中中所添加加的合金金
36、元素，主主要有鎳鎳Ni、鉻鉻 Crr、鎢W、釩V、錳Mnn、鉬Moo、鈷Coo、矽Sii、鈦Tii、硼B等。1-1-1鋼中中主要合合金元素素的功用用1鉻 Cr鉻在鋼中中的角色色多元且且重要，它它會形成成安定而而硬的碳碳化物，而而且具抗抗蝕性，其其主要作作用有： a增進鋼鋼的硬化化能和滲滲碳作用用。 b使鋼在在高溫畤畤仍具高高強度。 c能增加加耐磨耗耗性。 d增高鋼鋼之淬火火溫度。 f能增進進鋼的抗抗腐蝕性性。2鎳NNi鎳在鋼中中的影響響有: a增進鋼鋼的硬化化能。 b能降低低熱處理理時的淬淬火溫度度，因之之在處理理時變形形小。 c能增加加鋼的韌韌性。 d高鎳合合金鋼能能耐腐蝕蝕，例如如：不銹銹
37、鋼就含含有8%左右的的鎳。3鎢WW鎢能耐高高溫，而而且溶於於鋼中會會與碳形形成碳化化物稱為為碳化鎢鎢，能提提高鋼的的強度。此此外， a鎢可以以提高鋼鋼之淬火火溫度。 b加強鋼鋼之斷面面組織細細微化，抵抵抗回火火軟化。 c可以降降低淬火火時鋼之之晶粒生生長之趨趨勢。 d鎢鋼刀刀具有紅紅熱硬度度。 e可增加加鋼之保保磁性，故故可配入入鋼中而而製造永永久磁鋼鋼。4釩VV釩可以無無限量固固溶入鐵鐵中，並並阻止沃沃斯田鐵鐵晶粒的的成長，釩釩在鋼中中有脫酸酸除氧之之能力，故故含釩之之鋼其斷斷面結晶晶密實，此此外釩的的作用還還有： a能提高高淬火溫溫度。 b改善硬硬化能，高高溫淬火火加熱時時，能防防止其晶晶
38、粒生長長。 c有助於於鋼之結結晶組織織細微化化。5錳MMn錳亦為鋼鋼中重要要元素，其其作用及及影響如如下: a在適量量下，錳錳量增加加可增加加鋼之最最大強度度及硬度度。 b錳有脫脫氧及脫脫疏功效效，故錳錳能發撣撣鋼之鍛鍛造性與與可塑性性。 c錳在鋼鋼中含量量多，可可降低鋼鋼之淬火火溫度。 d可增進進鋼之硬硬化深度度，尤其其在含碳碳量高之之油硬性性錳鋼為為最顯著著。6鉬MMo鉬可增加加鋼之最最大強度度及硬度度，因此此在合金金鋼中也也頗為重重要。 a能改善善鋼在高高溫之抗抗拉及潛潛變強度度。 b在工作作紅熱情情況下，能能使鋼之之硬度保保持不變變。 c高速工工具鋼含含鉬，可可予以較較佳之切切割性能能
39、。d合金金鋼中加加入鉬可可去除回回火脆性性。7鈷CCo鈷為製造造合金鋼鋼之重要要元素，在在鋼中可可以生成成碳化物物，但也也可能有有不良影影響，它它具有以以下特性性： a鈷可代代替鎳，如如增加強強度及耐耐熱等性性能。 b會降低低鋼的硬硬化能。 c能提高高鋼之淬淬火溫度度。 d增加鋼鋼之保磁磁能力，故故為製造造磁石鋼鋼之主要要元素。8鈦TTi鈦在鋼中中易與碳碳形成碳碳化物TTiC，其其他特性性： a鈦在不不銹鋼中中，可以以防止高高溫時鉻鉻量的局局部減少少，維持持其防蝕的能能力 b可以防防止合金金鋼由高高溫徐冷冷時的脆脆化現象象。9銅CCu合金鋼中中銅之含含量不可可以超過過1.55%，否否則會使使鋼
40、變脆脆，此外外 a銅在鋼鋼中有抵抵抗大氣氣腐蝕之之性能。低低碳鋼內內含銅11%，其其抵抗大大氣腐蝕性性約較不不含銅者者高出四四倍。在在不銹鋼鋼中加銅銅 3-4%，亦亦有助不不銹鋼之之防蝕作作用。 b可以增增加鋼的的強度，但但不宜超超過0.2%。10鋁鋁Al a極易與與氧結合合形成氧氧化鋁，是是一種強強脫氧劑劑。 b能抑制制晶粒成成長。 c是氮化化用鋼的的重要元元素。11硫硫S硫在鋼中中為有害害之雜質質，硫與與鐵化合合成為FFeS，與與錳化合合成MnnS，其其結果： a會增加加鋼的熱熱脆性 b硫含量量0.22%以上上，就會會嚴重影影響鋼的的強度和和韌性 c硫可使使鋼強度度降低，因因此有利利於鋼的
41、的切削，但但除了易易切鋼之之外，極極少利用用。12矽矽Si矽在鋼中中其作用用如下 : a矽能增增加鋼之之電磁傳傳導率，故故適於製製造電氣氣材料。 b矽會加加速鋼之之結晶生生長變粗粗，因此此含量約約在0.050.330%。 c矽能增增高淬火火溫度。 d會阻礙礙碳元素素溶於鋼鋼中。 e對於炭炭量較高高之鋼，矽矽多則增增加脆性性， f增加耐耐熱鋼的的氧化性性，可用用為脫酸酸性。綜合各種種合金元元素對於於碳鋼的的影響，而而選擇添添加合金金元素時時必須考考慮元素素特性及及應用場場合的需需要，適適材適所所才是最最重要的的，如果果不暸解解特性貿貿然選擇擇，不但但可能增增加成本本，效果果也可能能適得其其反。1
42、-1-2 合合金鋼的的分類合金鋼因因其添加加元素和和量的不不同而特特性迥異異，就用用途來區區分，合合金鋼大大致可以以分為一一般構造造用合金金鋼和特殊鋼鋼。構造造用合金金鋼是使使用於普普通機械械的構成成元件或或土木建建築等構構造，普普遍來說說其合金金量較低低，而特特殊鋼大大多是使使用在需需要高溫溫硬度、耐耐蝕、耐耐熱、磁磁性等特特別的場場合，大大多是屬屬於高合合金量，如如表1所示。(一)構構造用合合金鋼： (a)非熱處處理型：大致是是低合金金量，包包括高強強度低合合金鋼及及易切鋼鋼。 (b)熱處理理型：大大致是中中合金量量，含合合金總量量稍高，約約在1.5%5.55%之間，經經熱處理理後可以以大
43、幅提提高強度度，通常常用於不不需銲接接場合的的強韌機件件，稱為為熱處理理用中合合金鋼(或強韌鋼鋼) 。 (c)表面硬硬化鋼(二)特特殊鋼： (a)合金工工具鋼： (b)耐蝕鋼鋼： (c)其他用用途特殊殊鋼：包包括耐熱熱鋼、軸軸承鋼、彈彈簧鋼、電電氣用鋼鋼、磁石鋼、超超高強度度鋼等。表1 合金鋼鋼的用途途分類鋼種主要合金金用途構造用合金鋼高強度低低合金鋼鋼低Mn、低低Si-Mn汽車車身身、構造造用機件件、船體體熱處理用用中合金金鋼(強韌鋼鋼)Ni、CCr、Ni-Cr、Cr-Mo、Ni-Cr-Mo曲柄軸、螺螺栓、齒齒輪、大大型軸表面硬化鋼滲碳鋼Ni、NNi-CCr、Cr-Mo、Ni-Cr-Mo齒輪、汽汽車工業業變速箱箱、差速速器氮化鋼Al-CCr、Al-Cr-Mo、Al-Cr-Mo-Ni、汽缸套、車車床主軸軸、銑床床零件特殊鋼工具鋼切削用鋼鋼W、Crr-W、Cr-Mn牙攻、車車刀、銑銑刀耐衝擊用用鋼Cr-WW、Cr-W-VV衝頭、鉚鉚釘具耐磨用鋼鋼高C-高高Cr、Cr-W、Cr-Mo-V號規、拉拉線模、整整緣模具具熱加工用用鋼Mn、CCr-WW-V、Ni-Cr-Mo、Mn-Cr熱輥軋模模、壓鑄鑄模耐蝕鋼不銹鋼Cr、CCr-NNi餐具、外外科刀具具