機械材料

第九章 常用之非鐵金屬材料

立即練習P114

( C ) 1. 有關銅的敘述，下列何者不正確？ (A)比重8.96 (B)熔點1083℃ (C)導電、導熱度大，比銀好 (D)常作為電線材料。

( D ) 2. 有關黃銅的敘述，下列何者不正確？ (A)是Cu 和Zn 合金(B)常溫加工的黃銅會有季裂現象 (C)七三黃銅是70% Cu 加30%Zn，又稱為彈殼黃銅 (D)六四黃銅是60%的Zn 加40% Cu，又稱為孟慈合金。

( C ) 3. 有關青銅的敘述，下列何者不正確？ (A)是Cu 和Sn 的合金(B)鑄造性比黃銅好 (C)切削性比黃銅好 (D)寺廟的鐘及銅像是用青銅鑄造而成。

立即練習P123

( D ) 1. 下列有關鋁的敘述，何者不正確？ (A)比重2.7 (B)熔點約660℃ (C)可製成鋁罐、鋁箔 (D)是熱、電的絕緣體。

( C ) 2. 下列有關鋁合金的敘述，何者不正確？ (A)可用壓鑄法製成輪圈、汽缸 (B)杜拉鋁是航空工業的重要材料 (C)杜拉鋁常以銲接方式接合 (D)杜拉鋁必須經過固溶處理後再施行人工時效增加強、硬度。

立即練習P132

( D ) 1. 下列敘述，何者正確？ (A)鉛的比重7.3，熔點232℃ (B)錫的比重11.34，熔點327.4℃ (C)鍍錫鐵皮稱為白鐵皮 (D)鋅可做為乾電池的電極材料。

( C ) 2. 下列敘述，何者不正確？ (A)巴氏合金是指錫基軸承合金 (B)軟銲材料用Sn-Pb 合金 (C)硬銲材料可用Cu-Zn 合金，常用於銲接電子零件 (D)手機、手提電腦的外殼常用鎂鋁合金壓鑄而得。

立即練習P141

( D ) 1. 下列敘述，何者正確？ (A)金的比重21.5，熔點，1774℃ (B)鉑的比重19.3，熔點1064℃ (C)鎳的比重9.8，熔點1538℃ (D)鎂的比重1.7，熔點650℃。

( C ) 2. 康史登銅與蒙納合金是何種金屬組成？ (A)Pt-Rh (B)Ni-Fe(C)Ni-Cu (D)Ni-Cr。

( D ) 3. 電熱器之電熱線，常用下列種金屬製成 (A)Ni-Fe (B)Ni-Cu(C)Pt-Rh (D)Ni-Cr。

學後評量

一、選擇題

( B ) 1. 銅中含Zn (A)10% (B)30% (C)40% (D)50% 時之伸長率最大。

( A ) 2. 彈殼黃銅即為 (A)七三 (B)二一 (C)六四 (D)五五 黃銅。

( A ) 3. 青銅是 (A)銅錫 (B)銅鋅 (C)銅鋁 (D)銅鉛 合金。

( B ) 4. 青銅與黃銅加工性比較 (A)前者較優 (B)後者較佳 (C)不相上下 (D)視成分而定。

( B ) 5. 黃銅欲避免季裂，須施以低溫退火，其溫度約 (A)100～150℃(B)200～250℃ (C)300～350℃ (D)450～500℃。

( A ) 6. 黃銅是銅與 (A)鋅 (B)鋁 (C)錫 (D)鉛 的合金。

( A ) 7. 為使黃銅容易切削，一般添加少量的 (A)鉛 (B)錫 (C)鐵(D)鋁 以利加工。

( B ) 8. 砲銅之強度及延性大，耐磨及鑄造容易，其主要合金成分為(A)鎳 (B)錫 (C)鉛 (D)鋁。

( A ) 9. 與純銅比較，下列對青銅所述之特性中，何者為錯誤？ (A)銅與鋅的合金 (B)強度較高 (C)硬度較大 (D)耐蝕性較差。

( D ) 10. 經常溫加工之黃銅，在使用中往往會破裂，這是因空氣中含有(A)氧 (B)氫 (C)碳 (D)氨 的關係，此現象稱為季裂。

( A ) 11. 六四黃銅即表示 (A)鋅 (B)鉛 (C)鋁 (D)錫 的含量在40%～42%之間。

( B ) 12. 適用於常溫壓延加工的黃銅是 (A)八二黃銅 (B)七三黃銅(C)六四黃銅 (D)五五黃銅。

( A ) 13. 所謂“七三黃銅”是指含25%～35%的下列何種元素？ (A)Zn(B)Cr (C)Co (D)W。

( A ) 14. 杜拉鋁中那一項不是造成時效硬化的主因？ (A)Al (B)CuAl2(C)Mg2Si (D)Cu。

( D ) 15. 飛機用的杜拉鋁合金是一種 (A)Al-Cu (B)Al-Mn (C)Al-Mg(D)Al-Cu-Mg 合金。

( C ) 16. 欲增加鋁門窗之抵抗銹蝕能力，並使其外表美觀歷久不變，要進行何種表面處理 (A)鍍鋅 (B)塗漆 (C)陽極處理 (D)研磨處理。

( A ) 17. 鋁和下列那種金屬混合後，即成為鋁熱劑？ (A)氧化鐵 (B)鎂(C)硫 (D)銅。

( A ) 18. 鋁合金的強化可經由 (A)固溶－析出 (B)淬火變態 (C)滲碳(D)氮化 處理獲得。

( C ) 19. 鋁合金的時效處理溫度約為 (A)110℃ (B)140℃ (C)170℃(D)200℃。

( D ) 20. 對鋁合金施行時效處理，可獲得較高之： (A)韌性 (B)延展性(C)耐蝕性 (D)硬度。

( C ) 21. 陽極處理是針對 (A)鋅 (B)銅 (C)鋁 (D)鐵 及其合金而發展出來的技術。

( B ) 22. 硬鉛是鉛中加 (A)Sn (B)Sb (C)Cu (D)Zn。

( C ) 23. 軟銲用銲劑以 (A)硼砂 (B)硼酸 (C)氯化鋅 (D)硫酸 為主。

( A ) 24. 硬銲用銲劑是 (A)硼砂 (B)硼酸 (C)氯化鋅 (D)硫酸。

( C ) 25. 對X 射線具遮斷能力的材料是 (A)Fe (B)Cu (C)Pb (D)Ni。

( B ) 26. 白鐵皮為鍍 (A)錫 (B)鋅 (C)鋁 (D)鉛 之鐵板。

( D ) 27. 在活字合金中，下列何者可降低鑄造溫度並減少凝固時的收縮(A)鉛 (B)錫 (C)銅 (D)銻。

( B ) 28. 軟銲所使用的銲料主要為 (A)錫銅合金 (B)錫鉛合金 (C)鉛銅合金 (D)錫鋁合金。

( C ) 29. 巴氏合金質軟，摩擦係數亦低，在機械上一般均用作為 (A)螺帽(B)鉚接 (C)軸承 (D)剎車塊 之襯墊。

( C ) 30. 馬口鐵是鐵皮鍍 (A)鋅 (B)鉛 (C)錫 (D)銻。

( C ) 31. 軟銲與硬銲是以銲接金屬的熔點來區別，其界限溫度是： (A)340℉ (B)540℉ (C)840℉ (D)1040℉。

( C ) 32. 純金可溶於 (A)濃硫酸 (B)濃硝酸 (C)王水 (D)濃鹽酸。

( B ) 33. 21K 金表示含金 (A)21% (B)87.5% (C)84% (D)79%。

( D ) 34. 康史登銅含鎳量為 (A)15% (B)25% (C)35% (D)45%。

( C ) 35. 蒙納合金為 (A)鎳鉻合金 (B)鎳錳合金 (C)鎳銅合金 (D)鎳鋁合金 強度佳，又耐磨，鑄鍛均易。

( A ) 36. 同素變態點882℃，且耐熱性，抗蝕性均佳之元素為 (A)鈦(B)釩 (C)鎳 (D)鎢。

( C ) 37. 下列那一種材料具耐高溫及超低溫之特性，且為今日國防工業上非常重要之原料？ (A)鋁 (B)鎂 (C)鈦 (D)鋅。

( A ) 38. 電熱線是用 (A)鎳鉻合金 (B)鎳銅合金 (C)銅鋁合金 (D)銅錫合金。

二、問答題

1. 何謂黃銅的季裂？並述其防止方法。

常溫加工後的黃銅材料，如銅管、桿或條等，在使用或貯存中，容易發生破裂，這種現象稱為季裂(seasoncrack)。其原因為材料加工時留下內部應力，以及材料受長期潮濕和氨氣侵入所造成。為了防止季裂發生，通常是將黃銅加熱至150℃～250℃退火約30 分鐘，以除去內部應力，或表面施以防蝕處理。

2. 試將七三黃銅與六四黃銅作一比較。

(1)七三黃銅：含銅量約為70％，約30％鋅，延展性大，適合於常溫加工。槍砲的彈殼，多以此種黃銅製造，故七三黃銅又名彈殼黃銅。

(2)六四黃銅：含60％之Cu，40％之Zn。適合於高溫加工(加熱至600℃以上)。主要用途為製成冷暖氣管、銅片、線、桿等。含Cu60％及Zn40％之黃銅又稱為孟慈合金(Muntzmetal)。

3. 試述青銅的特點。

青銅是銅和錫的合金，它具有鑄造容易、強度大、良好流動性、導電性，以及耐腐蝕、耐磨耗等特點。

4. 何謂鋁熱劑？

鋁粉易於燃燒而生高熱，它與氧化鐵或其他金屬氧化物的混合物，稱為鋁熱劑。它可用於熔接金屬物體，例如鋼軌折斷處的焊接等。

5. 簡述杜拉鋁的組成元素、特性及用途。

杜拉鋁是一種時效硬化性合金，duralumin 的比重2.8，是既輕且強度高的合金，它正符合飛機構件的要求，是航空工業的重要材料。杜拉鋁屬於Al-Cu-Mg-Mn 系合金。

6. 何謂固溶處理？何謂析出硬化？

合金如從高溫急冷(淬火)時，由於冷卻速度太快，以致無法立刻析出，成為過飽和的固溶體組織。此種由高溫急冷而形成過飽和固溶體的熱處理，稱為固溶處理(solutiontreatment)。這種過飽和固溶體組織並不安定。若將它長時間置於常溫時，會慢慢析出而變成強硬且安定的組織。此種由過飽和固溶體析出一種組織而達強化的現象稱為析出硬化(precipitationhardening)。

7. 何謂錫瘟及錫鳴？

由於α錫比β錫比重小，故當發生β→α變態時體積會膨脹，使整體粉碎或局部突出。於－40℃之冬天，錫器可突然崩壞而變成粉末，原因即在於此。此種變態通稱為錫瘟(tin-pest)。錫被彎曲時，由於雙晶之形成而發出聲音，稱為錫鳴(tin cry)。

8. 軸承合金分為那三大類？巴氏合金屬於那一類？

軸承用合金中最普遍而常用者有三種：(1)以Sn 為主要成分的錫基合金，(2)以Pb 為主要成分的鉛基合金，(3)以Zn 為主要成分的鋅基合金。錫基軸承合金中最具代表性者為巴氏合金(Babbittmetal)，其成分Sn80～90％，Sb5～10％，Cu3～6％。

9. 試述銲接用合金的分類及用途。

(1)軟銲合金：軟銲合金最常用者為Sn-Pb 合金，其成分、熔點及用途見表9.7。

(2)硬銲合金：硬銲合金通常係指Cu-2n 合金而言。常用於碳化鎢刀片與鋼質刀把、管接頭等之接合。

10. 試述康史登銅之成分、性質及用途。

康史登銅(Constantan)含Ni44～46％，Cu54～56％。其電阻之溫度係數接近於零，常用於電氣儀表之零件，同時可和Cu 或Fe 配合構成熱電偶，以測定金屬受熱之溫度。

11. 試述蒙納合金之成分、性質及用途。

蒙納合金(Monelmetal)蒙納合金是重要的Ni-Cu 合金，含Ni65～70％，Cu25～30％，以及＜5％的Fe、Mn、Si 等。耐蝕性、耐磨耗性優良，並具高溫強度。常用於需要耐蝕的礦山機械、印染機械、化工用泵等及需具高溫強度與耐磨耗的蒸汽閥、汽輪機葉片等。

12. 耐蝕Ni 合金包括那些合金？各有何特性。

前述之蒙納合金與本節之Inconel、Hastelloy、Irium 諸合金都屬於耐蝕Ni合金。其成分與機械性質見表9.10。Inconel(英高鎳)能耐1200℃以下之高溫氧化，對於氧化性氣體與大多數腐蝕性物質都具抗蝕力，用於熱處理爐之零件與照相軟片之處理設備。而Hastelloy 強度高並能耐鹽酸，Irium 能耐硫酸、硝酸、磷酸與海水之侵蝕。

三、填充題

1. 七三黃銅是含 銅70% ， 鋅30% 。

2. 欲避免黃銅管產生自裂或季裂現象，應施以 低溫退火 。

3. 青銅常用以製作軸承，其製法乃是青銅中，添加多量之 鉛 以增加潤滑作用。

4. 鐘用青銅因為其聲音清脆悅耳，常鑄成寺廟的鐘，其含錫量在 20%～32% 之間。

5. 砲銅含錫量約 10% ，另加入2%的 Zn 可增大強度。

6. 銅和錫之合金稱為 青銅 ；銅和鋅之合金稱為 黃銅 。

7. 銅在潮濕空氣中易生鹼性、有毒的碳酸銅，俗稱 銅綠 。

8. 孟慈合金(Muntz Metal)由58～62%的 銅 和38～42%的 鋅 合金。

9. 常用作電阻線及熱電偶之康史登銅(Constantan)是於銅中加入 Ni 。

10. 耐蝕性良好的蒙納合金是Cu 與 Ni 之合金。

11. 所謂18K 金，其含金成分為 75 %。

12. 鈦近代應用為 生醫 材料之一。

13. 電熱線的材料是 Ni-Cr 合金。

14. 含鎳34%之鋼稱為彈性恆範鋼，常溫時其 彈性係數 不變，且膨脹係數亦小。

15. 含鎳44～46%之 代鉑 鋼，常溫時其膨脹係數近於玻璃及白金。

第八章 鑄鐵

立即練習P81

( B ) 1. 下列何種爐子是煉製鑄鐵的設備 (A)鼓風爐 (B)熔鐵爐 (C)轉爐 (D)平爐。

( D ) 2. 有關鑄鐵下列敘述何者不正確？ (A)鑄鐵是指含碳量在2.0%～6.67%之間的鐵－碳合金 (B)含Si 多，冷速慢，碳易形成石墨 (C)含Si 少、冷速快，碳與鐵化合成Fe3C (D)鑄鐵的共晶點在910℃。

立即練習P84

( A ) 1. 鑄鐵的碳當量是由下列何公式計算而得 (A)CE＝C%＋(Si%＋P%)(B)CE＝Si%＋(C%＋P%) (C)CE＝P%＋(Si%＋C%) (D)CE＝C%＋(Si%＋Pb%)。

( C ) 2. 有關鑄鐵特性，下列敘述何者不正確？ (A)石墨分佈愈均勻則抗拉強度愈好 (B)灰鑄鐵潤滑性佳及具有制震能皆是因為具有石墨(C)工具機鑄造成型的床台，長時間置於室外，其內應力會消失稱為鑄鐵的成長 (D)Si 會促進石墨化；Mn 會抑制石墨化。

立即練習P93

( D ) 1. 利用金屬模鑄造，使表面得到白鑄鐵而內部得到灰鑄鐵者，稱為(A)米漢納鑄鐵 (B)展性鑄鐵 (C)可鍛鑄鐵 (D)冷硬鑄鐵。

( B ) 2. 將白鑄鐵退火，使Fe3C 分解而得粒狀石墨鑄鐵，稱為 (A)米漢納鑄鐵 (B)展性鑄鐵 (C)冷硬鑄鐵 (D)延性鑄鐵。

( A ) 3. 將鎂合金做為球化劑，矽鐵作為接種劑而得球狀石墨的鑄鐵，稱為(A)延性鑄鐵 (B)展性鑄鐵 (C)可鍛鑄鐵 (D)米漢納鑄鐵。

立即練習P94

( D ) 1. 為了消除鑄造時產生的內應力及軟化材質，以利切削的熱處理是(A)淬火 (B)回火 (C)正常火 (D)退火。

學後評量

一、選擇題

( C ) 1. 含碳量高於4.3%的鑄鐵稱為 (A)亞共晶 (B)共晶 (C)過共晶(D)共析 鑄鐵。

( A ) 2. 鑄鐵之冷卻速度夠慢時，可得 (A)灰 (B)白 (C)斑 (D)黑 鑄鐵。

( B ) 3. 碳在鐵中，成游離狀態並呈黑色片狀結晶稱為 (A)雪明碳鐵(B)石墨碳 (C)波來鐵 (D)肥粒鐵。

( A ) 4. 切削時，下列何種材料本身已具幫助潤滑之功能 (A)石墨鑄鐵(B)軟鋼 (C)18-8 不銹鋼 (D)鋁。

( B ) 5. 灰鑄鐵之鑄件加熱至600℃以上後冷卻，同樣反覆多次加熱及冷卻，其體積逐漸增加而至崩壞為止，這種現象稱為 (A)鑄鐵之變化 (B)鑄鐵之成長 (C)鑄鐵之偏析 (D)鑄鐵之共晶。

( C ) 6. 工作母機之床體部分通常以鑄鐵材料製造，其目的在於 (A)較為便宜 (B)設計容易 (C)具有吸震作用 (D)易於修理。

( A ) 7. 鑄鐵通常根據下列何者來定其規格？ (A)抗拉強度 (B)成分(C)衝擊強度 (D)含碳量。

( B ) 8. 鑄鐵之機械性質中，何種強度最理想？ (A)抗拉強度 (B)抗壓強度 (C)抗剪強度 (D)抗彎強度。

( D ) 9. 為了一併考慮所有主要化學成分對鑄鐵性質的影響，而將碳以外的主要影響元素換算成相當於碳的含量再和原來的含碳量相加，換算後，相加所得的量稱為 (A)比例量 (B)比容量 (C)含碳量(D)碳當量。

( C ) 10. 以下不同碳當量之鑄鐵何者熔點最低 (A)2.5% (B)3.0%(C)4.3% (D)5.0% 碳當量。

( B ) 11. 車床床台以鑄鐵鑄成，常用下列何種處理以消除內應力，增加穩定性？ (A)深冷處理 (B)季化處理 (C)正常化處理 (D)陽極氧化處理。

( C ) 12. 製造火車輪、滾筒的材料常為 (A)耐酸 (B)耐熱 (C)冷硬鑄鐵(D)灰鑄鐵。

( A ) 13. 球狀石墨鑄鐵即為 (A)延性鑄鐵 (B)展性鑄鐵 (C)白鑄鐵(D)冷硬鑄鐵。

( A ) 14. 生產延性鑄鐵(球狀石墨鑄鐵)所加入之球化劑主要為 (A)Mg(B)Si (C)Al (D)Cr。

( C ) 15. 欲消除鑄件之殘留應力，並使之軟化以利切削加工，應進行之熱處理工作為 (A)回火 (B)淬火 (C)退火 (D)正常化 熱處理。

二、問答題

1. 構成鑄鐵的成分有那些？

一般鑄鐵之成分除了Fe 以外是以C、Si 為主，另外含Mn、P、S 等元素，其中Si 有促進石墨化的功能。

2. 說明石墨碳與化合碳的異同點。

鑄鐵中之碳可分為石墨碳及化合碳兩種。當鑄鐵含Si 量多在熔融狀態以緩慢的速度冷卻時，碳易析出成石墨，質軟，呈片狀。當鑄鐵的含Si 量少且冷卻速度較快時，碳和鐵容易化合形成化合碳(碳化鐵即雪明碳鐵)，質硬而脆。

3. 試述影響鑄鐵組織的因素。

鑄鐵中之碳可分為石墨碳及化合碳兩種。當鑄鐵含Si 量多在熔融狀態以緩慢的速度冷卻時，碳易析出成石墨，質軟，呈片狀。當鑄鐵的含Si 量少且冷卻速度較快時，碳和鐵容易化合形成化合碳(碳化鐵即雪明碳鐵)，質硬而脆。由以上之敘述可知鑄鐵的組織大致隨冷卻速度，C 及Si 含量之多少而改變。

4. 何謂碳當量？其值對鑄鐵的影響如何？

就化學組成而言，鑄鐵中C 為最主要之元素，其次為Si 及P。為了瞭解這些元素對鑄鐵的影響，把碳以外的元素經換算為相當於碳之含量，再和原來的碳量相加，所得到的值叫做碳當量(carbonequivalent 或C.E.)。就化學成分的影響而言，C.E.增加時石墨會變粗大，使強度降低，就碳當量與硬度的關係而言，碳當量增大時，硬度會降低。碳當量愈小，鑄鐵的抗拉強度愈大。

5. 何謂鑄鐵之成長？對鑄鐵之影響為何？

鑄鐵在變態點以上反復加熱時，體積會逐漸膨脹而發生裂痕，強度降低，最後導致破壞，此種缺點稱為鑄鐵之成長(growth)現象。而高溫下使用時宜特別留意。

6. 說明理想高級鑄鐵的組織。

理想的高級鑄鐵屬於波來鐵灰鑄鐵，其組織為很細小的石墨均勻分布在波來鐵的基地內。

7. 何謂季化？

將鑄鐵長時間置於室外，則其內應力會慢慢消失，增加穩定性。所以工具機如車床、銑床的床台鑄造成形後，常置於室外即施以季化處理。

8. 何謂接種？

在熔化的鑄鐵溶液中加入鎂或鎂合金作為球化劑(spheroidizer)，同時添加矽鐵作為接種劑(inoculate)，在鑄造狀態就能得到球狀石墨組織。基地可為肥粒鐵或波來鐵，其機械性質如強度、韌性、伸長率等與鋼非常相似。這種鑄鐵稱為延性鑄鐵(ductilecastiron)或球狀石墨鑄鐵(spheroidalgraphitecastiron)。

9. 何謂展性鑄鐵？分成那幾種？

展性鑄鐵是把白鑄鐵鑄件施以適當的熱處理，使之發生脫碳或使雪明碳鐵石墨化而具延展性者。

展性鑄鐵根據熱處理條件或斷面顏色的不同分成黑心展性鑄鐵(blackheartmalleablecastiron)和白心展性鑄鐵(whiteheartmalleablecastiron)兩種。

10. 鑄鐵常用的熱處理法有那些？其目的各為如何？

(1)退火：鑄鐵退火之目的有二，一是除去鑄造時所產生的內部應力，一是使鑄鐵軟化改善切削性。

(2)淬火及回火：低C 低Si 的灰鑄鐵以及含Ni、Cr、Mo、V、Cu 等的合金鑄鐵施以淬火(800～850℃，油冷)時可使其硬化。淬火後的鑄件必要時可回火在180～400℃以增加韌性。

三、填充題

1. 鑄件其斷面呈灰色者，叫 灰鑄鐵 ，其碳之存在幾乎全為 石墨 ，性質較 容易鑄造 。

2. 鑄鐵可依含碳量區分，含碳量低於共晶點(4.3%C)為 亞共晶鑄鐵 ，等於4.3%的為 共晶鑄鐵 ，大於4.3%的為 過共晶鑄鐵 。

3. 為求鑄件之堅強性質，應儘量減少石墨量，含 矽 量減少，冷卻速度加快，可使石墨量減少。

4. 一般鑄鐵，可區分為二類，凡鑄鐵之斷面呈銀白色，有光輝者，稱為 白鑄鐵 ，斷面呈灰色，晶粒粗者稱為 灰鑄鐵 。

5. 鑄鐵反覆多次加熱及冷卻，體積漸次增加至崩壞為止，此種現象即 鑄鐵之成長 。

6. 鑄件放置於露天風吹日晒雨淋，以消除其 殘留應力 之方法，稱為 季化 。

7. 鑄鐵之C.E.值(碳當量)越大，則其抗拉強度 愈低 。

8. 水管之接頭，其材料係使用 展性鑄鐵 。

9. 促使鑄鐵之石墨形成球狀之元素有 球化劑 ， 接種劑 。

10. 展性鑄鐵又稱可鍛鑄鐵，因其熱處理方式不同可分為 白心 展性鑄鐵、黑心 展性鑄鐵、 波來鐵 展性鑄鐵。

11. 延性鑄鐵中的石墨呈 球 狀，而有良好的延性。

12. 鑄鐵最常用的熱處理為 退火 。

第七章 合金鋼

立即練習P14

( B ) 1. 合金鋼的組織，下列何者的抗拉強度最好 (A)肥粒鐵 (B)波來鐵(C)麻田散鐵 (D)變韌鐵。

( A ) 2. 鋼中加入何種合金元素，會讓變態溫度下降，變態速度遲緩(A)Mn、Ni (B)W、Cr (C)Si、Co (D)V、P。

( D ) 3. 下列何種元素含量過多時，會讓鋼有熱脆性 (A) 鉻 (B) 鉬(C)釩 (D)硫。

立即練習P29

( C ) 1. 合金鋼在常溫的組織中，下列何者硬度最高 (A)肥粒鐵 (B)波來鐵 (C)麻田散鐵 (D)沃斯田鐵。

( B ) 2. 合金鋼在常溫的組織中，下列何者不會被磁鐵吸引 (A)波來鐵(B)沃斯田鐵 (C)麻田散鐵 (D)肥粒鐵。

( A ) 3. 鋼中加入合金元素以提高其機械性質，下列何者方式效果最好(A)多樣少量 (B)少樣多量 (C)多樣多量 (D)少樣少量。

( D ) 4. 下列何者是優良的構造用合金鋼 (A)鉻鉬鋼 (B)鎳鉻鋼 (C)鎳鋼 (D)鎳鉻鉬鋼。

( A ) 5. 易削鋼又稱為快削鋼，是鋼中加入那些合金元素，以改善鋼的切削性 (A)硫、鉛 (B)鉻、鉬 (C)釩、鎢 (D)錳、釩。

( C ) 6. CNS 記號中，下列何者表示彈簧鋼 (A)SNCM625 (B)SUM31(C)SUP7 (D)SCM432。

立即練習P44

( C ) 1. 有關合金工具的敘述，下列何者不正確？ (A)高速鋼可耐熱至600℃不軟化 (B)18-4-1 型是鎢系高速鋼 (C)6-6-4-2 型是鈷系高速鋼(D)鑽頭、螺絲攻常用SKS2 製成。

( C ) 2. 高速鋼的淬火溫度約 (A)1000 ℃ (B)1200 ℃ (C)1300 ℃(D)1800℃。

( C ) 3. 有關硬質工具合金的敘述，下列何者正確？ (A)鑄造硬質合金的主要成份是W、Cr、V (B)燒結硬質合金常用Cr 當結合劑(C)燒結硬質合金是用粉末冶金方法製成 (D)可耐熱至1500℃仍具55HRC 硬度。

( D ) 4. CNS 符號中，下列何者是高速鋼 (A)SK7 (B)SKS2 (C)SKD4(D)SKH3。

( A ) 5. 工具鋼的含碳量，一般約為 (A)0.6%～1.5% (B)0.02%～0.2%(C)0.2%～0.5% (D)1.5%～2.0%。

立即練習P57

( D ) 1. 鉻系不銹鋼含多少%以上才算是不銹鋼 (A)6% (B)8% (C)10%(D)12%。

( C ) 2. 有關不銹鋼的敘述，下列何者不正確？ (A)麻田散體系的鉻系不銹鋼適合製作刀具 (B)肥粒體系的鉻系不銹鋼適合製成板、管、桿 (C)18-8 鋼可以被磁鐵吸引 (D)18-8 鋼的耐蝕性比鉻系不銹鋼好。

( B ) 3. 下列何種元素可以改善18-8 鋼的銲接弱化 (A)Al、Cr、Mo(B)Ti、Nb、Ta (C)W、Cr、V (D)Mn、Co、Ni。

( A ) 4. CNS 符號中，下列何者表示麻田散體系不銹鋼 (A)416 (B)430(C)201 (D)316。

立即練習P69

( B ) 1. 有關磁性材料的敘述，下列何者不正確？ (A)磁石鋼的殘留磁力和矯頑磁力都要大 (B)磁石鋼的晶粒愈粗，內應力愈小則矯頑磁力越好 (C)磁心材料的殘留磁力和矯頑磁力都要小 (D)電磁鐵常用純鐵為材料製成。

( A ) 2. 下列何者為強磁性體 (A)Fe、Co、Ni (B)Al、Pt (C)Mn、Cr(D)Au、Ag。

( C ) 3. CNS 符號中， 下列何者表示耐熱鋼 (A)SUP7 (B)SUJ5(C)SUH3 (D)SUM31。

( A ) 4. 磁心材料本身不具磁性，但置於磁場中能馬上變為很強的磁石，而當磁場消失其磁性能立刻消失。下列何者可當磁心材料 (A)矽鋼(B)鉻鋼 (C)鎳鋼 (D)錳鋼。

學後評量

一、選擇題

( B ) 1. 合金鋼中，添加何種元素，會使變態溫度昇高，變態速度遲緩？(A)鎳、錳、鈷 (B)鉻、鎢、鉬 (C)銅、硫、磷 (D)鈦、鉭、磷。

( D ) 2. 合金鋼如增加鉻Cr、鎢W、鉬Mo 等合金元素，亦相當於增加碳鋼之冷卻速度，則雖於空氣中冷卻，亦可得麻田散鐵組織，因此類合金鋼均有自硬性，而稱為 (A)淨鋼 (B)超冷鋼 (C)構造用鋼(D)風硬鋼。

( B ) 3. 改善金屬材料之切削性的方法，可從其化學成分方面來著手，例如快削鋼乃是在鋼料中加入 (A)鎳、鉻 (B)鉛、硫 (C)錳、銻(D)鎳、鎂 等元素即可達到目的。

( B ) 4. JIS SKD61 是 (A)耐衝擊 (B)熱加工模具用 (C)耐磨 (D)切削用 合金工具鋼。

( D ) 5. 高速鋼的回火溫度(℃) (A)50～100 (B)100～200 (C)300～400(D)500～600。

( B ) 6. 製造鑽頭、螺絲攻所用之合金工具鋼為 (A)SKS1 (B)SKS2(C)SKS5 (D)SKS7。

( B ) 7. 鎢鋼片等超硬合金刀尖，自潤軸承，抽線鋼模具等之冶金製造方法叫做 (A)離心力鑄造法 (B)粉末冶金法 (C)包模鑄造法 (D)脫蠟法。

( B ) 8. 高速鋼製刀具在切削時，會發生 (A)一次硬化 (B)二次硬化(C)三次硬化 (D)四次硬化 現象，故刀尖發熱也不會軟化。

( D ) 9. 製造碳化鎢刀具時，所加入之鈷，主要作用為在燒結時 (A)避免氧化 (B)避免脆化 (C)提高韌性 (D)產生液相。

( D ) 10. 18-4-1 型鎢系高速鋼，其成分為鋼基中含有 (A)鉻18%、鎢4%、釩1% (B)釩18%、鉻4%、鎢1% (C)釩18%、鎢4%、鉻1%(D)鎢18%、鉻4%、釩1%。

( C ) 11. 標準型不銹鋼18-8 中其成分為 (A)Ni 18%，Cr 8% (B)Ni 18%，Mo 8% (C)Cr 18%，Ni 8% (D)Cr 18%，W 8%。

( D ) 12. 不銹鋼中主要合金元素為 (A)鐵、碳、銅 (B)鐵、鎢、鉻(C)鐵、銅、鋅 (D)鐵、鎳、鉻。

( C ) 13. 下列何者為軸承鋼的符號 (A)SKH (B)SKD (C)SUJ(D)SUM。

( C ) 14. 含碳量0.08%以下之低碳鋼加入1～4%之矽之電磁用合金鋼其殘留磁力及 (A)矯頑磁力均大 (B)去磁力均小 (C)矯頑磁力均小(D)去磁力均不變，故其磁滯損失較小，可用於電機材料。

( D ) 15. 變壓器及電機之鐵心材料大部份採用 (A)鎢鋼 (B)錳鋼 (C)銅鋼 (D)矽鋼。

二、問答題

1. 試說明鎢對合金鋼性質之影響。

(1) 增加低鎢(1.0～2.5％)合金鋼之強度及韌性。

(2) 使高鎢(16～20％)合金鋼切削工具具有紅熱硬性之特性。

① 增加鋼之硬化能，使鋼堅硬而耐磨。

② 可增加鋼之強磁性，可做永久磁鐵。

③ 可抵抗鋼的回火軟化。

2. 何謂硬化能？那些元素能增加鋼之硬化能？

鋼淬火時，表示硬化深度的大小之性質稱為硬化能(hardenability)。合金元素中以Mn 最能增加鋼之硬化能，其次是Mo、Cr、Si 及Ni 依序減小。又同時添加數種元素時，其硬化能更明顯的增加。

3. 何謂鋼之回火脆性？並說明如何防止。

於淬火後之Ni-Cr 鋼或Mn-Cr 鋼從500～650℃的回火溫度緩緩冷卻時，其韌性有顯著降低的現象，這種特殊的現象，稱為高溫回火脆性。若於鋼中加入適量的Mo 或採急冷方式操作即可有效防止。

4. 何謂鎳鉻鉬鋼的自硬性？

此鋼之熱處理，一般是自820～870℃淬火於油中，再回火於580～680℃後急冷之。而Ni、Cr、Mo 含量均高者，其硬化能更大，雖在空氣中緩冷也可充分硬化，故又稱為自硬鋼(self-hardeningsteel)，如SNCM630 即具有此種自硬性。

5. 構造用合金鋼中何以Ni-Cr-Mo 鋼最為優秀？試說明理由。

Ni-Cr-Mo 鋼由於含Mo，使硬化能大增，其淬火有效值徑可達200mm 以上。回火軟化之抵抗性大，可在高溫回火，而得到很高的強韌性。Mo 同時可改良Ni-Cr 鋼高溫回火脆性之缺點，故是最優良的構造用鋼。

6. 易切鋼分成那二種，各有何優劣點？

(1) 硫系易切鋼：鋼中添加S 與Mn 時，其MnS 會使切屑變短而容易切削。鋼中同時添加少量的P，使鋼質變脆致切削性更好。唯此種鋼因雜質含量較多，對機械性質有不良影響。下表 係硫系易切鋼之組成。

(2) 鉛系易切鋼：碳鋼或合金鋼中加Pb 均可改善切削性，對機械性質則影響不大。Pb 是以微粒狀態均勻分布於鋼內，切削時可使切屑變細，並且具有潤滑作用。

7. 切削合金工具鋼的主要用途有那些？

切削合金工具鋼之含碳量較高，同時含Cr、W 等以增加硬化能及耐磨性。

8. 何謂高速鋼的紅熱硬性？

高速鋼因為適合於高速切削，故得名為高速鋼。此鋼在工作時由於高速摩擦會產生高熱，但是刀口不但不軟化(可耐熱至600℃)，切削能力及硬度反而提高， 此種性質稱為高速鋼的紅熱硬性(redhardness) 或稱為二次硬化(secondaryhardening)。

9. 18-4-1 高速鋼之意義為何？

高速鋼含W、Cr、Mo、V 等元素，種類很多，其中含W18％、Cr4％、V1％之所謂的18-4-1 型是最基本的鎢系高速鋼。

10. 何謂強磁性體、反磁性體？

將鐵片接近磁石時，磁石會吸引鐵片，這是因為磁石所產生的磁場會使鐵片磁化而相互吸引的緣故，這種在磁場內容易磁化的物質稱為強磁性體(ferro-magneticmaterial)。另外有些物質置於強磁場內時由於生成極性相同的磁極而互相排斥，但是因為強度很小而不會相斥， 這種物質稱為反磁性體或逆磁性體(diamagneticmaterial)。

三、填充題

1. 鋼中加入錳或 鎳 ，可使變態溫度下降，變態速度遲緩。

2. 鋼中加入 銅 、 硫 對變態溫度及變態速度無影響。

3. 有回火脆性之鎳鉻鋼中加入 鉬 可防止這種缺點。

4. 汽車用的彈簧鋼多用 矽錳 鋼。

5. 鋼琴線(Piano Wire)係一種具有大韌性及高抗拉強度之鋼線，一般均用作為 彈簧 之材料。

6. 易切鋼中，通常是指在鋼中加入 S 或 Pb 。

7. 高速鋼的淬火溫度為 1300℃ ，回火溫度為 550～600℃ 。

8. 高速鋼中若添加了 鈷 ，則可增加高速鋼之切削能力。

9. 碳化物刀具的主要成分為 W 、 Co 、 Ti 。

10. 下列常用刀具材料，切削時溫度高達多少尚不致退火軟化，並有紅熱硬性效能①高速鋼 600℃ ；②stellite 800℃ ；③碳化物刀具 1100℃ 。

11. 高速鋼中含有碳、鉻、鎢及釩等合金成分，用作切削工具，可耐高溫，增強硬度及切削能力者，此種性能稱為 紅熱硬性 。

12. 碳化鎢刀片為 碳化鎢粉 及 鈷粉 混合後，在模中加壓，再經燒結 而成。

13. 不銹鋼中主要的合金元素是 Fe-Cr-C ，高速鋼中主要的合金元素是W 和 Cr 。

14. 不銹鋼在大氣中不生銹，是因其表面生成連續的 氧化鉻薄膜 ，有保護作用。

15. 18-8 型不銹鋼的含鉻量約為18%，含鎳量約為8%，並不具鐵磁性，其晶體結構屬於 沃斯田鐵 。

補充試題

( C ) 1. 下列何種合金鋼有高溫回火徐冷脆性 (A)鉻鉬鋼 (B)錳鋼(C)鎳鉻鋼 (D)鎢鋼。

( B ) 2. 在鋼中加入何種元素可增加鋼的切削性 (A)錳 (B)鉛 (C)矽(D)鉻。

( A ) 3. 下列何種元素可改善鎳鉻鋼的高溫回火脆性 (A)Mo (B)Ti(C)Sn (D)Mn。

( A ) 4. 下列何種元素可使變態溫度增加，變速速度遲緩 (A)W (B)Ni(C)Mn (D)Cu。

( D ) 5. 某種元素可使變態速度遲緩，即使恆溫變態的S 曲線 (A)上移(B)下移 (C)左移 (D)右移。

( B ) 6. 對於高速度鋼刀具，下列何者錯誤 (A)強韌性大於碳化鎢刀具(B)可耐熱至800℃ (C)具二次硬化能力 (D)具紅熱硬性。

( D ) 7. 高速鋼施以淬火時，其加熱溫度至少為 (A)900℃ (B)1000℃(C)1100℃ (D)1300℃。

( A ) 8. 含鉻量超過多少百分比以上為不銹鋼 (A)12 (B)13 (C)14(D)15。

( B ) 9. 下列何者錯誤？ (A)鉻系不銹鋼可被磁鐵吸引具磁性 (B)鉻系不銹鋼可耐硫酸腐蝕 (C)鉻鎳系不銹鋼不可被磁鐵吸引無磁性(D)鉻鎳系不銹鋼不能淬火硬化。

( C ) 10. 沃斯田鐵型不銹鋼又稱為 (A)13-Cr 鋼 (B)18-4-1 鋼 (C)18-8 鋼(D)6-6-4-2 鋼。

( C ) 11. 不銹鋼之所以不生銹是因為 (A)經過特殊之陽極處理 (B)鉻不易氧化 (C)鈍化 (D)材料中有一種抗氧化金屬間化合物。

( D ) 12. 恆範鋼其主要合金成份是 (A)鉻 (B)鎢 (C)鉬 (D)鎳。

( B ) 13. 矽錳鋼常作為何種鋼材 (A)氮化鋼 (B)彈簧鋼 (C)易削鋼(D)工具鋼。

( C ) 14. 交流馬達鐵心多用薄矽鋼片重疊而成，其主要目的是減少 (A)離散損失 (B)磁滯損失 (C)渦流損失 (D)銅損失。

( B ) 15. 磁心材料能自較弱的磁場很快變為很強的磁場，且電流方向改變而磁場方向改變時，磁化的方向也很容易改變的特性是 (A)磁滯損失大 (B)磁滯損失少 (C)渦流損失少 (D)渦流損失大。

第六章 鋼之表面硬化處理

6-1火焰加熱及感應電熱硬化法

立即練習P191

( D ) 1. 下列敘述何者錯誤 (A)火焰硬化的優點是施工容易且設備便宜(B)火焰硬化法是用氧乙炔火焰加熱 (C)高週波硬化法是使鋼表面產生渦電流 (D)高週波硬化法的缺點是硬化層不均勻。

( B ) 2. 下列何者非物理式的表面硬化法 (A)火焰硬化法 (B)滲碳法(C)高週波硬化法 (D)雷射表面硬化法。

( C ) 3. 下列何者非化學式的表面硬化法 (A)氮化法 (B)滲硼法 (C)高週波硬化法 (D)滲硫法。

6-2 滲碳硬化法

立即練習P195

( C ) 1. 固體滲碳法常加入的促進劑是 (A)碳酸鉀 (B)硫酸鈉 (C)碳酸鋇 (D)硼砂。

( B ) 2. 大量生產滲碳工件時，常使用下列何法 (A)固體滲碳法 (B)氣體滲碳法 (C)滲碳氮化法 (D)氰化法。

( A ) 3. 欲使滲碳層的厚度大，應 (A)溫度高、時間長 (B)溫度低、時間長 (C)溫度高、時間短 (D)溫度低、時間短。

6-3 氮化法

立即練習P198

( A ) 1. 氮化法是使用下列何種氣體 (A)氨氣 (B)天然氣 (C)氰化鈉(D)煤氣。

( C ) 2. 有關氮化法的敘述下列何者正確 (A)氮化的表面硬度比滲碳法低(B)氮化所需的時間很短 (C)氮化層無法很厚 (D)碳鋼的氮化效果佳。

6-4 鍍層硬化法

立即練習P199

( C ) 1. 有關鍍鉻硬化法的敘述下列何者錯誤 (A)工件應置於負極 (B)通以低電壓大電流的直流電 (C)鍍鉻前不需任何處理 (D)有表面美觀、不生銹的優點。

( D ) 2. 鍍鉻硬化法中最常連接於正極的金屬是 (A)銅板 (B)鋁板 (C)鐵板 (D)不銹鋼板。

6-5 其他表面硬化法

立即練習P201

( D ) 1. 下列何者是使鋼材表面滑化，防止熔著的表面硬化法 (A)滲鉻法(B)滲硼法 (C)氮化法 (D)滲硫法。

( A ) 2. 下列何者是利用冷加工方式，以提高工件的表面硬度 (A)珠擊法(B)物理氣相蒸鍍法 (C)電漿噴射法 (D)滲硫法。

( D ) 3. 將高速鋼的銑刀表層沉積一層金黃色的氮化鈦，以提高硬度及耐磨性的是 (A)電漿噴敷法 (B)滲氮法 (C)火焰塗佈法 (D)化學氣相蒸鍍法。

學後評量

一、選擇題

( D ) 1. 凡心部需要強韌，表層需要高硬度以耐磨耗之鋼或合金鋼，應實施(A)淬火 (B)回火 (C)退火 (D)表面硬化。

( B ) 2. 高週波淬火又稱為 (A)火焰硬化法 (B)感應電熱硬化法 (C)滲碳法 (D)氮化法。

( C ) 3. 含碳量於 (A)0.15～0.25% (B)0.25～0.35% (C)0.35～0.70%(D)0.75～1.0% 之鋼最適宜高週波硬化法。

( D ) 4. 以下何者是表面硬化的方法 (A)球化 (B)正常化 (C)恆溫熱處理 (D)氮化法。

( C ) 5. 適用於火焰加熱硬化之鋼材，其含碳量通常為 (A)0.20%以下(B)0.20～0.30% (C)0.35～0.70% (D)0.75～1.0%。

( C ) 6. 車床床軌之熱處理方法，係採用 (A)氰化法 (B)氮化法 (C)高週波硬化 (D)火焰硬化。

( B ) 7. 下列何種工件需表面硬化 (A)鋼筋 (B)齒輪 (C)車床底座 (D)普通螺栓。

( D ) 8. 低碳鋼經表面滲碳及淬火硬化後，最外層可變成 (A)亞共析鋼(B)共析鋼 (C)過共析鋼 (D)麻田散鐵。

( B ) 9. 一般適宜表面滲碳之鋼材， 其含碳量約為 (A)0.025% 以下(B)0.20～0.25% (C)0.05～0.1% (D)0.45%以下。

( B ) 10. 低碳鋼之表面硬化適用下列何法 (A)氮化法 (B)滲碳法 (C)感應硬化 (D)火焰硬化。

( B ) 11. 下列何者敘述正確 (A)滲碳時溫度宜上下波動調整之 (B)鋼料欲滲碳之部分表面須光潔而無油垢 (C)軸類的鋼料宜平放於熱處理爐內 (D)滲碳材料可隨意放置箱內。

( B ) 12. 表面硬化法中何種方法易生劇烈毒氣 (A)固體滲碳法 (B)氰化法 (C)滲硼法 (D)氮化法。

( B ) 13. 固體滲碳劑以何者為主要成分 (A)碳酸鉀 (B)木炭粉 (C)氰化鈉 (D)硫酸。

( D ) 14. 氰化法是一種 (A)固體滲碳法 (B)氣體滲碳法 (C)氮化法 (D)液體滲碳氮法。

( B ) 15. 滲碳法表面硬化，若有不必滲碳之部分，可事先鍍上一層 (A)鉛(B)銅 (C)鎂 (D)鎳。

( A ) 16. 滲碳處理後 (A)需要再淬火、回火後才可使用 (B)不需要熱處理(C)只需回火處理 (D)只需淬火。

( C ) 17. 下列何者適用於含碳量在0.2%以下之低碳鋼的表面硬化處理？(A)低溫回火 (B)火焰加熱硬化法 (C)滲碳法 (D)感應電熱硬化法。

( C ) 18. 有一低碳鋼製品，希望增加其表面硬度，下列何者最可行？ (A)淬火 (B)表面滲氮法 (C)表面滲碳法 (D)退火。

( B ) 19. 以低碳鋼做滲碳處理的目的在增加 (A)表面耐蝕性 (B)表面硬化層 (C)延展性 (D)韌性。

( B ) 20. 為避免過分變形，精密零件宜用 (A)滲碳法 (B)氮化法 (C)氰化法 (D)感應硬化法。

( C ) 21. 表面硬化處理較費時間之方法是 (A)滲碳法 (B)氰化法 (C)氮化法 (D)高週波硬化法。

( D ) 22. 氮化法表面硬化所使用的材料為 (A)純鐵 (B)碳鋼 (C)鎳鋼(D)鋁鉻鉬鋼。

( A ) 23. 氮化表面硬化法是使用 (A)NH3 (B)NO2 (C)NO (D)CH4。

( B ) 24. 氮化法之表面硬化，通常加熱於 (A)100℃ (B)500℃ (C)800℃(D)1000℃。

( C ) 25. 含下列何種合金元素的特殊鋼不易因氮化處理而硬化？ (A)鋁(B)鉻 (C)鎳 (D)錳。

( B ) 26. 精密機件之表面硬化 (A)應採用滲碳法 (B)應採用氮化法 (C)兩種方法均很理想 (D)兩種方法均不理想。

( C ) 27. 氮化為一種 (A)正常化 (B)季化 (C)表面硬化 (D)全硬化 之熱處理方法。

( A ) 28. 表面滲氮硬化法適用材質為 (A)含鋁合金 (B)低碳鋼 (C)中碳鋼 (D)高碳鋼。

( A ) 29. 鋼件置於氨氣中，在500℃附近的溫度長時間加熱，而使表面硬化之法為 (A)氮化法 (B)滲碳法 (C)高週波表面硬化法 (D)火焰硬化法。

( B ) 30. 鋼料表面硬化法中，施行前鋼料須先經淬火、回火處理，使其組織變成回火麻田散鐵組織，以利其表面硬化層形成的表面硬化法為(A)滲碳法 (B)滲氮法 (C)氰化法 (D)加銲硬表面法。

( C ) 31. 鍍層硬化法最常用者以鍍 (A)金 (B)銀 (C)鉻 (D)鋅。

( D ) 32. 可以增加工件的硬度及疲勞抵抗的表面硬化法為 (A)鍍銅 (B)滲碳法 (C)滲硼法 (D)珠擊法。

( D ) 33. 下列表面硬化法中，那一種硬化方法能得到最大的表面硬度？ (A)滲硼法 (B)氮化法 (C)滲硫法 (D)蒸鍍類鑽碳膜。

( A ) 34. 滲碳、氮化、滲硼熱處理之作業是一種 (A)表面硬化 (B)組織正常化 (C)調質 (D)退火 之熱處理作業。

( C ) 35. 近年來表面塗層端銑刀已常用在加工上，若銑刀刃呈金黃色則可能其上濺鍍有 (A)氧化鋁 (B)碳化矽 (C)氮化鈦 (D)碳化鈦 塗層。

( D ) 36. 下列何者不屬於表面硬化之熱處理 (A)滲碳法 (B)氰化法 (C)氮化法 (D)球化法。

二、問答題

1. 鋼為何需要實施表面硬化處理？

鋼之表面硬化處理(surface hardening)係使鋼之表層(case)硬化，心部(core)仍保持原有韌性之方法。例如各種機械用之軸、齒輪、凸輪、離合器，因其表面互相接觸摩擦，故必須具有足夠的硬度、強度以耐磨耗，且必須承受振動或衝擊而不致斷裂，故心部必須具有相當的韌性。為了同時適應這兩方面的要求，唯有選擇強韌之鋼並施以表面硬化處理，使表面具有高硬度而耐磨耗，內部仍保持相當的韌性而耐衝擊。

2. 試比較火焰硬化法與高週波硬化法的特性。

火焰硬化法的優點是設備簡單且經濟、施工容易。缺點是硬化層較不均勻，因火焰大小、強度、移動速度皆難以精確控制，故難使材料之表層均勻加熱，尤其是形狀複雜的工件。感應電熱硬化法之優點是效率很高(加熱時間約15～60 秒)，操作費用極低。加熱溫度可用電流頻率數輕易調節，且熱影響範圍小，結晶粒較細，硬化層較均勻如車床床軌的表面硬化常用此方法。缺點是因加熱時間太短，碳化物無法充分溶入沃斯田鐵，且設備費昂貴。

3. 常用的表面硬化法有那些？

一般常用的表面硬化處理法有下列數種：

(1) 火焰硬化法(flame hardening)

(2) 感應電熱硬化法(induction hardening)

(3) 滲碳硬化法(carburization hardening)

(4) 氮化法(nitriding)

(5) 滲碳氮化法(carbonitriding)

(6) 鍍層硬化法

(7) 其他表面硬化法

前兩種用於可淬火硬化之中、高碳鋼。第3、5 種則用於不能淬火硬化的低碳鋼。第4 種則用於含Al、Cr 等合金鋼。

4. 滲碳法可分為幾種，並說明其特點。

滲碳硬化法是利用碳原子對低碳鋼表面之滲透擴散，使表層變成高碳鋼後，再淬火硬化之。由於所使用的滲碳劑不同，所以滲碳法可分為固體滲碳法及氣體滲碳法及液體滲碳法等。

(1) 固體滲碳法：用固定的滲碳劑、鋼料、溫度而以調整加熱時間來控制其滲碳厚度，加熱時間愈長滲碳層厚度愈厚。鋼材表面若有不欲滲碳之部份，須鍍銅或以耐火黏土拌水玻璃塗抹之，可得有效之隔絕。

(2) 氣體滲碳法：最大特點是可調整氣體的組成，加熱溫度及保溫時間，使獲得適當之含碳量及其滲碳層的厚度。唯氣體滲碳時必須使氣體流通或以風扇攪拌，使爐內滲碳氣體能經常保持均勻的濃度，以防止發生局部滲碳不均勻的現象。大規模生產時，通常用氣體滲碳法。

(3) 液體滲碳法：滲碳氮化之方法是將滲碳氮化劑(典型的成份為45～50%NaCN、20～30%及15～25%NaCl)加熱溶融並維持在750℃～900℃之溫度，把待處理的零件置於其內浸漬15～60 分鐘後，取出水冷或油冷即完成作業。其操作簡單迅速、價廉、表面極硬且耐蝕性佳。氰化物因含有劇毒，若與皮膚傷口接觸，或誤入口中，有致命之虞。若氰化物與酸接觸，會產生有毒的煙，須避免吸入，故於操作時必須極端小心。

5. 試說明滲碳鋼之熱處理方法。

滲碳後的鋼必須施以熱處理方可使用，而滲碳後的鋼料其表層含碳量較高，心部含碳量仍低，二者的變態溫度不一致，故很難決定適當的淬火溫度。又由於表層有過共析鋼組織，必須加熱至Acm 溫度以上(常達900℃以上)，方可使變成完全沃斯田鐵，但由於溫度高，易使心部晶粒變成粗大，影響韌性，所以淬火作業宜分二次進行，如圖所示。

第一次淬火之目的在於使心部組織微細化並消除滲碳層高碳部份之網狀雪明碳鐵。故加熱心部至剛起沃斯田鐵變態，在晶粒尚未成長之時油淬之。由於加熱溫度高，表層之過共析之網狀雪明碳鐵可固溶於沃斯田鐵內而消除。

第一次淬火後，如有作機械加工之必要，可行退火以軟化之，否則即可進行第二次淬火。

第二次淬火之加熱溫度較低，在A1 與Acm 之間，水淬之。其目的在使滲碳層變成麻田散鐵基地中有許多球狀碳化物存在，以增加其耐磨性。若為消除殘留沃斯田鐵，可繼續作深冷處理。

6. 何謂氰化法？

利用氰化鈉(NaCN)之熔融鹽劑，將鋼浸於其中，因在高溫下NaCN 會分解產生初生態N 及C，可同時滲碳及氮化，使表面生成0.2mm 以下薄硬化層。此法因滲碳與氮化同時進行，故稱為滲碳氮化法，又稱為氰化法。

7. 何謂氮化用鋼？

氮化用鋼是指含碳量在0.2～0.5%間，含Al、Cr、Mo、V 等合金元素一種或多種之鋼。鋁主要提高表面硬度；鉻可加深氮化層、鉬可阻止在氮化溫度長時間加熱時發生的回火脆性，又可緩和氮化時表面層的過脆現象。

8. 試比較滲碳法與氮化法之特點。

氮化法與滲碳法比較，則氮化法的優點有表面硬度極高、耐酸性大、變形量極小、不需要再淬火。其缺點為氮化時間過長，氮化層無法很厚。

9. 試說明鍍鉻硬化法的優點有那些？

適用於模具、量規及工具或高精密的零件。其優點是表面硬度高、摩擦係數小、耐蝕性耐磨耗性高及表面美觀、不生銹等。

三、填充題

1. 鋼件表面須耐磨，心部須強韌者，則此材料需實施 表面硬化 處理。

2. 齒輪的接觸應力很大，容易導致磨耗或疲勞，工業界常將齒面做 表面硬化處理 ，以克服齒輪的磨耗及疲勞。

3. 鋼之表面硬化常採用：滲碳法、氮化法、感應電熱硬化法、電解淬火法、火焰硬化法及 鍍層硬化法 六種。

4. 高碳鋼經淬火及回火處理後，得55 HRC 之硬度，如表面硬度需再提高至65 HRC 以上時，則宜採用 表面硬化 熱處理。

5. 鋁鉻鉬合金鋼之表面硬化法適用於 氮化 法。

補充試題解答

一、選擇題

( D ) 1. 下列何者非表面硬化法 (A)氮化法 (B)高週波感應硬化法 (C)物理氣相沉積法 (D)球化處理法。

( D ) 2. 齒輪的表面硬化以採用下列何者較佳 (A)氰化法 (B)氮化法(C)滲碳法 (D)高週波感應硬化。

( A ) 3. 固體滲碳件常鍍何種金屬，以防止該部份滲碳 (A)銅 (B)鎂 (C)鋁 (D)鈷。

( C ) 4. 過共析鋼淬火時，其加熱溫度約為 (A)450 (B)680 (C)780(D)1148 ℃。

( B ) 5. 有關滲碳法，下列何者正確 (A)固體滲碳常在木炭粉中加入硫酸銅 (B)氣體滲碳常用天然氣、煤氣作為滲碳劑 (C)液體滲碳常用氰化鈉為滲碳劑，蒸氣無毒性 (D)滲碳完不需淬火，即很硬。

6-3 ( D ) 6. 下列何者正確 (A)氮化用鋼為含Ni，Sn 的合金鋼 (B)滲碳淬火的鋼比氮化法硬 (C)氮化鋼加熱至500℃即軟化 (D)氮化後的鋼不需再淬火即很硬。

( D ) 7. 氮化法的鋼品於不需氮化部份，鍍上何種金屬 (A)鋁 (B)鉻 (C)釩 (D)錫。

( C ) 8. 下列何者表面硬化法的變形量較小 (A)火焰硬化法 (B)滲碳法(C)氮化法 (D)球化。

( B ) 9. 表面硬化法的電解淬火是將淬火件置於 (A)陽極 (B)陰極 (C)南極 (D)北極。

( C ) 10. 珠擊法的目的是使材料 (A)提高表面之滑度 (B)增加軟化 (C)增加疲勞限 (D)成型。

第五章 碳鋼之熱處理

5-1 鐵碳平衡圖

立即練習P142

( D ) 1. 下列何者正確 (A)α固溶體稱為沃斯田鐵 (B)γ固溶體稱為雪明碳鐵 (C)Fe3C 即是肥粒鐵 (D)共析鋼內都是波來鐵。

( C ) 2. 1%的C和Fe 化合後會變成幾%的Fe3C (A)5% (B)10% (C)15%(D)20%。

( D ) 3. Fe-C 平衡圖中，其共晶溫度是 (A)210℃ (B)727℃ (C)912℃(D)1148℃。

( B ) 4. 下列何者非Fe-C 平衡圖中的變態反應 (A)包晶 (B)偏析 (C)共析 (D)共晶。

( A ) 5. Fe-C 平衡圖中，其共析溫度是 (A)727℃ (B)912℃ (C)1148℃(D)1400℃。

( A ) 6. Fe3C 在常溫有磁性，當溫度升高到210℃會失去磁性，這種變態稱為 (A)A0 (B)A1 (C)A2 (D)A3。

( C ) 7. Fe-C 平衡圖中有幾條水平的變態線 (A)1 (B)2 (C)3 (D)4。

( A ) 8. 鋼因為具有下列何種變態才導引出熱處理理論，使鋼具有許多優良的性質 (A)A1 (B)A2 (C)A3 (D)A4。

5-2 恆溫變態曲線圖與連續冷卻曲線圖

立即練習P154

( D ) 1.有關變態成麻田散鐵的敘述，下列何者錯誤 (A)體積會膨脹 (B)是由沃斯田鐵剪變而成 (C)組織是體心正方格子 (D)變態的量恒為時間的函數，與溫度無關。

( B ) 2.列敘述，何者正確 (A)殘留沃斯田鐵是安定相 (B)波來鐵變態是碳原子的移動(即擴散) (C)含碳量愈高，鋼的Ms 與Mf 溫度愈高(D)鋼的Ms 與Mf 溫度與冷卻速度有關。

( C ) 3.下列何種組織是恒溫變態特有的產物 (A)粗波來鐵 (B)細波來鐵 (C)變韌鐵 (D)麻田散鐵。

( C ) 4.下列敘述何者錯誤 (A)恒溫變態曲線又稱為S 曲線 (B)欲在短時間內得到粗波來鐵，應使用恒溫變態熱處理 (C)碳鋼的含碳量愈低，S 曲線愈向右移 (D)合金鋼中的Ni、Cr、Mo 會使S 曲線右移。

( A ) 5.鋼中的組織，下列何者硬度最高 (A)雪明碳鐵 (B)麻田散鐵 (C)變韌鐵 (D)波來鐵。

5-3 碳鐵之熱處理方法

立即練習P167

( A ) 1. 使鋼的硬度增大，應實施下列何種熱處理 (A)淬火 (B)回火 (C)退火 (D)正常化。

( C ) 2. 使鋼的材質變軟，應實施下列何種熱處理 (A)淬火 (B)回火 (C)退火 (D)正常化。

( B ) 3. 鋼在淬火後，能被硬化的深度稱為 (A)質量效應 (B)硬化能 (C)正常化 (D)球化。

( D ) 4. 高溫回火時，將淬火鋼加熱至 (A)150℃～200℃ (B)200℃～400℃ (C)400℃～500℃ (D)500℃～700℃。

( C ) 5. 欲使鋼中片狀或網狀的雪明碳鐵變成球形，使鋼料易於切削，應實施 (A)完全退火 (B)製程退火 (C)球化退火 (D)弛力退火。

( A ) 6. 欲在短時間內得到粗波來鐵組織，應實施 (A)恒溫退火 (B)恒溫回火 (C)麻回火 (D)麻淬火。

5-4 熱處理爐及其週邊設備

立即練習P174

( A ) 1. 熱處理使用的電爐，其金屬電熱線常使用下列何種金屬製成(A)Ni-Cr 線 (B)Ni-Cu 線 (C)SiC 線 (D)W 線。

( C ) 2. 熱處理時為了防止鋼材的氧化與脫碳，應使用何種爐加熱 (A)鹽浴爐 (B)電爐 (C)真空爐 (D)高週波爐。

( D ) 3. 車床的床軌、齒輪之表面硬化熱處理，常使用何種爐 (A)電爐 (B)鹽浴爐 (C)真空爐 (D)高週波爐。

( B ) 4. 量測熱處理爐的溫度大都使用何種設備 (A)水銀溫度計 (B)熱電偶 (C)酒精溫度計 (D)光學高溫計。

( D ) 5. 可量測 1480℃ 的 PR 熱電偶是使用下列那對金屬製成 (A)W，Cr (B)Ni，Cr (C)Ni，Cu (D)Pt，Rh。

學後評量

一、選擇題

( B ) 1. 鋼之A1變態點之溫度是 (A)210℃ (B)727℃ (C)770℃ (D)912℃。

( B ) 2. 沃斯田鐵的碳最高溶解度為 (A)1.0% (B)2.0% (C)1.5%(D)1.3%。

( A ) 3. 含碳量為 (A)0.02% (B)0.1% (C)0.2% (D)2.0% 以上的Fe-C合金才會發生A1 變態。

( B ) 4. 雪明碳鐵的磁性變態溫度是 (A)100℃ (B)210℃ (C)727℃(D)770℃。

( D ) 5. 有關鐵碳平衡圖的敘述，下列何者正確？ (A)A1 溫度高於A3 (B)A1 變態只發生於共析鋼 (C)A3 變態的初析物是雪明碳鐵 (D)A1是共析變態。

( A ) 6. 下列何者不是純鐵的同素變態點溫度？ (A)A1 (B)A3 (C)A4(D)1400℃。

( D ) 7. 鐵碳平衡圖中含碳量在2.0%～4.3%之組織稱為 (A)亞共析鋼(B)過共析鋼 (C)共析鋼 (D)亞共晶鑄鐵。

( D ) 8. 鐵碳平衡圖中之共析點，含碳量為 (A)6.67% (B)4.3% C)2.0%(D)0.77%。

( C ) 9. 在鐵碳平衡圖中，A1 變態線(溫度約727℃)又稱為 (A)共晶線 (B)偏晶線 (C)共析線 (D)偏析線。

( D ) 10. 在鐵碳平衡圖中，γ(沃斯田鐵)固溶體在下列何種溫度時，碳溶解度最高 (A)常溫 (B)210℃ (C)727℃ (D)1148℃。

( D ) 11. 純鐵的金相組織為肥粒鐵，其碳的最高溶解度為 (A)6.67%(B)4.32% (C)2.14% (D)0.02%。

( B ) 12. 鐵碳平衡圖中，沃斯田鐵同時析出肥粒鐵與雪明碳鐵的共析線(即A1 變態點)，其溫度為 (A)210℃ (B)727℃ (C)912℃ (D)1400℃。

( B ) 13. 鋼之含碳量與熔點關係為 (A)含碳量愈多，熔點愈高 (B)含碳量愈多，熔點愈低 (C)以共析點熔點最低，增加或減少含碳量，均使熔點增高 (D)共析點熔點最高，增加或減少含碳量，均使熔點降低。

( C ) 14. 有關鑄鐵和鋼的敘述，下列何者不正確？ (A)低碳鋼的延性較灰口鑄鐵佳 (B)都屬於鐵類金屬 (C)鋼的含碳量高於鑄鐵 (D)鑄鐵中常含1%～3%的矽。

 ( C ) 15. 沃斯田鐵狀態的共析鋼在空氣中冷卻時，所得的組織是 (A)吐粒散鐵 (B)粗波來鐵 (C)糙斑鐵 (D)麻田散鐵。

( C ) 16. 鋼中含碳量愈少，則 (A)肥粒鐵組織愈少，對熱處理反應良好 (B)肥粒鐵愈多，熱處理反應良好 (C)肥粒鐵愈多，對熱處理不生反應 (D)肥粒鐵愈少，對熱處理不生反應。

( A ) 17. 下列何者抗拉強度最大 (A)共析鋼 (B)亞共析鋼 (C)過共析鋼(D)肥粒鐵。

( B ) 18. 鋼之波來鐵組織是何者共析而成 (A)肥粒鐵與沃斯田鐵 (B)肥粒鐵與雪明碳鐵 (C)沃斯田鐵與雪明碳鐵 (D)肥粒鐵與變韌鐵。

( A ) 19. 碳化鐵(雪明碳鐵)為 (A)色白質脆硬 (B)色黑質脆硬 (C)色白質柔軟 (D)色黑質柔軟 之組織。

( D ) 20. 麻田散鐵變態的量與 (A)時間有關 (B)溫度無關 (C)溫度愈低，量愈少 (D)溫度愈低，量愈多。

( C ) 21. 麻田散鐵開始生成之溫度及變態完全之溫度與 (A)冷卻速度有關(B)含碳量無關 (C)含碳量愈多愈低 (D)含碳量愈多愈高。

( B ) 22. 含碳量為1.0%之碳鋼自高溫慢慢冷卻到常溫時其組織為 (A)肥粒鐵與波來鐵 (B)波來鐵與雪明碳鐵 (C)沃斯田鐵與雪明碳鐵(D)麻田散鐵與雪明碳鐵。

( A ) 23. 將碳鋼(含碳量0.77%)從沃斯田鐵狀態急冷(淬火)後，可得到何種主要金相組織？ (A)麻田散鐵 (B)雪明碳鐵 (C)肥粒鐵 (D)鑄鐵。

( D ) 24. 鋼從沃斯田鐵狀態急冷(水冷)時，波來鐵變態受阻，可得碳過飽和固溶的固溶體稱為 (A)金屬間化合物 (B)雪明碳鐵 (C)過共析鋼 (D)麻田散。

( A ) 25. 含碳量在0.77%的碳鋼，徐冷至常溫時，其組織為 (A)全部成為波來鐵 (B)全部成為麻田散鐵 (C)波來鐵與雪明碳鐵 (D)波來鐵與麻田散鐵。

( D ) 26. 麻田散鐵的結晶構造是 (A)BCC (B)FCC (C)HCP (D)BCT 。

( D ) 27. 共析鋼從沃斯田鐵狀態，在爐中緩慢冷卻時，可得 (A)麻田散鐵(B)細波來鐵 (C)中波來鐵 (D)粗波來鐵。

( C ) 28. 亞共析鋼加熱至A3 線以上之溫度，再徐冷至常溫，所得的混合組織為 (A)沃斯田鐵(γ)＋波來鐵(P) (B)沃斯田鐵(γ)＋肥粒鐵(α)(C)肥粒鐵(α)＋波來鐵(P) (D)波來鐵(P)＋雪明碳鐵。

( D ) 29. 麻田散鐵，為固溶碳素之 (A)沃斯田鐵 (B)δ-Fe (C)肥粒鐵 (D)結晶格子變形之肥粒鐵。

( C ) 30. 鋼之恆溫變態圖中的曲線又稱 (A)C-C-T 曲線 (B)C-T-T 曲線(C)T-T-T 曲線 (D)T-T-C 曲線。

 ( B ) 31. 完全退火的目的在使鋼 (A)消除內應力 (B)完全軟化 (C)完全硬化 (D)增加強度。

( A ) 32. 製程退火的目的在使鋼 (A)消除內應力 (B)完全軟化 (C)完全硬化 (D)增加強度。

( C ) 33. 下列對於淬火液的敘述何者不正確 (A)比熱要大 (B)導熱度要大 (C)揮發性要大 (D)黏度要小。

( B ) 34. 要使鋼件的組織安定性增加宜用 (A)淬火 (B)回火 (C)退火(D)球化 處理。

( B ) 35. 鋼之正常化溫度，亞共析鋼在Ac3 上方50℃～70℃，過共析鋼在(A)Ac1 (B)Acm (C)Ac2 (D)Ac4 上方20℃～40℃。

( A ) 36. 亞共析鋼之完全退火溫度在Ac3 上，共析鋼及過共析鋼則在(A)Ac1 (B)Ac2 (C)Acm (D)Ac4 上方20℃～40℃。

( A ) 37. 亞共析鋼之淬火溫度在Ac3 上，共析鋼及過共析鋼則在 (A)Ac1(B)Ac2 (C)Acm (D)Ac4 上方20℃～40℃。

( D ) 38. 下列淬火液中那一種的冷速最快 (A)空氣 (B)水 (C)油 (D)乾冰。

( C ) 39. 對鋼之淬火效果影響最大的元素是 (A)磷 (B)硫 (C)碳 (D)矽。

( B ) 40. 鋼實施淬火是希望產生 (A)沃斯田鐵 (B)麻田散鐵 (C)雪明碳鐵 (D)肥粒鐵 組織，以增加硬度。

( B ) 41. 鋼淬火硬化後具有脆性，若欲增加其韌性而再加熱之操作，稱為(A)退火 (B)回火 (C)球化處理 (D)正常化。

( C ) 42. 下列何者的硬度最高 (A)波來鐵 (B)麻田散鐵 (C)雪明碳鐵(D)沃斯田鐵。

( C ) 43. 高碳鋼中有許多網狀與片狀的Fe3C，故硬脆而不易切削，改善其切削性須施以 (A)回火 (B)淬火 (C)球化處理 (D)正常化。

( A ) 44. 鋼於淬火時會發生破裂現象的原因是 (A)內部應力膨脹而破裂(B)加熱不夠而破裂 (C)冷卻液黏度大而破裂 (D)冷卻液的溫度太高。

( A ) 45. 高溫回火徐冷脆性，通常發生在含有 (A)鉻、錳 (B)鎳、矽 (C)硫、鋁 (D)磷、錳 之鋼。

( D ) 46. 具有高溫回火徐冷脆性的鋼，可加入 (A)鉻 (B)鉛 (C)硫 (D)鉬 合金元素，以防止之。

( D ) 47. 鋼經淬火後，尚有殘留沃斯田鐵存在，若欲使其變態繼續進行全部變為麻田散鐵，可施以 (A)回火 (B)退火 (C)正常化 (D)深冷處理。

( B ) 48. 正常化可使樹枝狀晶粒消滅而生正常組織，並使晶粒 (A)變粗(B)變細 (C)變硬 (D)變軟。

( B ) 49. 高碳鋼常用之淬火液 (A)水 (B)油 (C)鹽水 (D)空氣。

( C ) 50. 熱處理是利用加熱、保溫及冷卻等手續來達到 (A)改變材料的物理性質 (B)增加硬度 (C)改變晶體結構 (D)改變材料的化學性質。

( A ) 51. 鏨子刀口的熱處理過程如何？ (A)淬火後回火 (B)淬火後退火(C)退火後淬火 (D)退火後回火。

( B ) 52. 鋼料的尺寸過大或截面太厚時，不能使全截面都得完全淬火的效果，這種現象稱 (A)淬火效果 (B)質量效應 (C)硬化能效果 (D)正常化效果。

( C ) 53. 下列何者為非？ (A)退火之目的是軟化材料以利切削 (B)回火是降低殘留應力，增加韌性 (C)碳鋼含碳量越低淬火之溫度越低(D)表面硬化是為了提高疲勞強度及耐磨性。

( A ) 54. 碳鋼於低溫(150℃～200℃)回火後，硬度降低，塑性及衝擊韌性增強，此時之組織稱為 (A)回火麻田散鐵 (B)回火沃斯田鐵 (C)回火雪明碳鐵 (D)回火波來鐵。

( B ) 55. 將過共析鋼加熱至140℃附近，保持20 小時，會有何效應？ (A)雪明碳鐵組織球狀化 (B)消除內應力 (C)含碳量增加 (D)偏析消失。

( C ) 56. 一般鋼料進行正常化處理時，所採用的冷卻方法是 (A)水冷 (B)爐冷 (C)空氣冷卻 (D)油冷。

( B ) 57. 下列何者不是熱處理 (A)回火 (B)珠擊 (C)滲碳 (D)淬火。

( D ) 58. 回火的目的可包含 (A)消除內應力 (B)提高韌性 (C)減少尺寸變形 (D)以上皆是。

( D ) 59. 於鋼線抽拉過程中，須施以何種加工，以使加工硬化之鋼材軟化，繼續加工 (A)回火 (B)正常化 (C)淬火 (D)製程退火。

( D ) 60. 對碳鋼的退火處理，下列何者錯誤？ (A)降低硬度 (B)提高塑性(C)改善切削性 (D)提高耐磨性。

( B ) 61. 退火處理中何者加熱的溫度最高 (A)完全退火 (B)均質化 (C)球化退火 (D)弛力退火。

( B ) 62. 過共析鋼的適當淬火溫度為 (A)Ac3＋(30～50℃) (B)Ac1＋(30～50℃) (C)Acm＋(30～50℃) (D)Ac2＋(30～50℃)。

( A ) 63. 刀具要除去淬火時產生之內應力，要施以 (A)低溫回火 (B)高溫回火 (C)製程退火 (D)球化退火。

( D ) 64. 過共析鋼正常化處理，係將材料加熱於 (A)Ac1 (B)Ac2 (C)Ac3(D)Acm 線上方30～50℃，再置於空氣中冷卻。

( B ) 65. 淬火過的機械構造用鋼、或需要衝擊之模具鋼，為使其具備高韌性，應採用之熱處理方法為 (A)低溫回火 (B)高溫回火 (C)完全退火 (D)製程退火。

( C ) 66. 下列淬火液中，何者的冷卻速度最快？ (A)油 (B)水 (C)鹽水(D)肥皂水。

( C ) 67. 有關熱處理的敘述，下列何者錯誤？ (A)鐵碳平衡圖上之Ac1、Ac2、Ac3 三點為特殊溫度變化點稱為臨界點 (B)退火目的在降低硬度，提高塑性，以利冷作加工 (C)亞共析鋼淬火溫度約在Ac1以上30℃～50℃ (D)回火可消除內應力和增加韌性。

( C ) 68. 亞共析鋼完全退火處理之加熱溫度為 (A)A1 以上30～50℃ (B)A1 以下30～50℃ (C)A3 以上30～50℃ (D)A3 以下30～50℃。

( B ) 69. 鋼材如果發生偏析，應採用那一種熱處理法消除之？ (A)弛力退火 (B)均質化退火 (C)滲碳 (D)回火。

( B ) 70. 鋼材在淬火過程中，下列之敘述何者有誤？ (A)材料變脆 (B)材料變韌 (C)材料變硬 (D)材料由沃斯田鐵區急冷。

( D ) 71. 碳鋼經過沃斯回火處理後可得到何種組織 (A)波來鐵 (B)雪明碳鐵 (C)麻田散鐵 (D)變韌鐵。

( A ) 72. 與淬火碳鋼最有關的金屬組織晶體狀態是 (A)沃斯田鐵 (B)肥粒鐵 (C)波來鐵 (D)雪明碳鐵。

( C ) 73. 螺絲攻斷在工作物中無法取出，可經由加熱然後在爐中冷卻後切除掉，這種熱處理是 (A)正常化 (B)回火 (C)退火 (D)均質化。

( B ) 74. 含碳量高於1.10%之工具鋼的熱處理淬火溫度在 (A)790 ～815℃(B)760～800℃ (C)870～925℃ (D)1000～1100℃。

( D ) 75. 高碳工具鋼因為重視硬度，所以它的回火溫度大約在 (A)550～600℃ (B)450～550℃ (C)350～450℃ (D)150～200℃ 之間。

( D ) 76. 一般製造沖壓模具，在熱處理之過程中，回火之目的主要在 (A)增加表面硬度 (B)增加耐磨耗 (C)增加抗氧化性及防腐蝕 (D)稍微降低硬度並增加韌性。

( A ) 77. 下列鋼材中最容易淬火硬化者為 (A)S80C(SAE1080)(B)S60C(SAE1060) (C)S40C(SAE1040) (D)S10C(SAE1010)。

二、解釋名詞

1. 共析變態

2. 深冷處理

由下圖可見含碳量高於0.7%的碳鋼，其Mf 溫度已低於0℃；亦即急冷至室溫，這些鋼的沃斯田鐵無法完全變態為麻田散鐵，因此有一些沃斯田鐵殘留下來，稱為殘留沃斯田鐵(retained austenite)。殘留沃斯田鐵的量若不多，對鋼的強、硬度雖然沒有太大的影響，但因為殘留沃斯田鐵是不安定相，故置於常溫一段時間卻會逐漸析出碳化物而發生膨脹的現象，輕則使機件變形，產生額外誤差，重則使之龜裂。故要儘量消除這種殘留沃斯田鐵。消除方法之一乃行深冷處理(subzerotreatment)，亦即將鋼料繼續冷卻到0℃以下的溫度，如－20℃、－40℃、－70℃等。

3. S 曲線

把沃斯田鐵狀態的共析鋼在各種不同溫度下做恆溫變態試驗，然後將各恆溫變態的開始時間和完成時間用圖表示，可得如課本圖5-16(a)所示之兩條曲線。左邊曲線表示變態開始時間的連線，而右邊曲線表示變態完成時間之連線。這兩條曲線叫做恆溫變態曲線(isothermal transformation curve)。曲線示於溫度時間為座標的圖中，因此亦稱TTT 曲線(temperature-time-transformation curve)。又因其曲線形狀而稱為S 曲線或C 曲線。

4. 恒溫變態

沃斯田鐵化的鋼是保持在某一特定溫度下進行而發生變態，故此變態稱為恆溫變態(isothermal transformation)。

5. 變韌鐵

在TTT 曲線鼻部下方施以恆溫變態時，會產生一種特殊組織，其性質介於波來鐵與麻田散鐵之間，稱為變韌鐵(bainite)。變韌鐵有兩種，在鼻部附近生成者狀如羽毛，稱為上變韌鐵(upper bainite)，在更低溫處生成者狀如尖針，稱為下變韌鐵(lower bainite)。

6.淬火

把鋼料加熱到適當的溫度亞共析鋼加熱至Ac3 上方30℃～50℃，共析鋼及過共析鋼加熱至Ac1 上方30℃～50℃，保持適當的時間後急速冷卻，此操作稱為淬火。

7. 質量效應

因鋼件尺寸太大或斷面太厚，使淬火後其全截面不能完全得到同一硬度之現象稱為質量效果(mass effect)。

8. 硬化能

硬化能(hardenability)是鋼在受某種硬化處理後，所能被硬化的深度。

9. 回火脆性

淬火鋼回火之主要目的在於增加韌性。但是經過回火的鋼，它的韌性不一定會隨回火溫度的上昇而成比例的增加，有時反而會降低。這種因回火而導致韌性降低的現象叫做回火脆性(temper brittleness)。

10. 球化處理

為使亞共析鋼的層狀雪明碳鐵或過共析鋼的網狀雪明碳鐵變成球形，使鋼料易於切削、加工者，則施行球化退化(spheroidizing)或簡稱球化。

三、問答題

1. 熱處理的意義如何？

把鋼料施以適當的加熱或冷卻處理，以得到所需要的機械性質或物理性質為目的之操作。

2. 試述共析鋼各種冷卻速度與組織的關係。

(1)爐中冷卻：波來鐵。

(2)空氣中冷卻：糙斑鐵。

(3)油中冷卻：吐粒散鐵及麻田散鐵組織。

(4)水中冷卻：麻田散鐵。

3. 試述常用熱處理的種類與目的。

工廠中常用的熱處理以(1)淬火(quenching)；(2)回火(tempering)；(3)退火(annealing)為主。目前又由恆溫變態之觀念發展出恆溫退火(isothermalannealing)、沃斯回火(austempering)、麻回火(martempering)、麻淬火(marquenching)等熱處理方法。

(1) 淬火的目的：淬火之目的在於使鋼硬化以得到最高硬度，即獲得完全的麻田散鐵組織。

(2) 回火的目的：回火之目的有二，若只為消除淬火所生之內應力，使鋼件尺寸安定而硬度不致降低太多則行低溫回火，如刀具。若為降低硬度，提高延性及韌性，則須行高溫回火，如機械構造用鋼或需要耐衝擊的模具鋼。

(3) 退火的目的：退火主要的目的在於使金屬軟化及使晶粒微細化並消除內部應力。

4. 試以圖說明各種碳鋼之淬火溫度範圍。

淬火的方法：把碳鋼加熱到Ar3 線(亞共析鋼)或Ac1 線(共析鋼或過共析鋼)上方20℃～40℃溫度範圍，保持適當的時間後(使鋼內的碳能均勻固溶於沃斯田鐵內)，急冷於水中或油中，可阻止Ar1 變態(波來鐵變態)，而得高硬度的麻田散鐵組織。淬火溫度如圖所示。

5. 影響淬火能力的因素有那些？

(1) 加熱溫度之影響：淬火前之加熱溫度必須確實保持在前述之範圍內。若太低，則無法生成均勻的沃斯田鐵，影響變態之麻田散鐵量。若太高，則沃斯田鐵晶粒會生長而變粗，容易起氧化和脫碳作用，且淬火後的變形量較多甚至發生裂痕，所以淬火後的機械性質不良。

(2) 淬火液之影響：淬火之效果受淬火液的影響很大。淬火液從高溫鋼料吸取熱量的速度越快，它的淬火效果越大。鋼的冷卻速度因淬火液之不同而有差異。同樣的淬火液，假如溫度不同，它的淬火效果也不一樣。影響淬火液淬火能力的因素有：淬火液的比熱；淬火液的導熱度；淬火液的黏性；淬火液的揮發性。淬火液的導熱度、比熱大、黏性小而不容易揮發者，則淬火效果大。

(3) 質量效果之影響：把尺寸較大的鋼料實施淬火時，其表面之冷卻速度較快，容易產生麻田散鐵；但是中心部份的冷卻速度較慢，容易產生波來鐵而硬度不高。

(4) 硬化能之影響：硬化能(hardenability)是鋼在受某種硬化處理後，所能被硬化的深度。硬化能愈大，硬化深度愈深，即質量效果愈小。硬化能高的鋼材在較不劇烈的冷卻速度下即能變態生成麻田散鐵，有助於鋼的淬火硬化。硬化能愈大的鋼，其恆溫變態曲線之鼻部距離縱軸愈遠。

6. 何謂低溫回火、高溫回火？其目的各為何？

(1) 回火的方法：低溫回火時，將淬火鋼加熱至150℃～250℃，保持一段時間後，靜置於空氣中冷卻。高溫回火時，將淬火鋼加熱至500℃～650℃之間的溫度，保持一段時間後再行空冷或水冷。

(2) 回火的目的：回火之目的有二，若只為消除淬火所生之內應力，使鋼件尺寸安定而硬度不致降低太多則行低溫回火，如刀具。若為降低硬度，提高延性及韌性，則須行高溫回火，如機械構造用鋼或需要耐衝擊的模具鋼。

7. 退火的種類有那些？其各自的目的為何？

退火的目的：退火主要的目的在於使金屬軟化及使晶粒微細化並消除內部應力。若為使金屬完全軟化及增加延性，以便於切削加工，所施行之退火稱為完全退火(full annealing)，僅適用於碳鋼。若為消除冷加工或焊接等的內應力，使鋼件適度軟化，以便於施行進一步加工者，則施行製程退火(processannealing)；若為使亞共析鋼的層狀雪明碳鐵或過共析鋼的網狀雪明碳鐵變成球形，使鋼料易於切削、加工者，則施行球化退化(spheroidizing)或簡稱球化；若為消除鋼料於鑄造、鍛造及各種加工所產生之內應力，則施行弛力退火(stress-relief annealing)；若為消除因澆鑄後冷熱不均，而致凝固後成份元素濃度不均勻產生偏析及塑性加工所造成的帶狀偏析現象，使材料組織均勻化，則施行均質化退火(homogenizing annealing)。

8. 試說明正常化與完全退火的差異如何？

正常化之方法：正常化與退火很類似，唯加熱與冷卻方式略有不同。正常化之加熱溫度示於圖(a)中斜線區域，亞共析鋼(及共析鋼)加熱至Ac3(Ac1)上方50℃～70℃，比退火者略高，過共析鋼加熱至Acm 上方20℃～40℃，保持一短時間後，冷卻於靜止之空氣中。如圖(b)所示。

正常化所得的波來鐵組織比退火者要細，故強度、硬度均較退火者大。

9. 試說明實施球化退火的目的為何？

為使亞共析鋼的層狀雪明碳鐵或過共析鋼的網狀雪明碳鐵變成球形，使鋼料易於切削、加工者，則施行球化退化(spheroidizing)或簡稱球化。

10. 沃斯回火與麻回火有何不同？

(1)沃斯回火之目的：沃斯回火之目的是得到強韌的變韌鐵組織。

(2)麻回火之目的：麻回火之目的在使鋼料於熱處理過程中，避免發生淬裂及變形的情況下得到回火麻田散鐵組織及變韌鐵組織。

11. 說明研掃機使用之目的。

研掃機是用來除去熱處理後，鋼品的氧化層。依研掃機所用之介質可分為噴珠法與噴砂法兩種。噴珠法藉高速旋轉的葉輪的離心力使鑄鐵或鑄鋼粒子投向鋼品，藉衝擊力除去氧化層。噴砂法是用高壓空氣投射矽砂，藉衝擊力以除去鋼品表面之氧化層。

四、填充題

1. 各種熱處理中最常實施的有 退火 、 淬火 、 回火 三種。

2. 使鋼軟化，適於切削，除去常溫加工所產生內部應力及使晶粒微細，以增進延性之方法，稱為 退火 。

3. 將鋼材在爐中加熱到900℃以上，然後再施以空氣中緩冷之處理稱為正常化 處理。

4. 中低硬化能材料施以沃斯(恒溫)回火，其所得組織為變韌鐵 。

5. 鋼經過熱處理後，其所能被硬化的深度，叫做 硬化能 。

6. 欲使鋼材之硬度提高，改善強度，而將材料加熱至適當溫度後，急冷之熱處理，稱為 淬火 。

7. 對碳鋼容易產生冷脆性及魔線之合金元素為 磷 。

8. 球化退火處理專用於 高碳鋼 。

9. 金屬材料之熱處理退火之目的，有改善金屬材料之機械性質，改善加工時的切削性，改善金屬材料之化學不均勻性，改良金屬材料之金相組織，增進延性及 展性 。

10. 在冷作加工過程中，若材料產生加工硬化，欲使材料恢復未硬化前之性質時，應進行 製程退火 處理。

11. 碳鋼淬火時，如含碳量在0.83%以上，且其淬火溫度在A1 線上，則可形成沃斯田鐵和 雪明碳鐵 ，且若冷卻速度適中，則其中的沃斯田鐵可變成 麻田散鐵 而成為良好淬火的最硬組織。

補充試題

一、選擇題

( B ) 1. 麻田散鐵變態的量恆為下列何者函數 (A)時間 (B)溫度 (C)質量 (D)冷卻速度。

( B ) 2. 殘留沃斯田鐵是種 (A)安定相 (B)不安定相 (C)準安定相 (D)純安定相。

( D ) 3. 在Fe-C 平衡圖中，下列何者是Fe3C 的初析線 (A)A0 (B)A1(C)A2 (D)Acm。

( B ) 4. Fe-C 合金中碳量超過0.02%時特有的變態稱為 (A)A0 (B)A1(C)A2 (D)A3。

( D ) 5. Fe-C 平衡圖中，下列何者是肥粒鐵的初析線 (A)A0 (B)A1 (C)A2(D)A3。

( B ) 6. 鋼的熔點隨含碳量的增加而 (A)增加 (B)降低 (C)無關 (D)不一定。

( A ) 7. 鑄鐵的熔點以共晶點時最低，含碳量增加或減少時，其熔點會 (A)升高 (B)降低 (C)與含碳量無關 (D)不一定。

( A ) 8. 肥粒鐵內所能溶解的最大碳量是 (A)0.02% (B)0.2% (C)2%(D)3%。

( C ) 9. 沃斯田鐵內所能溶解的最大碳量是 (A)0.02% (B)0.2% (C)2%(D)3%。

( C ) 10. 淬火過程中為了得到完全麻田散鐵組織，避免殘留沃斯田鐵存在鋼中的方法叫 (A)固溶處理 (B)析出處理 (C)深冷處理 (D)正常化處理。

( D ) 11. 下列何者的冷卻速度最快 (A)油 (B)冷水 (C)鹽水 (D)冰鹽水。

( B ) 12. 麻田散鐵變態的生成溫度Ms 與完成溫度Mf 與下列何者有關 (A)時間 (B)含碳量 (C)質量 (D)冷卻速度。

( C ) 13. 沃斯田鐵狀態的共析鋼在油中冷卻時會得到 (A)波來鐵 (B)糙斑鐵 (C)麻田散鐵和吐粒散鐵 (D)肥粒鐵。

( B ) 14. 某鋼材其TTT 圖的波來鐵鼻若離縱軸很近時，則此鋼材的淬火效果必定 (A)很好 (B)很差 (C)視情況而定 (D)無影響。

( D ) 15. 硬化能大的TTT 圖，其波來鐵鼻會 (A)上移 (B)下移 (C)左移(D)右移。

( C ) 16. 下列何者錯誤 (A)恆溫變態曲線又稱為S 曲線 (B)麻田散鐵是BCT 結構 (C)變韌鐵必須由連續冷卻熱處理得到 (D)鎳鉻鋼有高溫回火時效脆性。

( B ) 17. 碳鋼淬火處理，主要是阻止何種變態 (A)A0 (B)A1 (C)A2(D)A3。

( A ) 18. 對於淬火液體的要求，下列何者正確 (A)比熱愈大愈好 (B)導熱性愈小愈好 (C)黏性愈大愈好 (D)揮發性愈大愈好。

( B ) 19. 淬火工件因斷面太大，不能使全截面得到相同硬度，此現象稱為(A)硬化能 (B)質量效果 (C)時效 (D)成長。

( C ) 20. 降低淬火工件的硬度及提高延性，韌性應作 (A)低溫回火 (B)正常化 (C)高溫回火 (D)退火。

( D ) 21. 亞共析鋼作淬火操作時加熱溫度應在 (A)A0 (B)A1 (C)A2(D)A3 稍上方20～40℃。

( A ) 22. 使工件完全軟化而得到最大延性的熱處理是 (A)完全退火 (B)製程退火 (C)球化退火 (D)均質化。

( B ) 23. 鋼的球化退火是針對何種組織球化 (A)肥粒鐵 (B)雪明碳鐵(C)沃斯田鐵 (D)麻田散鐵。

( B ) 24. 某鋼材容易淬火硬化，表示 (A)硬化能大，質量效果大 (B)硬化能大，質量效果小 (C)硬化能小，質量效果大 (D)硬化能小，質量效果小。

( C ) 25. 鋼材可在最短時間內得到與完全退火相同結果的熱處理是 (A)恆溫回火 (B)麻回火 (C)恆溫退火 (D)麻淬火。

( C ) 26. 碳鋼的球化處理是適用於 (A)低碳鋼 (B)中碳鋼 (C)高碳鋼(D)合金鋼。

( A ) 27. 淬火時若加熱溫度過高，則晶粒會 (A)粗大 (B)微細 (C)無影響(D)視操作技術而定。

( D ) 28. 沃斯回火可以得到何種組織 (A)波來鐵 (B)雪明碳鐵 (C)沃斯田鐵 (D)變韌鐵。

( B ) 29. 過共析鋼作完全退火操作時加熱溫度應在 (A)A0 (B)A1 (C)A2(D)A3 稍上方20～40℃。

( D ) 30. 過共析鋼作正常化操作時加熱溫度應在 (A)A0 (B)A1 (C)A2(D)Acm 稍上方20～40℃。

( C ) 31. 碳鋼的正常化處理其冷卻方法是 (A)水冷 (B)油冷 (C)靜止空氣中冷卻 (D)爐冷。

( D ) 32. 恆溫熱處理與連續冷卻熱處理不同之處，最主要是得到何種組織(A)波來鐵 (B)雪明碳鐵 (C)沃斯田鐵 (D)變韌鐵。__

第四章 碳鋼

4-1 純 鐵

立即練習P114

( A ) 1. 純鐵是指含碳量在幾%以下的Fe-C 合金 (A)0.02% (B)0.2%(C)2.0% (D)4.3%。

( D ) 2. 發電機的轉子或變壓器之鐵蕊可用下列何種材料製成 (A)碳鋼(B)鑄鐵 (C)銅 (D)純鐵。

( B ) 3. 純鐵的磁性變態點稱為 (A)A1 (B)A2 (C)A3 (D)A4。

( A ) 4. 下列何者非純鐵的變態點 (A)A1 (B)A2 (C)A3 (D)A4。

4-2 鋼之組織

立即練習P117

( C ) 1. 鋼的含碳量愈多，下列何種組織愈多？ (A)肥粒鐵 (B)沃斯田鐵(C)雪明碳鐵 (D)麻田散鐵。

( A ) 2. 肥粒鐵和雪明碳鐵的微細層狀組織稱為 (A)波來鐵 (B)沃斯田鐵 (C)麻田散鐵 (D)純鐵。

( C ) 3. 沃斯田鐵又稱為 (A)α-Fe (B)β-Fe (C)γ-Fe (D)δ-Fe。

( B ) 4. 高碳鋼比中碳鋼硬，中碳鋼比低碳鋼硬，是因為下列何種組織較多的關係？ (A)肥粒鐵 (B)雪明碳鐵 (C)波來鐵 (D)沃斯田鐵。

( A ) 5. 其組織為肥粒鐵與波來鐵所組成的鋼稱為 (A)亞共析鋼 (B)共析鋼 (C)過共析鋼 (D)合金鋼。

( D ) 6. Fe3C 中含碳之重量比為 (A)15% (B)12% (C)2.5% (D)6.67%。

( B ) 7. 共析鋼中下列何者的含量最多 (A)雪明碳鐵 (B)肥粒鐵 (C)沃斯田鐵 (D)生鐵。3-3 鋼錠的種類及加工

4-3 鋼之性質及其用途

立即練習P120

( B ) 1. 鋼的含碳量愈多，下列何種物理性質會增加 (A)比重 (B)比熱(C)熔點 (D)導電率。

( A ) 2. 鋼的含碳量愈多，下列何種物理性質會降低 (A)比重 (B)比熱(C)電阻 (D)抗磁力。

( C ) 3. 碳鋼內抗拉強度最大的組織是 (A)肥粒鐵 (B)雪明碳鐵 (C)波來鐵 (D)沃斯田鐵。

( C ) 4. 依含碳量分類，中碳鋼是指含碳量為 (A)0.02%以下 (B)0.02%～0.3% (C)0.3%～0.6% (D)0.6%～2.0%。

4-4 五大元素對碳鋼之影響

立即練習P121

( D ) 1. 下列何種元素可增加鋼液的流動性，使其易於鑄造 (A)硫 (B)磷(C)錳 (D)矽。

( C ) 2. 下列何種元素可消除硫對鋼的危害 (A)碳 (B)矽 (C)錳 (D)磷。

學後評量

一、選擇題

( C ) 1.下列純鐵何者為面心立方體 (A)α-Fe (B)β-Fe (C)γ-Fe(D)δ-Fe。

( B ) 2.一般電機用特殊鋼料大都為 (A)錳鋼 (B)矽鋼 (C)釩鋼 (D)鉻鋼。

( B ) 3. α-Fe 內溶入極少量碳之固溶體，稱為 (A)沃斯田鐵 (B)肥粒鐵(C)雪明碳鐵 (D)麻田散鐵。

( C ) 4.純鐵有 (A)一種 (B)兩種 (C)三種 (D)四種 同素異形體。

( A ) 5.純鐵的A2 磁性變態點溫度是 (A)770℃ (B)912℃ (C)1400℃(D)1538℃。

( B ) 6.加熱時的變態點通常比冷卻時的變態點 (A)低 (B)高 (C)相同(D)不一定。

( A ) 7.α-Fe 是存在於 (A)912℃ (B)1400℃ (C)1538℃ (D)770℃ 以下的組織。

( B ) 8.純鐵中δ-Fe 之結晶構造是 (A)面心立方 (B)體心立方 (C)六方密 (D)斜方 格子。

( B ) 9.純鐵可以電解法得之，於常溫之金相組織為 (A)波來鐵 (B)肥粒鐵 (C)沃斯田鐵 (D)雪明碳鐵。

( B ) 10.純鐵若為α-Fe 狀態則其結晶構造為 (A)面心立方格子 (B)體心立方格子 (C)六方密格子 (D)斜方格子。

( A ) 11.純鐵的熔點為 (A)1538℃ (B)1400℃ (C)1539℉ (D)1400℉。

( A ) 12.純鐵之性質以何者最佳 (A)韌性 (B)硬度 (C)強度 (D)彈性。

( A ) 13.馬口鐵是指鍍 (A)錫 (B)鎳 (C)鋅 (D)鉻 之鐵皮。

( C ) 14.白鐵皮是指鍍 (A)錫 (B)鎳 (C)鋅 (D)鉻 之鐵皮。

( D ) 15.工業用純鐵其含碳量約在 (A)0.1% (B)0.05% (C)0.001%(D)0.02% 以下。

( B ) 16.鋼鐵的各種變態在冷卻時均以 (A)Ac (B)Ar (C)As (D)Ao 表示。

( A ) 17.純鐵加熱至變態點時，原子排列由BCC 變成FCC 體積將 (A)縮小 (B)膨脹 (C)不變 (D)不一定。

( C ) 18.純鐵由α-Fe 變態為γ-Fe 的A3 變態點之溫度是 (A)210℃ (B)770℃ (C)912℃ (D)1400℃。

( B ) 19.碳鋼的含碳量在0.77%以下者，稱為 (A)共析鋼 (B)亞共析鋼(C)過共析鋼 (D)鑄鐵。

( A ) 20.鋼是鐵和下列何種元素之合金 (A)碳 (B)鉛 (C)鋁 (D)錳。

( B ) 21.雪明碳鐵是 (A)混合物 (B)化合物 (C)固溶體 (D)純金屬。

( C ) 22.共析鋼的含碳量是 (A)0.05% (B)1.0% (C)0.77% (D)0.6%。

( C ) 23.碳鋼的含碳量在0.77～2.0%者依組織區分，稱為 (A)共析鋼 (B)亞共析鋼 (C)過共析鋼 (D)中碳鋼。

( C ) 24.波來鐵為雪明碳鐵與 (A)沃斯田鐵 (B)麻田散鐵 (C)肥粒鐵(D)變韌鐵 之層狀組織。

( B ) 25.波來鐵由肥粒鐵及雪明碳鐵構成兩者之百分比率分別為 (A)70%，30% (B)88%，12% (C)85%，15% (D)50%，50%。

( A ) 26.含碳量為1.2%的碳鋼自高溫徐徐冷卻到常溫時，其顯微組織為(A)波來鐵與雪明碳鐵 (B)肥粒鐵與雪明碳鐵 (C)沃斯田鐵與雪明碳鐵 (D)肥粒鐵與波來鐵。

( D ) 27.通常未熱處理過的鋼之硬度取決於下列何種組織結構產生之多寡而定？ (A)波來鐵 (B)肥粒鐵 (C)麻田散鐵 (D)雪明碳鐵。

( C ) 28.以高碳鋼製成的銼刀，其組織是由波來鐵和雪明碳鐵組成的 (A)共析鋼 (B)亞共析鋼 (C)過共析鋼 (D)軟鋼。

( D ) 29.在顯微鏡下觀察，波來鐵是肥粒鐵與 (A)SiC (B)TiC (C)WC(D)Fe3C 所構成之層狀混合組織。

( C ) 30.中碳鋼之含碳量為 (A)0.008%～0.20% (B)0.06%～0.1% (C)0.3%～0.6% (D)2.0%～3.0%。

( B ) 31.鋼的抗拉強度、硬度常隨溫度上昇而 (A)上昇 (B)下降 (C)不變(D)不一定。

( B ) 32.鋼鐵組織成分中，強度與硬度最低者為 (A)麻田散鐵 (B)肥粒鐵(C)波來鐵 (D)雪明碳鐵。

( A ) 33.一般工業用的碳鋼含碳量為 (A)0.05～1.5% (B)1.7%～2.0%(C)2.0～3.0% (D)3.0～5.0%。

( D ) 34.金屬材料各種組織之勃氏硬度最高者為 (A)波來鐵 (B)沃斯田鐵 (C)肥粒鐵 (D)雪明碳鐵。

( C ) 35.碳鋼之彈性係數，抗拉強度，大致隨溫度之上升達最大值後急速減小，伸展率在抗拉強度最大之附近為最小，以後隨溫度之增加反而增加，如此鋼在200～300℃時硬且脆；鍛造時易致破裂現象稱為(A)熱脆性 (B)常溫脆性 (C)藍脆性 (D)高溫脆性。

( C ) 36.鋼鐵中含碳量增高時可增加 (A)延性 (B)展性 (C)強度與硬度(D)韌性。

( C ) 37.銼刀的材料以何種最適宜？ (A)低碳鋼 (B)中碳鋼 (C)高碳鋼(D)鑄鐵。

( D ) 38.碳鋼的各種組織中 (A)波來鐵 (B)雪明碳鐵 (C)沃斯田鐵 (D)肥粒鐵 之質軟，富延性。

( D ) 39.(A)肥粒鐵 (B)波來鐵 (C)沃斯田鐵 (D)雪明碳鐵 係鐵與碳之化合物，其性質硬而脆。

( C ) 40.當鋼中含碳量提高，何者可能會同時增加？ (A)延性 (B)展性(C)硬度 (D)軟度。

( C ) 41.正常化狀態的亞共析鋼，其含碳量和機械性質的關係是這樣的，硬度、抗拉強度和降伏點大致是隨含碳量 (A)減少而增加 (B)增加而減少 (C)增加而增加 (D)不變。

( A ) 42.正常化狀態之亞共析鋼，其含碳量和機械性質的關係是這樣的：其斷面縮率，伸長率和衝擊值等大致是隨含碳量 (A)增加而降低(B)增加而增加 (C)減少而減少 (D)不變。

( B ) 43.下列何種元素會使鋼產生偏析現象 (A)矽 (B)磷 (C)鎢 (D)鉻。

( D ) 44.使鋼具有熱脆性的元素是 (A)矽 (B)錳 (C)磷 (D)硫。

( C ) 45.使鋼具有冷脆性之元素是 (A)矽 (B)硫 (C)磷 (D)鉻。

( C ) 46.碳鋼中何種元素可增加切削性 (A)錳 (B)矽 (C)硫 (D)碳。

( D ) 47.那項元素對鋼之機械性質危害最大？ (A)矽 (B)碳 (C)磷 (D)硫。

二、解釋名詞

1. 正常組織：把鋼料加熱至完全沃斯田鐵(austenite)(即γ鐵)之溫度範圍內，維持一段時間使變態完成， 然後於靜止空氣中冷卻所得到之組織稱為正常化組織(normalized structure)。

2. 共析鋼：含碳量0.77%的鋼叫做共析鋼(eutectoid steel)，其組織全為波來鐵。

3. 熱脆性：硫易與鐵結合成硬脆的硫化鐵(FeS)，和鐵形成共晶組織包圍在肥粒鐵的晶界，成為網狀的薄膜。因為這種共晶混合物的熔點低，加熱於鍛造溫度時會熔解，所以鍛造時在這些地方容易產生裂痕。這就是硫會使鋼產生熱脆性(hotshortness)的原因。

4. 魔線：磷在鋼中最易產生偏析，即使加熱至高溫亦難擴散而留在原處，如經軋延或鍛造加工時，偏析部份會成細長的帶狀組織，稱為魔線(ghost line)。

5. 冷脆性：磷大多固溶於肥粒鐵內，使晶粒變粗，可略增鋼的強度、硬度，但會減少延性，尤其會減少常溫時之衝擊值。因此使鋼在常溫加工時容易發生龜裂，這種現象稱為冷脆性(cold shortness)。

三、問答題

1. 說明純鐵的A2、A3、A4 變態過程，並繪圖。

2. 鋼依含碳量的不同，可分為那幾種？

(1) 低碳鋼：含碳量在0.3%以下。

(2) 中碳鋼：含碳量在0.3～0.6%之間。

(3) 高碳鋼：含碳量在0.6%以上。

3. 鋼依組織的不同，可分為那幾種？

依鋼之組織來劃分，含碳量0.77%的鋼叫做共析鋼(eutectoid steel)，其組織全為波來鐵。0.77%以下的鋼叫做亞共析鋼(hypo-eutectoid steel)，其組織為波來鐵與肥粒鐵。0.77%以上的鋼叫做過共析鋼(hyper-eutectoid steel)，其組織為波來鐵與雪明碳鐵。

4. 試繪出純鐵與波來鐵的顯微組織並說明之。

(1) 其結晶粒均為α鐵，在金相學上稱為肥粒鐵(ferrite)。因為純鐵內含有極少量的不純物，當鐵於凝固時，這些不純物大部份集中在各結晶的境界，這使晶界容易被腐蝕而成暗線。

(2) 肥粒鐵與雪明碳鐵都呈白色，而雪明碳鐵的面高於肥粒鐵的面。肥粒鐵和雪明碳鐵的這種微細層狀組織，冶金學上叫做波來鐵(Pearlite)。

5. 試述碳鋼中的含碳量對其機械性質的影響。

含碳量1%以下的鋼，其抗拉強度、降伏點和硬度等都是隨含碳量的增加而增加。含碳量大於1%後，隨碳量之增加，雪明碳鐵開始游離出來，故強度無甚增大，抗拉強度與降伏點最後變成水平，硬度則呈直線繼續增加。但伸長率、衝擊值、斷面縮率等則隨含碳量之增加而減少。

6. 試述合金元素對碳鋼之影響。

(1) 硫：硫有助於鋼之切削性，但在鋼的雜質中，以硫的影響最為不良。其含量只要達0.017%時就會減少鋼的強度、伸長率和衝擊值等。

(2) 磷：磷大多固溶於肥粒鐵內，使晶粒變粗，可略增鋼的強度、硬度，但會減少延性，尤其會減少常溫時之衝擊值。因此使鋼在常溫加工時容易發生龜裂，這種現象稱為冷脆性(cold shortness)。

(3) 錳：鋼內之錳易與硫結合而成為MnS，可消除硫之有害影響，此外並能除去鋼中的氧化物。錳可抑制晶粒的生長，使鋼的硬度、強度、韌性增加。

(4) 矽：矽在鋼內有防止氣孔形成、增進收縮作用、且有助於鋼液流動性，使易於鑄造等優點。缺點是有減低碳在鋼中溶解之趨勢。矽可促進Fe3C之分解，即石墨化。

四、填充題

1. 純鐵在 770 ℃ 時即失去磁性，稱之為A2 變態點。

2. 純鐵之磁性變態點，又簡稱為 A2 變態點。

3. 純鐵加熱至 912 ℃ 時，其結晶變為面心立方格子，且體積有收縮現象。

4. 碳鋼中A1 變態點為 727 ℃，A2 變態點為 770 ℃，A3 變態點為 912℃，A4 變態點為 1400 ℃

5. 通常含碳量0.77%的鋼叫 共析鋼 ，0.77%以下的鋼叫 亞共析鋼 ，0.77%以上的鋼叫 過共析鋼 。

6. 鋼依含碳量之不同可分為：(1)工業用純鐵，(2) 低碳鋼 ，(3) 中碳鋼 ，(4) 高碳鋼 。

7. 含碳量0.77%的碳鋼稱為 共析鋼 。

8. 碳鋼之A1 變態點溫度為 727 ℃。

9. 共析鋼之含碳量約為 0.77 %。

10. 含碳量0.77%的共析鋼在經過正常化處理後，可得到肥粒鐵及雪明碳鐵等兩種層狀方式混合而成的金相顯微組織，此一顯微組織被稱為 波來鐵 。

11. 亞共析鋼之組織為波來鐵及 肥粒鐵 之混合組織。

12. 鋼之 A0 、 A2 變態點，又稱為鋼之磁性變態點。

13. 溫度加熱到A1 變態點以上其組織完全變成沃斯田鐵的鋼叫 共析鋼 。

14. 波來鐵組織是由 肥粒 鐵及 雪明碳 鐵層狀排列組成。

15. 正常化狀態的亞共析鋼，其含碳量和機械性質的關係是這樣的：硬度、抗拉強度和降伏點大致是隨含碳量 增加而提高 ，其斷面縮率、伸長率和衝擊值等，大致是隨含碳量 增加而降低 。

16. 碳鋼中磷P、硫S 含量過高時則材料不良，這是因為磷有 常溫脆性 的作用，硫有 高溫脆性 的作用。

17. 鋼中含 硫 量稍高，則鋼於高溫之下，產生熱脆性(Hot Shortness)。

18. 碳鋼的不純物中硫、磷之含量愈 低 愈好。

補充試題

一、選擇題

( A ) 1. 沃斯田鐵狀態的鋼慢慢冷卻到727℃時會同時變態為α鐵與Fe3C 此種反應稱為 (A)共析反應 (B)共晶反應 (C)包晶反應 (D)偏晶反應。

( C ) 2. 純鐵在912℃時會由BCC 變成FCC，此時體容積會 (A)膨脹 (B)不變 (C)收縮 (D)加熱速度快時會膨脹。

( C ) 3. 純鐵的磁性變態是770℃又稱為 (A)A0 (B)A1 (C)A2 (D)A3變態。

( D ) 4. 下列何者不正確 (A)肥粒鐵的碳最高溶解量是0.02%，在727℃(B)沃斯田鐵的碳最高溶解量是2%，在1148℃ (C)鐵碳平衡圖上有包晶反應、共晶反應及共析反應 (D)含0.77%碳量的鋼叫共晶鋼。

( C ) 5. 下列何者正確 (A)鋼的含碳量愈多，熔點愈高 (B)鑄鐵的含碳量愈多，熔點愈低 (C)共晶鑄鐵的熔點最低1148℃ (D)鑄鐵的含碳量愈多，熔點愈高。

( C ) 6. 含碳量小於0.008%的Fe-C 合金，在常溫的組織是 (A)γ鐵 (B)波來鐵 (C)α鐵 (D)雪明碳鐵。

( C ) 7. 有關純鐵的變態下列何者正確 (A)770℃的磁性變態稱A3 變態(B)A4 變態點是912℃ (C)α鐵變態為γ鐵稱為A3 變態 (D)有A1 變態。

( B ) 8. 含碳量1.7%的碳鋼加熱到760℃時其組織是 (A)波來鐵 (B)γ鐵＋Fe3C (C)α鐵＋波來鐵 (D)α鐵＋γ鐵。

( C ) 9. 過共析鋼的正常化組織是 (A)波來鐵 (B)肥粒鐵＋波來鐵 (C)波來鐵＋雪明碳鐵 (D)沃斯田鐵。

( B ) 10. 含碳量0.77%之碳鋼的正常化組織稱為 (A)肥粒鐵 (B)波來鐵(C)雪明碳鐵 (D)變韌鐵。

( C ) 11. 碳鋼中含碳量超過0.02%以上時，其正常化組織內即出現 (A)肥粒鐵 (B)麻田散鐵 (C)雪明碳鐵 (D)變韌鐵。

( C ) 12. 有關鋼的組織，下列何者不正確 (A)鋼是肥粒鐵和雪明碳鐵的混合物 (B)鋼中含碳量增加，雪明碳鐵的量亦增加 (C)過共析鋼的正常化組織是波來鐵和肥粒鐵的混合物 (D)共析鋼中肥粒鐵比Fe3C 多。

( B ) 13. 含碳量0.77%的共析鋼，加熱到760℃時，其組織是 (A)肥粒鐵+沃斯田鐵 (B)沃斯田鐵 (C)沃斯田鐵+雪明碳鐵 (D)波來鐵。

( D ) 14. 含碳量0.4%的碳鋼，加熱到760℃時，其組織是 (A)波來鐵＋Fe3C(B)γ鐵＋Fe3C (C)α鐵+波來鐵 (D)α鐵＋γ鐵。

( D ) 15. 共析鋼之金相組織稱為 (A)肥粒鐵 (B)沃斯田鐵 (C)變韌鐵(D)波來鐵。

( B ) 16. 下列何者的抗拉強度最大 (A)亞共析鋼 (B)共析鋼 (C)過共析鋼 (D)純鐵。

( B ) 17. 鋼的硬度會隨含碳量之增加而 (A)降低 (B)增加 (C)不變 (D)含0.8%碳時最大。

( D ) 18. 下列何者的硬度最高 (A)肥粒鐵 (B)麻田散鐵 (C)變韌鐵 (D)雪明碳鐵。

( B ) 19. 鋼鐵材料中常用顏色區分鋼材，中碳鋼的桿端常塗上 (A)白色(B)黃色 (C)紅色 (D)藍色。

( D ) 20. 碳元素對碳鋼的影響下列敘述何者不正確 (A)含碳量高者，熱處理效果大 (B)含碳量增加，鋼的比重降低 (C)比熱隨含碳量增加而增加 (D)抗拉強度隨含碳量增加而增加，至2.0%時最大。

( A ) 21. 下列何種元素可防止鋼的熱脆性 (A)Mn (B)Ni (C)Cr (D)Ti。

( C ) 22. 下列何種元素會造成鋼的冷脆性 (A)Si (B)S (C)P (D)Mn。

( A ) 23. 下列那項元素對鋼的機械性質危害最大 (A)硫 (B)矽 (C)錳(D)磷。

第三章 鋼鐵之介紹

3-1 鋼鐵的製造

立即練習P98

1. ( C ).將原料處理、生鐵冶煉、煉鋼以至各種鋼鐵製品的加工，都在同一鋼鐵廠的各工廠完成，即稱為 (A)全自動化煉鋼廠 (B)半自動化煉鋼廠 (C)一貫作業煉鋼廠 (D)一體成型煉鋼廠。
2. ( B ).冶煉生鐵的高爐需加入鐵礦石、燃料、熔劑及下列何種氣體 (A)冷空氣 (B)熱空氣 (C)氧氣 (D)氮氣。
3. ( D ).冶煉生鐵時，須加入下列何種原料與鐵礦石中的雜質起化學反應，結合成爐渣而與Fe 分離 (A)焦炭 (B)熱空氣 (C)赤鐵礦 (D)石灰石。

3-2 鋼鐵的分類

立即練習P99

1. ( A )  純鐵是指含碳量低於幾%以下的Fe-C 合金？ (A)0.02 (B)0.2(C)2.0 (D)0.8。
2. ( D )  鑄鐵是指含碳量多少的Fe-C 合金 (A)0.02%以下 (B)0.02%～2.0% (C)0.8%～4.3% (D)2.0%～6.67%。
3. ( A ) 有一含碳量是0.2%的碳鋼，請問是屬於 (A)低碳鋼 (B)中碳鋼(C)高碳鋼 (D)鑄鋼。
4. ( C ) 含碳量1.2%的碳鋼是屬於 (A)低碳鋼 (B)中碳鋼 (C)高碳鋼(D)合金鋼。
5. ( B ) 依組織區分，含碳量是0.2%的碳鋼是屬於 (A)共析鋼 (B)亞共析鋼 (C)過共析鋼 (D)共晶鋼。
6. ( B ) 依組織區分，共析鋼的含碳量是 (A)0.02% (B)0.77% (C)2.0%(D)4.3%。

3-3 鋼錠的種類及加工

立即練習P102

1. ( C ) 現代化的煉鋼廠大都採用何種鑄造法 (A)砂模鑄造法 (B)壓鑄法 (C)連續鑄造法 (D)精密鑄造法。
2. ( A ) 生產鋼胚的連續鑄造機是採用何種冷卻模式 (A)水冷式黃銅模(B)氣冷式黃銅模 (C)水冷式鋼模 (D)氣冷式鋼模。
3. ( D ) 鋼錠頂端會形成較大縮管者是何種鋼錠 (A)未靜鋼錠 (B)靜面鋼錠 (C)半靜鋼錠 (D)全靜鋼錠。

學後評量

一、選擇題

1. ( C ) 鼓風爐又稱為 (A)大爐 (B)低爐 (C)高爐 (D)小爐。
2. ( A ) 鼓風爐中最常用的燃料是 (A)焦炭 (B)木炭 (C)油 (D)煤氣。
3. ( A ) 鼓風爐中最常用的熔劑是 (A)石灰石 (B)大理石 (C)酒精 (D)氯化鈉。
4. ( C ) 煉生鐵之主要鐵礦是 (A)黃鐵礦 (B)菱鐵礦 (C)赤鐵礦 (D)磁鐵礦。
5. ( B ) 煉鋼的主要原料是 (A)鐵礦石 (B)生鐵 (C)鑄鐵 (D)廢鋼。
6. ( B ) 鋼之冶煉方法中，時間最短的是 (A)電弧爐法 (B)轉爐法 (C)電阻爐法 (D)坩堝法。
7. ( A ) 鋼板是由下列何種方式製成 (A)滾軋 (B)擠製 (C)鍛造 (D)抽製。
8. ( A ) 柏思麥煉鋼法是採用 (A)轉爐 (B)電弧爐 (C)電阻爐 (D)感應爐。
9. ( C ) 鼓風爐內溫度最高的地方是 (A)爐渣 (B)爐胸 (C)爐腹 (D)爐床。
10. ( A ) 冶煉鑄鐵的主要原料是 (A)生鐵 (B)碳鋼 (C)純鐵 (D)合金鋼。
11. ( A ) 地球上鐵的儲藏量僅次於 (A)鋁 (B)鉛 (C)銅 (D)錫。
12. ( C ) 用於滾軋成薄鋼板所用之鋼錠是 (A)全靜鋼 (B)半靜鋼 (C)未靜鋼 (D)擴散鋼。
13. ( C ) 目前國際上的煉鋼廠大都採用何種方法 (A)電阻爐法 (B)電弧爐法 (C)吹氧轉爐法 (D)坩堝法。
14. ( B ) 煉鐵時鼓風爐中的熔渣是 (A)黏在爐壁 (B)浮於熔鐵表面 (C)沉於爐底 (D)燃燒成氣體而逸出。
15. ( A ) 高爐的產物是 (A)生鐵 (B)鑄鐵 (C)純鐵 (D)鋼。
16. ( C ) 合金鋼的煉製宜採用 (A)熱風爐 (B)轉爐 (C)電爐 (D)鼓風爐。
17. ( B ) 台灣目前以何種煉鋼設備最多 (A)熱風爐 (B)電阻爐 (C)鼓風爐 (D)高爐。
18. ( B ) 鼓風爐中填加之鐵礦、焦炭、熔劑之比約 (A)1：2：3 (B)3：2：1(C)1：3：2 (D)2：3：1。
19. ( C ) 鼓風爐之有關設備除了鼓風機之外尚有 (A)電阻爐 (B)轉爐(C)熱風爐 (D)電弧爐。
20. ( B ) 目前轉爐煉鋼法是用 (A)煤氣 (B)氧氣 (C)空氣 (D)氫氣 為燃料。
21. ( D ) 中國鋼鐵公司所採用之煉鋼爐為 (A)熱風爐 (B)鼓風爐 (C)坩堝爐 (D)轉爐。
22. ( B ) 化鐵爐所使用之焦炭，其所含成分中何者為提供熱量之來源？ (A)揮發物 (B)固定炭 (C)灰分 (D)硫分。
23. ( A ) 在鋼鐵冶煉之鼓風爐(高爐)作業所加進於鼓風爐內之原料有焦碳，石灰石外，尚有 (A)鐵礦砂 (B)金屬鎂 (C)石油 (D)礦渣。
24. ( D ) 中鋼公司所用之轉爐所用之燃料為 (A)焦炭 (B)燃氣 (C)氫氣(D)氧氣。
25. ( D ) 下列何者不是煉鋼用爐？ (A)電弧爐 (B)轉爐 (C)電阻爐 (D)鼓風爐。
26. ( C ) 以含碳量來區分鋼和鑄鐵，則鋼的含碳量在 (A)＜0.8% (B)＞0.8% (C)＜2.0% (D)＞2.0%。
27. ( A ) 鋼是一種 (A)合金 (B)純金屬 (C)低熔點金屬 (D)白合金。
28. ( A ) 一般工業用的碳鋼含碳量為 (A)0.05 ～ 1.5% (B)1.7 ～ 2.0%(C)2.0～3.0% (D)3.0～4.5%。鋼是含碳量在0.02%～2.0%之Fe-C 合金。而工業上實際使用的碳鋼其含碳量大都在0.05%～1.5%的範圍內。
29. ( B ) 中碳鋼之含碳量為 (A)＜0.3% (B)0.3～0.6% (C)0.3～0.8%(D)0.8～2.0%。
30. ( B ) 鑄鐵為 (A)純鐵金屬 (B)碳鐵合金 (C)中間合金 (D)低熔點合金。
31. ( C ) 一般鋼與鑄鐵的分別，常以含碳量為區分的基礎，通常含碳量在多少%以上為鑄鐵，以下則為鋼？ (A)1.0% (B)1.5% (C)2.0%(D)2.5%。
32. ( A ) 製造高級鋼品應選用何者鋼錠 (A)全靜鋼 (B)半靜鋼 (C)未靜鋼 (D)靜面鋼 錠。
33. ( A ) 碳鋼鋼錠按脫氧之程度澆鑄於鑄模之前以矽鐵、錳鐵或鋁粉末等還原到充分脫氧，除了於鑄模上方鑄錠中央有收縮管含空洞及雜質不易排除，將之切除外，其餘材質均勻宜於製造高級鋼製品之這種鋼材叫做 (A)全靜鋼 (B)未靜鋼 (C)半靜鋼 (D)擴散鋼。

二、問答題

1. 何謂一貫作業的煉鋼廠。

現代化的大規模煉鋼廠都採用一貫作業的方式來冶煉。所謂一貫作業是將原料處理、生鐵冶煉、煉鋼以至各種鋼鐵製品的加工，都在同一鋼鐵廠的各工場完成，即稱為一貫作業煉鋼廠。

2. 試繪圖說明鼓風爐的構造及冶煉生鐵之原理。

冶煉生鐵的過程：將原料按一定比例(提煉1 噸生鐵，須鐵礦石1.5～2 噸，焦炭0.5～1 噸，石灰石0.3～0.7 噸，約成3：2：1)由輸送帶送至爐頂，再均勻的送入爐內。由風口送入之熱空氣把焦炭燃燒，產生多量的強還原性氣體CO，在爐中CO 和鐵礦石中的氧化鐵起作用，將氧化鐵還原成鐵，生成CO2，此CO2 若再與焦炭相遇，又可變成CO，如此反覆作用，如下列反應式所示：

2C(焦炭)＋O2 → 2CO↑

3Fe2O3(鐵礦石)＋CO → 2Fe3O4＋CO2↑(第一段還原)

Fe3O4＋CO → 3FeO＋CO2(第二段還原)

FeO＋CO → Fe＋CO2↑(第三段還原)

廢氣由爐頂離爐後即引入除塵器，除去污塵，然後送進熱風爐之燃燒室。還原的鐵液，因與大量熱焦炭相遇，受大量滲碳作用故含碳量極高。鐵水流到最底層的爐床內，鑽穿出鐵口，即可使鐵水流下，即得所謂之生鐵或銑鐵(pig iron)。生鐵可鑄成錠，供鑄造之用，或送往煉鋼工場煉鋼。熔劑石灰石在爐內下降過程中，遇熱分解生成石灰CaO 與CO2，石灰與鐵礦中的雜質(SiO2)結合，在高熱下形成矽酸鈣的熔融爐渣，也流入爐床，因比重輕故浮於鐵液上。其化學反應式如下所示：

CaCO3(熔劑)⎯⎯Δ→CaO＋CO2↑

CaO＋SiO2(鐵礦中的雜質) → CaSiO3↑

爐渣由排渣口排出，可急冷於水，供製水泥之原料；也可吹入蒸汽使凝成細長針狀結晶，稱為爐渣棉，可作為絕熱材料或織成耐火衣；直接冷凝於空氣中，可用以砌牆或舖路。如圖所示，為鼓風爐之作業情形。

3. 冶煉生鐵時，有那些重要的原料。

煉鐵的原料有四種，即鐵礦石、燃料、熔劑(flux)及熱空氣。

4. 試說明熔劑在煉鋼時的功用如何。

其作用是與鐵礦石中的雜質起化學反應，結合成爐渣(slag)而與鐵分離。

5. 試說明轉爐法有那些優點。

轉爐法的優點是操作容易，冶煉時間短，不需燃料，成本較低廉，故為目前煉鋼法之主流。

6. 電爐法有那些優缺點。

電爐法之優點是溫度容易精確控制、鋼品優良(因無有害氣體如氧、氮、氫等)，爐中可控制為氧化、還原或中性之狀態，故可產製易氧化之昂貴合金成份的合金鋼。缺點是分批操作，產量不大，成本較高。

7. 何謂全靜鋼錠、半靜鋼錠、未靜鋼錠。

(1) 全靜鋼錠：係添加強脫氧劑，如矽鐵、鋁使充分脫氧者。

(2) 半靜鋼錠：係指脫氧程度在全淨鋼與半淨鋼之間者。

(3) 未靜鋼錠：係以脫氧力不強之錳鐵作輕度脫氧而後澆鑄於鑄模者。

三、填充題

1. 治煉生鐵的原料有四種，即 鐵礦 、 焦炭 、 石灰石 、 熱空氣 。

2. 治煉生鐵的設備有那兩種爐： 鼓風爐 、 熱風爐 。

3. 在熔爐中熔化生鐵時，可加熔劑使與鐵中易熔之雜質結合成流動性之爐渣，該項熔劑是 石灰石 和白雲石。

4. 碳鋼依含碳量的高低可分為 低碳鋼 ：含碳量在 0.02%～0.3% ； 中碳鋼 ：含碳量在 0.3%～0.6% ； 高碳鋼 ：含碳量在 0.6%～2.0% 。

5. 柏塞麥法又稱 轉爐 煉鋼法， 治煉時間短 與 成本低 為其兩大特色。

一、選擇題

1. ( D ) 目前煉鋼的方法中何者使用最廣 (A)平爐法 (B)轉爐法 (C)電爐法 (D)L-D 轉爐法。
2. ( D ) 全靜鋼錠是以何者為強脫氧劑 (A)鋅 (B)銅 (C)鉻 (D)鋁。
3. ( C ) 由鼓風爐(高爐)冶煉而得的是 (A)鋼 (B)鑄鐵 (C)生鐵 (D)純鐵。
4. ( B ) 冶煉生鐵時焦炭、鐵礦石、石灰石的比例大約 (A)3：2：1 (B)2：3：1 (C)1：2：3 (D)1：3：2。
5. ( C ) 有關煉鋼法下列何者正確 (A)鹼性煉鋼法可除去碳、矽、錳 (B)酸性煉鋼法可除去P、S (C)鍛造用鋼大多使用鹼性煉鋼法 (D)合金鋼大多用平爐法煉製。
6. ( C ) 有關煉製生鐵之敘述下列何者錯誤 (A)石灰石可除去鐵礦中的雜質 (B)加入螢石(CaF2)可提高熔渣的流動性 (C)利用鼓風爐將冷空氣預熱 (D)焦碳除提供熱源外，並作為鐵礦的還原劑。

第二章：金屬材料之性質及試驗

2-1 物理性質

立即練習P48

( A ) 1. 有關常用金屬的比重，下列何者錯誤？ (A)鐵13.8 (B)銅8.9 (C)鋁2.7 (D)鉛11.3。

( C ) 2. 同一金屬的比重會因加工方法的不同而異，請問下列何者最大？(A)鑄造 (B)切削加工 (C)鍛造 (D)粉末冶金。

( B ) 3. 有關金屬的物理性質，下列敘述何者正確？ (A)鋼的含碳量愈多，其比熱愈小 (B)常用金屬中以鎢熔點最高，約3410℃ (C)金屬的導電度以銅最大 (D)鐵、鈷、鎳在常溫是順磁性體。

( D ) 4. 磁性完全喪失之溫度稱為 (A)變態點 (B)熔點 (C)虎克點 (D)居里點。

( B ) 5. 下列何者非金屬材料的物理性質 (A)比重 (B)硬度 (C)導電度(D)磁性。

2-2 機械性質

立即練習P50

( C ) 1. 下列何者非金屬材料的機械性質 (A)強度 (B)韌性 (C)磁性 (D)塑性。

( A ) 2. 金屬材料抵抗周期負載，如覆變應力(即外力為一拉一壓)的能力稱為(A)疲勞強度 (B)衝擊強度 (C)潛變強度 (D)降伏強度。

( D ) 3. 材料的伸長率和斷面縮率是表示何種機械性質 (A)展性 (B)韌性(C)彈性 (D)延性。

( B ) 4. 金屬材料因具有下列何種機械性質，故可加工成各種形狀 (A)韌性(B)塑性 (C)彈性 (D)磁性。

2-3 材料試驗

立即練習P77

( D ) 1. 拉伸試驗所得到的曲線圖形稱為 (A)金相圖 (B)平衡圖 (C)變態圖 (D)荷重－伸長圖。

( A ) 2. 勃氏硬度試驗法簡稱 (A)HB (B)HR (C)HV (D)HS。

( B ) 3. 洛氏硬度試驗法因壓痕器與荷重之不同，可分為幾種尺度 (A)7(B)8 (C)9 (D)10 種。

( C ) 4. 測試表面硬化層，如滲碳或氮化、電鍍層等的硬度，應使用 (A)HB(B)HR (C)HV (D)HS。

( C ) 5. 硬質材料如淬火鋼，應使用下列何種硬度值測驗 (A)HRA (B)HRB(C)HRC (D)HB。

( D ) 6. 疲勞試驗機通常採用迴轉樑法，可以求得該材料的S-N 曲線，其 S，N 是指 (A)應力，應變 (B)伸長，荷重 (C)溫度，長度 (D)應力，迴轉次數。

( A ) 7. 金相試驗最先採取的步驟是下列那一個 (A)取樣 (B)試樣鑲埋(C)拋光 (D)蝕刻。

( D ) 8. 下列何者不是非破壞性檢驗法 (A)磁力探傷法 (B)放射線探傷法(C)超音波探傷法 (D)火花試驗法。

( B ) 9. 火花試驗最常檢驗下列何種材料 (A)鋁 (B)鋼 (C)銅 (D)鉛。

學後評量解答

一、選擇題

( A ) 1. 鐵的比重為 (A)7.87 (B)13.2 (C)5.8 (D)3.0。

( A ) 2. 以下各金屬中以那一組之感磁性最強 (A)Fe、Co (B)Al、Pt(C)Bi、Sb (D)W、Mo。

( B ) 3. 膨脹係數是金屬材料的 (A)機械性質 (B)物理性質 (C)化學性質(D)切削性質。

( C ) 4. 金屬都是熱的良導體，以 (A)銅 (B)鐵 (C)銀 (D)鉛 之導熱度最大。

( D ) 5. 下列金屬 (A)鉛 (B)銅 (C)鎳 (D)鐵 之熔點最高。

( B ) 6. 下列四種金屬，何者的比重最大？ (A)鐵 (B)鉛 (C)銅 (D)鋅。

( C ) 7. 碳鋼在常溫下為肥粒鐵和雪明碳鐵之混合物，下列各種性質中何者隨碳鋼含碳量的增加而增加 (A)比重 (B)熱膨脹係數 (C)比熱(D)熱傳導係數。

( B ) 8. (A)鎂 (B)鋁 (C)鉻 (D)鎳 其導電與導熱性僅次於銀及銅。

( D ) 9. 銅、鋁、金、銀，左列金屬中展性最佳者依序為 (A)銅鋁金銀 (B)金銀銅鋁 (C)銀銅鋁金 (D)金銀鋁銅。

( A ) 10. 鎳、銅、鋅、鉛，左列實用金屬中硬度最佳依序為 (A)鎳銅鋅鉛(B)銅鉛鋅鎳 (C)鉛鋅銅鎳 (D)鋅鎳銅鉛。

( C ) 11. 對於使金屬變形之外力所生之抵抗力稱為金屬之 (A)硬度 (B)韌性 (C)強度 (D)延性。

( A ) 12. 硬度是金屬材料的 (A)機械性質 (B)物理性質 (C)化學性質 (D)切削性質。

( C ) 13. 材料受外力作用而變形，當外力除去後不能回復到原來的形狀，這種材料稱為具有 (A)惰性 (B)韌性 (C)塑性 (D)彈性。

( B ) 14. 鑄鐵之抗壓強度大約等於抗拉強度的 (A)二倍 (B)三倍 (C)四倍(D)五倍。

( B ) 15. 可使金屬抽成細絲的性質是 (A)展性 (B)延性 (C)剛性 (D)脆性。

( A ) 16. 可使金屬錘成薄片的性質是 (A)展性 (B)延性 (C)剛性 (D)脆性。

( B ) 17. 下列何種性質是屬於金屬材料的機械性質 (A)導熱性 (B)彈性(C)比重 (D)熔點。

( B ) 18. 屬於改變材料物理和機械性質的加工方法為 (A)車削 (B)熱作(C)銲接 (D)放電加工。

( B ) 19. 金屬材料中引起之應力超過一定限度時，其應力與應變將不依虎克定律而變化，此一限界稱為 (A)彈性限 (B)比例限 (C)降伏點(D)極限強度。

( A ) 20. 材料受外力作用後發生應變，若此外力除去後材料會恢復其原來形狀、大小的特性，則稱此材料具有 (A)彈性 (B)韌性 (C)延性 (D)脆性。

( A ) 21. 金屬材料之外力除去後，不產生永久變形之最大應力限界稱為 (A)彈性限 (B)降伏強度 (C)抗拉強度 (D)極限強度。

( C ) 22. 材料的衝擊值是表示該材料之 (A)剛性 (B)硬度 (C)韌性 (D)強度。

( D ) 23. 金屬之延性大小可由材料之 (A)衝擊值 (B)抗拉強度 (C)硬度(D)伸長率 判定。

( B ) 24. 非鐵金屬無明顯之降伏點，此時可以採用伸長的 (A)0.1% (B)0.2%(C)0.4% (D)0.3% 作為相等的降伏點。

( A ) 25. 在覆變應力下材料永久不會被破壞的應力中最大的程度，稱為該材料之 (A)疲勞限 (B)降伏點 (C)變態點 (D)破壞點。

( B ) 26. 金屬材料對於表面局部變形之外力發生抵抗力之程度，稱為該金屬的(A)強度 (B)硬度 (C)韌性 (D)脆性。

( D ) 27. 在現場欲知一大型工件之表面硬度，最簡便的硬度試驗方法是 (A)勃氏硬度試驗 (B)洛氏硬度試驗 (C)維克氏硬度試驗 (D)蕭氏硬度試驗。

( B ) 28. 金屬材料之超音波檢查、X 射線檢查、磁力線檢查，是屬於 (A)材料之外觀檢查 (B)材料之非破壞性檢查 (C)材料之破壞性檢查 (D)材料之重量檢查。

( D ) 29. 金屬材料之非破壞性試驗是用於檢查材料之 (A)強度 (B)硬度(C)材質 (D)瑕疵。

( D ) 30. 維克氏硬度試驗所使用的壓痕器是 (A)120°鑽石圓錐 (B) 1 "16鋼球(C)10mm 鋼球 (D)136°鑽石方錐。

( B ) 31. 勃氏硬度試驗所用的壓痕器是 (A)鑽石 (B)小鋼球 (C)鐵塊 (D)方錐體。

( C ) 32. 洛氏尺度黑色刻度0 與紅色尺度何者相一致 (A)10 (B)20 (C)30(D)40。

( C ) 33. 以壓痕器之壓痕對角線來計算硬度值之是 (A)勃氏 (B)洛氏 (C)維克氏 (D)蕭氏。

( D ) 34. 拉伸試驗中材料試件所能承受之最大負荷稱為 (A)彈性限 (B)比例限 (C)降伏點 (D)抗拉強度。

( B ) 35. HB 是表示金屬之 (A)強度值 (B)硬度值 (C)衝擊值 (D)扭力值。

( D ) 36. 下列何者為動態硬度試驗法 (A)勃氏硬度試驗 (B)洛氏硬度試驗(C)維克氏硬度試驗 (D)蕭氏硬度試驗。

( D ) 37. 洛氏硬度試驗C 尺度測試材料硬度時，所加的荷重為 (A)15 kg(B)60 kg (C)100 kg (D)150 kg。

( C ) 38. 機工用之銼刀硬度大約 (A)60 HRB (B)50 HRC (C)60 HRC(D)50 HRB。

( B ) 39. 洛氏B 尺度之硬度試驗中，加於試件之重量為 (A)80 kg (B)100 kg(C)120 kg (D)150 kg。

( A ) 40. 一般高速鋼車刀之硬度值約 (A)66 HRC (B)66 HRB (C)66 HRA(D)40 HRC。

( D ) 41. 勃氏硬度試驗，係用一直徑10 mm 之鋼球，於鋼鐵試件上加 (A)500kg (B)1000 kg (C)1500 kg (D)3000 kg 之力。

( B ) 42. 一金屬抗拉試驗棒平行部直徑為14 mm，標點距離50 mm。今受方向相反之拉力55417.68N 拉斷，則其抗拉強度 (A)3950 N/mm2(B)360 N/mm2 (C)1100 N/mm2 (D)150 N/mm2。

( A ) 43. 承上題，拉斷後標點距離變為56.55 mm，則試件之伸長率為(A)13.1% (B)131% (C)0.113% (D)11.31%。

( D ) 44. 勃氏硬度試驗時，以直徑10 mm 之標準鋼球，荷重為 3000kg 於試件上測得壓痕最大直徑為3.2 mm，則勃氏硬度值為 (A)556(B)278 (C)139 (D)363。

( B ) 45. 洛氏硬度之C 尺度，所用之壓痕器是 (A) 1 "16鋼球 (B)120°鑽石圓錐 (C)10 mm 鋼球 (D)136°鑽石方錐。

( A ) 46. 軟鋼之抗剪強度約為其抗拉強度之 (A)0.5 (B)0.05 (C)1.0(D)1.5 倍。

( D ) 47. 對物體加以外力時無論其力量大小，必會引起這物體形狀上之變化，這種變化稱為 (A)變態點 (B)彈性 (C)磁性 (D)應變。

( A ) 48. 一般金屬材料，若其抗拉強度提高，則其 (A)硬度增加，延性降低(B)硬度及延性均增加 (C)硬度及延性均降低 (D)硬度降低，延性增加。

( D ) 49. 下列那一種金屬材料之性質不能使用拉伸試驗來測驗 (A)斷面縮率(B)伸長率 (C)強度 (D)韌性。

( A ) 50. 碳化物刀尖塊通常鑲嵌於刀體上，其硬度可達 (A)90 HRA (B)70HRA (C)80 HRA (D)60 HRA。

( A ) 51. 含碳0.2%之鋼材其火花呈 (A)黃色 (B)藍色 (C)綠色 (D)紅色。

( A ) 52. 材料在某一溫度下，一定年限內能保持其變形不超過某一規定限度之允許應力應變範圍內，這種特性叫該金屬材料之 (A)潛變限度 (B)疲勞限度 (C)彈性限度 (D)機械利益。

( A ) 53. 金屬之強度與硬度一般隨溫度之降低而 (A)上升 (B)下降 (C)不變 (D)硬度增高，但強度降低。

( A ) 54. 金屬之強度隨溫度之上升而 (A)減少 (B)增加 (C)不變 (D)有時減少，有時增加。

( B ) 55. 何者是目前機械工廠中最常用之硬度試驗 (A)勃氏硬度 (B)洛氏硬度 (C)維克氏硬度 (D)蕭氏硬度。

( D ) 56. 材料作用於何種極限應力以下，其變形與負荷成直線關係？ (A)破壞限度 (B)極限強度 (C)降伏強度 (D)比例限度。

( B ) 57. 如圖之應力－應變曲線，吾人可判斷此材料為 (A)脆性材料 (B)延性材料 (C)灰鑄鐵 (D)白鑄鐵。

( C ) 58. 如圖所示，從那一位置起材料會發生應變硬化 (A)A (B)C(C)D (D)E。

( C ) 59. 如圖所示，那一點是材料之極限強度 (A)C (B)D (C)E (D)F。

( A ) 60. 如圖所示，那一點是材料之比例限 (A)A (B)C (C)D (D)F。

( A ) 61. 如圖所示，材料拉至那一位置，當除去外力後，其變形可完全恢復(A)B (B)C (C)E (D)F。

( B ) 62. 如圖所示，材料之容許應力應以那一點之應力除以安全因數 (A)C(B)D (C)E (D)F。

( A ) 63. 欲測金屬材料之降伏強度與伸長率宜施行 (A)拉伸試驗 (B)衝擊試驗 (C)硬度試驗 (D)金相試驗。

( C ) 64. 在鋼料之拉伸試驗中，其彈性係數(modulus of elasticity)可在下列何範圍中求出？ (A)彈性限內 (B)降伏限內 (C)比例限內 (D)極限強度內。

( D ) 65. 衝擊試驗的目的是要測定材料的 (A)延展性 (B)耐疲勞性 (C)潛變性 (D)韌性。

( D ) 66. 下列何者，可經由拉伸試驗測得 (A)硬度 (B)潛變限 (C)疲勞限(D)比例限。

( B ) 67. 應力與應變成正比之最大應力值，稱為 (A)降伏強度 (B)比例限(C)極限強度 (D)容許剪應力。

( D ) 68. 利用反跳高度決定材料硬度值之硬度表示法為 (A)洛氏 (B)勃氏(C)維克氏 (D)蕭氏 硬度。

( B ) 69. 下列之硬度試驗法，何者所需之荷重最大 (A)洛氏 (B)勃氏 (C)維克氏 (D)蕭氏 硬度。

( D ) 70. 鋼鐵在砂輪上磨火花試驗時，其中高碳工具鋼之火花，係 (A)帶有許多小星之淺黃色射線 (B)尾端呈點滴狀之黃色射線 (C)呈深紅色之射線 (D)帶有紅色斷續之射線。

( B ) 71. 欲分析鋼材之成分，最簡單而普遍之方法為從事 (A)化學試驗 (B)火花試驗 (C)音響試驗 (D)性質試驗。

( D ) 72. 高速鋼做火花試驗，其形狀呈現 (A)帶有紅色斷續之射線 (B)帶有許多小星之淺黃色射線 (C)光亮白色射線 (D)尾端是點滴狀之黃色射線。

( D ) 73. 高碳工具鋼在砂輪上磨削試驗其火花係 (A)羽毛狀花 (B)星形分叉 (C)多枝分叉兩段開花 (D)多枝分叉三段開花帶花粉。

( D ) 74. 下列那一種是金屬材料之非破壞性檢查法 (A)抗拉試驗 (B)硬度試驗 (C)衝擊試驗 (D)磁化探傷法。

( A ) 75. 機件的自然斷裂，起因於材料疲勞者，約占 (A)70% (B)80%(C)90% (D)98%。

( A ) 76. 材料產生疲勞破壞乃因 (A)交變應力之作用 (B)溫度變化之作用(C)持續使用之結果 (D)熱應力之作用。

( A ) 77. 下列有關火花試驗敘述何者為非 (A)金屬材料均可做火花試驗 (B)含碳量愈高之碳鋼，火花愈多 (C)碳鋼淬火後火花增多 (D)滲碳層鋼料發生火花甚多。

( A ) 78. 鋼鐵材料火花試驗中，產生爆裂開的火花，主要是 (A)碳 (B)鐵(C)矽 (D)錳 的作用。

( B ) 79. 下列那一項是非破壞性檢驗 (A)疲勞試驗 (B)超音波探測法 (C)衝擊試驗 (D)硬度試驗。

( C ) 80. 使用金鋼石方錐體，以一荷重壓入試片，使試片產生壓痕，這時將此荷重以壓痕的方錐形表面積除之，所得的硬度值稱 (A)勃氏硬度(B)洛氏硬度 (C)維氏硬度 (D)蕭氏硬度。

二、解釋名詞

1. 彈性：一般物質大都具有彈性，即當一物體在受對外力作用下而發生變形，但外力移去後，即恢復原來的形狀或尺寸，這種性質稱為彈性。

2. 彈性限：如圖荷重超過P 點後，荷重和伸長即不成正比。當荷重不超過E 點，則除去荷重後試片的尺寸會恢復到原來的大小。故受E 點以下荷重所產生的變形叫做彈性變形。以E 點的荷重PE 除以試片原截面積A0，所得的商叫做彈性限。

3. 比例限：上圖曲線所示，隨著荷重的增加伸長也增加，在P 點以下，荷重和伸長量成正比。此關係恰和虎克定律(Hooke’s law)相符合。以P 點的荷重PP除以試片原截面積A0，所得的商叫做比例限。

4. 虎克定律：圖曲線所示，隨著荷重的增加伸長也增加，在P 點以下，荷重和伸長量成正比。此關係恰和虎克定律(Hooke’s law)相符合。

5. S–N 曲線：把較大彎曲力矩加上試片使其迴轉，直到試片破斷為止，而求其總迴轉次數(N)。再換試片，以較小的彎曲力距加在試片上，求破斷時之。依此法繼續試驗，求所生應力(S)與總迴轉數N 的關係。把這結果畫在座標上時，可以得到如圖的曲線。這曲線叫做S─N 曲線。

6. 疲勞限：疲勞限(fatigue limit)：為材料抵抗覆變應力的能力，可由疲勞試驗得知。所謂覆變應力即外力為一拉一壓，相互變換者謂之。一般材料的疲勞強度約為抗拉強度之一半。

三、問答題

1. 試列舉出六種金屬材料之物理性質，四種機械性質。

物理性質：(1) 比重 (2) 比熱 (3) 熱膨膠係數 (4) 導熱度 (5)比電阻 (6) 熔點。

機械性質：(1) 硬度 (2)延性 (3)展性 (4) 韌性。

2. 試述材料試驗的目的為何？

機械性質就是靠各種材料試驗法予以測定。機械材料的規格除了大小、厚薄外，各種機械性質更應一併條列說明，使設計人員依工程要求，在選擇材料時有所遵循，以確保工程的安全性。

3. 試繪一低碳鋼之應力－應變曲線圖，並說明各點的意義。

    

(1) 比例限：圖曲線所示，隨著荷重的增加伸長也增加，

在P 點以下，荷重和伸長量成正比。

(2) 彈性限：荷重超過P 點後不超過E 點，則除去荷重後試片的尺寸會恢復到原來的大小。

(3) 降伏強度：當荷重超過E 點後，雖把外力除去，材料也無法恢復原狀，而產生永久性的塑性變形。

(4) 抗拉強度：曲線，經過降伏現象後，荷重再繼續增加，荷重超過M 點時試片的中央部份會發生局部變形，即直徑產生縮小的頸縮(necking)現象，則伸長增加率會比荷重增加率大。此時荷重會降低但伸長增加，直到拉斷為止。

4. 試述常用的硬度試驗法有那些？

(1) 勃氏硬度試驗法。

(2) 洛氏硬度試驗法。

(3) 維克氏硬度試驗法。

(4) 蕭氏硬度試驗法。

5. 試繪圖說明衝擊試驗之原理。

圖表示衝擊試驗的原理。試驗時，先把擺錘提高到一定高度h0。裝好試片後使擺錘自由擺下衝斷試片。試片破斷時會吸收擺錘的一部份能量，而擺錘所剩下的能量會使擺錘擺到相反方向的某一高度h，若不考慮擺錘受空氣阻力或軸承摩擦力之影響，則：因衝擊時被材料吸收之能量E＝擺動前後之位能差。

6. 何謂疲勞破壞？

因為材料表面的傷痕或是內部的缺陷，容易發生應力的部份集中，因而會增加局部的覆變應力。這種應力經過長期的作用後，使局部發生微細的裂痕，而漸次傳到全斷面，最後發生破斷。

7. 試簡述金相顯微觀察的步驟。

金相實驗可依下列步驟完成：(1) 取樣  (2) 試樣鑲埋  (3) 研磨  (4) 拋光  (5) 蝕刻  (6) 顯微鏡觀察  (7) 拍照。

8. 常用的非破壞性檢驗有那些？

常用的非破壞檢驗有下列幾種：

(1) 磁力探傷法：此法可檢驗鋼鐵材料之表面或表面附近之缺陷。

(2) 滲透探傷法：材料表面如有氣孔、裂痕缺陷，而肉眼無法辨別時，可採用滲透探傷法。

(3) 放射線探傷法：可檢視工作內部之孔隙、夾雜物或成份之偏析等。

(4) 超音波探傷法(Ultrasomic inspection)：探知試體內部的缺陷。

四、填充題

1. 材料之強度通常可分為抗拉、抗剪、抗壓、抗扭及 抗疲勞 強度等五種。

2. 金屬材料因外力而發生抵抗作用的強度和硬度等性質稱為 機械性質 。

3. 材料於彈性限度以內時，則其單位應力與應變有一定之比率，此比值稱為 彈性係數(楊氏係數) 。

4. 硬度試驗法中最常用的方法有：洛氏、勃氏、蕭氏及 維克氏 四種。

5. 洛氏HRC 硬度試驗所使用之壓痕器為 尖角120°鑽石圓錐 。

6. 需要熱處理之工作物，圖上如註明50 HRB 之符號，則其中之H 係代表硬度 ，R 代表 洛氏 ，B 代表 尺度記號 。

7. 硬度試驗除了可測知碳鋼的硬度之外，還可推估其 抗拉 強度。

8. 衝擊試驗之目的在於決定材料之 韌性 。

9. 金屬材料之沙丕試驗係一種一般所稱之 衝擊 試驗。

10. S-N 曲線代表 疲勞 曲線。

11. 寫出三種最常用之非破壞性檢驗法的名稱： 超音波探傷法 、 螢光滲透探傷法 、 磁力探傷法 。

一、選擇題

( D ) 1. 金屬易失去電子形成陽離子，而引起金屬之氧化生銹。下列何者金屬的還原電位較低，易引起生銹 (A)Ni (B)Fe (C)Sn (D)Zn。

( B ) 2. 下列何者金屬是強磁性體 (A)銅 (B)鎳 (C)金 (D)鉛。

( C ) 3. 物質1 克升高溫度1℃所需之熱量卡數稱為 (A)比重 (B)熱傳導率(C)比熱 (D)潛變。

( C ) 4. 下列何者敘述正確 (A)純鐵之居里點是723° (B)常用金屬中，鎢熔點最高是4310℃ (C)碳鋼含碳量愈多，比熱愈大 (D)常用金屬中，錫的熔點最低是323℃。

( B ) 5. 金屬材料硬度大者，其韌性通常 (A)大 (B)小 (C)相等 (D)不一定。

( C ) 6. 下列何者是金屬的機械性質 (A)磁性 (B)熔點 (C)延性 (D)比重。

( B ) 7. 非鐵金屬無明顯之降伏點，此時可以採用永久變形量的 (A)0.1%(B)0.2% (C)0.4% (D)0.3%。

( C ) 8. 具有脆性之材料，其最大拉力比拉斷時之拉力為 (A)大 (B)小 (C)幾乎相等 (D)不一定。

( C ) 9. 拉伸試驗中得到伸長率及斷面縮率是表示材料的 (A)展性 (B)彈性(C)延性 (D)硬度。

( C ) 10. 勃氏硬度的代號是 (A)HV (B)HR (C)HB (D)HS。

( B ) 11. 下列何者是最常用的硬度試驗 (A)勃氏 (B)洛氏 (C)維克氏 (D)蕭氏。

( C ) 12. 碳鋼的火花試驗可得知 (A)物理性質 (B)機械性質 (C)鋼材種類(D)化學性質。

( C ) 13. 以壓痕之對角線來計算硬度值之硬度為 (A)勃氏 (B)洛氏 (C)維克氏 (D)蕭氏。

( D ) 14. 下列硬度試驗中，何者適於測試現場之大工件 (A)HV (B)HR(C)HB (D)HS。

( D ) 15. 拉伸試驗可得到材料的 (A)S-N 曲線圖 (B)S 曲線圖 (C)TTT 圖(D)應力─應變曲線圖。

( D ) 16. 有關火花試驗下列何者錯誤 (A)碳鋼的含碳量愈多爆裂愈多，分叉愈多 (B)高碳鋼呈暗紅色，低碳鋼呈橙黃色 (C)含碳愈多火花長度愈短愈細 (D)常用於金屬材料之試驗。

( C ) 17. 下列何種不屬於非破壞性材料試驗 (A)螢光滲透探傷法 (B)磁力探傷法 (C)疲勞試驗 (D)超音波探傷法。

( A ) 18. 一拉伸試驗試桿，平行部的截面積30mm2，拉斷後頸縮處截面積是25mm2，求該材料的斷面縮率是 (A)16.7% (B)20% (C)26.7%(D)30%。

( B ) 19. 材料吸收衝擊能量的能力稱為 (A)展性 (B)韌性 (C)延性 (D)硬度。

( D ) 20. 拉伸試驗中，何者應力下，荷重與伸長量成正比 (A)彈性限 (B)抗拉強度 (C)降伏強度 (D)比例限。

( D ) 21. 有關衝擊試驗下列何者錯誤 (A)Charpy 試件是兩點支撐 (B)Izod 試件凹口是V 型 (C)Izod 的單位是kg-m (D)Izod 是衝擊試件中心。

( D ) 22. 金屬材料常因疲勞而破壞，疲勞是因受何種外力所引起 (A)拉力(B)壓力 (C)剪力或扭力 (D)交變應力。

( D ) 23. 非破壞檢驗法中常用於檢驗焊道者是 (A)螢光滲透探傷法 (B)磁力探傷法 (C)疲勞試驗 (D)X 射線探傷法。

( C ) 24. 迴轉樑法得到S-N 曲線圖是表示材料的 (A)韌性 (B)硬度 (C)疲勞強度 (D)延性。

( D ) 25. 金相試驗可得到材料之 (A)比重 (B)韌性 (C)疲勞強度 (D)晶粒及組織資料。

第一章：緒論

1-1金屬及合金的通性

立即練習P8

一、選擇題

( D ) 1.有關金屬，依據其外在特性，下列敘述何者不正確？(A)具有延展性 (B)是熱、電傳導體 (C)大多具有光澤 (D)不是結晶體。

( B ) 2.有關金屬的敘述，下列何者正確？(A)是藉著自由質子可以導電、導熱 (B)具有密排的短鍵結，故有相當的強度 (C)當陽離子與氫、氧結合後容易形成酸性化合物 (D)純金屬內仍存在的那些極少數元素稱為合金元素。

( D ) 3.下列敘述何者不正確？(A)純鐵可做為變壓器的心蕊 (B)純鐵為強磁性體 (C)沃斯田鐵系不銹鋼無磁性 (D)機械上用的零件是用純金屬最多。

( C ) 4.下列何者為非鐵類金屬？(A)鋼 (B)合金鋼 (C)蒙納合金 (D)鑄鐵。

( A ) 5.當金屬為了某種目的而加入合金元素製成合金後，其性質變化大多會 (A)增加電阻 (B)降低熱處理性能 (C)增加延展性 (D)熔點提高。

二、填充題

1. 常用金屬中以 W 的熔點最高，是 3410 ℃；以 Sn 的熔點最低，是 232 ℃。

2. 18-8 不銹鋼是指含 Cr 18%， Ni 8%的材料。

3. 鋼是 Fe 加 C 所組成的合金。

1-2 金屬的結晶構造與組織

立即練習P13

一、選擇題

( A ) 1.用下列何種儀器，不能觀察到金屬的組織 (A)放大鏡 (B)金相顯微鏡 (C)電子顯微鏡 (D)投影機。

( C ) 2.用下列何種儀器，可觀察到晶粒內原子的排列形狀 (A)放大鏡 (B)金相顯鏡 (C)電子顯微鏡 (D)投影機。

( A ) 3.欲觀看材料晶粒內原子的排列如何，是藉助下列何種方法 (A)繞射法 (B)反射法 (C)折射法 (D)干涉法。

( D ) 4.金屬各有其特定的結晶格子，其中能代表原子排列特性的最小單位稱為 (A)空間格子 (B)格子常數 (C)組織 (D)單位晶胞。

二、填充題

1. 體心立方格子簡稱 BCC 。

2. 面心立方格子簡稱 FCC 。

3. 六方密格子簡稱 HCP 。

1-3金屬的塑性變形

立即練習P16

( C ) 1.利用金屬材料之塑性變形能力，對材料施加外力使其發生永久變形而形成所需之形狀，此外力必須超過材料的 (A)比例限 (B)彈性限度 (C)降伏強度 (D)極限強度。

( D ) 2.金屬之塑性加工可分為熱加工與冷加工，是以下列何者為界線？ (A)結晶溫度 (B)熔點 (C)變態點 (D)再結晶溫度。

( C ) 3. 鉛在室溫(約 20℃)進行塑性加工是等於 (A)冷加工 (B)深冷處理 (C)熱加工 (D)恒溫處理。

( B ) 4.把 Fe 加熱至 400℃進行塑性加工是屬於 (A)熱加工 (B)冷加工 (C)恆溫處理 (D)正常化處理。

( A ) 5.家中鋁門、鋁窗的框是用何種方法製成 (A)擠製 (B)壓製 (C)鍛造 (D)滾軋。

( D ) 6.各種型鋼，如 L 型、I 型、H 型等是用何種方法製成 (A)擠製 (B)壓製 (C)鍛造 (D)滾軋。

1-4 金屬的凝固與變態

立即練習 P32

( C ) 1. 金屬由液態變固態時，最先形成的是 (A)晶粒 (B)晶界 (C)晶核 (D)空間格子。

( A ) 2. 金屬內的晶粒愈小，則晶界愈多會使其強度 (A)變大 (B)因材料而異 (C)變小 (D)無影響。

( B ) 3. 同一金屬內，於固體狀態時會因溫度和壓力之不同而使結晶之原子排列也發生變化，此種現象稱為 (A)變形 (B)變態 (C)熔解 (D)昇華。

( B ) 4. 下列何者非純鐵的三種同素異形體 (A)α-Fe (B)β-Fe (C)γ-Fe (D)δ-Fe。

( D ) 5. 有關金屬形成固溶體後，其特性的變化，下列敘述何者錯誤？ (A)強度、硬度提高 (B)導電度降低 (C)導熱度降低 (D)延展性提高。

( C ) 6. 平衡圖上的任意一條連結線，可以利用何種原理計算出兩相，相對的含量 (A)平衡原理 (B)力矩原理 (C)槓桿原理 (D)斜面原理。

( C ) 7. 有關Fe-C 平衡圖中共晶反應的敘述，下列何者錯誤 (A)發生在1148℃ (B)含碳量是4.3% (C)反應是由固體 → γ＋碳化物 (D)稱為共晶混合物。

( C ) 8. 有關Fe-C 平衡圖中共析反應的敘述，下列何者不正確？ (A)發生在727℃ (B)含碳量是0.77% (C)反應是由α → γ＋碳化物 (D)稱為共析層狀混合物。

( A ) 9. 下列何者非插入型固溶體 (A)雪明碳鐵 (B)肥粒鐵 (C)沃斯田鐵 (D)麻田散鐵。

學後評量解答

一、選擇題

( B ) 1. 下列常用純金屬中以何者熔點最高 (A)錫 (B)鎢 (C)鐵 (D)鉍。

( B ) 2. 下列金屬的導電率與導熱率最高者為 (A)銅 (B)銀 (C)鉛 (D)鋁。

( D ) 3. 下列金屬中熔點最低者為 (A)鐵 (B)銅 (C)鎢 (D)錫。

( A ) 4. 金屬材料除了水銀外，在常溫下為 (A)固態 (B)氣態 (C)液態(D)半固態。

( A ) 5. 工程用金屬材料一般為熱與電的 (A)良導體 (B)絕緣體 (C)不良導體 (D)非絕緣體。

( A ) 6. 合金的強度通常比成分金屬為 (A)高 (B)低 (C)不一定 (D)無影響。

( D ) 7. 一般之合金與其成分金屬相比較通常 (A)前者延展性較大，後者硬度較高 (B)前者延展性較大，後者硬度較低 (C)前者延展性較小，後者硬度較高 (D)前者延展性較小，後者硬度較低。

( A ) 8. 合金之硬度比該成分金屬為 (A)高 (B)低 (C)相同 (D)不一定。

( C ) 9. 合金之熱傳導及導電率與其成分金屬相比較時，通常 (A)高低不一定 (B)前者較高 (C)後者較高 (D)兩者相等。

( C ) 10. 黃銅是以銅與 (A)錫 (B)鋁 (C)鋅 (D)鐵 為主要成分之銅合金。

( B ) 11. 普通青銅是以銅與 (A)鉛 (B)錫 (C)鋅 (D)鐵 為主要成分之合金。

( D ) 12. 純鐵之熔點為 (A)770℃ (B)912℃ (C)1400℃ (D)1538℃數。

( D ) 13. 鋼是一種 (A)純金屬 (B)白合金 (C)低熔點金屬 (D)合金。

( A ) 14. 材料的性質與下列何者關係最大 (A)內部結構 (B)化學成分(C)碳含量 (D)加工方法。

( B ) 15. 下列有關合金之通性的敘述，何者不正確？ (A)延展性常較其成分金屬為小 (B)硬度及強度常較其成分金屬為低 (C)一般熔點較其成分金屬為低 (D)導熱率、導電率常低於其成分金屬。

( A ) 16. 金屬之結晶構造中富於延展性者為 (A)面心立方格子 (B)體心立方格子 (C)六方密格子 (D)斜方格子。

( A ) 17. 晶粒微細之組織較晶粒粗大之組織其強度較 (A)大 (B)小 (C)一樣 (D)不一定。

( B ) 18. 具有體心立方格子之金屬為 (A)鋁 (B)鉻 (C)γ-Fe (D)鉛。

( C ) 19. 具有面心立方格子之金屬為 (A)α-Fe (B)釩 (C)鋁 (D)鎘。

( D ) 20. 一般金屬之結晶粒大小為 (A)10～100mm (B)1～10mm (C)0.1～1mm (D)0.001～0.1mm 之不規則多角形體。

( A ) 21. 結晶的成分、粗細、形狀、方向及結合狀態稱為 (A)組織 (B)韌性 (C)強度 (D)彈性。

( C ) 22. 表示金屬結晶構造，通常以該原子之結晶格子之形狀及稜線之長度，通常在2.5～3.3A，其A 之長度單位為 (A)10.6m (B)10.3m(C)10.10m (D)10.1m。

( A ) 23. 具有六方密格子結構的金屬為 (A)鋅 (B)鋁 (C)鉛 (D)銅。

( B ) 24. 在常溫鐵的結晶構造為 (A)面心立方格子 (B)體心立方格子(C)六方密格子 (D)基本立方格子。

( B ) 25. 在一個正立方體的各頂點及各平面之中心，各配置一個原子，此種晶格為 (A)體心立方格子 (B)面心立方格子 (C)六方晶系格子(D)鑽石型格子。

( C ) 26. 以下之材料何者較適於熱作 (A)低碳鋼 (B)中碳鋼 (C)高碳鋼(D)灰鑄鐵。

( B ) 27. 金屬材料經過塑性加工後，如果沒有相變化發生則其晶體結構 (A)會變態 (B)會變歪 (C)不變 (D)會改變大小。

( A ) 28. 冷作是在下列何種狀態下加工？ (A)金屬在再結晶溫度以下做滾軋 (B)金屬在再結晶溫度以上做滾軋 (C)金屬在高溫加熱中做滾軋 (D)金屬在常溫中做滾軋。

( C ) 29. 熱作之特性為 (A)加工硬化大 (B)可加工至精確尺寸 (C)同一加工量機械所需能量較小 (D)內應力較大。

( C ) 30. 結晶格子產生差排移動的現象，主要係受下列何種力之作用 (A)拉力 (B)壓力 (C)剪力 (D)扭力。

*( C ) 31. 下列敘述何者錯誤？ (A)有熱作的加工終止溫度係在再結晶溫度以上 (B)熱作改變工件形狀所需之能量較冷作為低 (C)熱作之工件表面較光滑 (D)冷作係使金屬之結晶產生畸變。

( A ) 32. 金屬冷作的特徵，那一項不正確？ (A)有再結晶發生 (B)表面硬化 (C)有殘留應力 (D)表面光滑。

*( A ) 33. 下列對冷作加工之敘述，何者為錯誤？ (A)冷作後可消除金屬內部殘留應力 (B)工件可維持較精密的尺寸公差 (C)適用於大結晶粒之金屬 (D)可改善表面光度。

( B ) 34. 金屬材料於再結晶溫度以上施以外力，以改變其形狀之加工方法稱為 (A)冷作 (B)熱作 (C)鑄造 (D)硬銲。

( A ) 35. 熔融之金屬開始凝固時，液體內首先會產生許多 (A)晶核 (B)晶粒 (C)晶軸 (D)晶界。

( B ) 36. 金屬受熱而使原子振動急速增加，致使結晶格子崩壞時，此現象稱為 (A)凝固 (B)熔解 (C)汽化 (D)蒸發。

( C ) 37. 純金屬由開始熔解至完全熔解，此期間溫度 (A)繼續上昇 (B)繼續下降 (C)保持不變 (D)不一定。

( C ) 38. 一般金屬間化合物的性質 (A)熔點低，硬度低 (B)熔點低，硬度高 (C)熔點高，硬度高 (D)熔點高，硬度低。

( B ) 39. 共晶混合物之金屬其熔點較成分金屬為 (A)高 (B)低 (C)無關(D)視成分而不同。

( A ) 40. 固溶體在固態完全溶合乃因 (A)成分金屬有相同結晶格子且原子大小相近 (B)成分金屬有相異結晶格子且原子大小相近 (C)成分金屬有相異結晶格子且原子大小相異 (D)成分金屬有相同結晶格子且原子大小相異。

( B ) 41. 一般研究金屬變態時常使 (A)溫度不變，改變壓力 (B)壓力不變，改變溫度 (C)壓力與溫度皆改變 (D)壓力與溫度皆不變。

( B ) 42. 金屬之變態起因於晶體內部之 (A)分子配列 (B)原子配列 (C)電子配列 (D)質子配列 發生變化。

( B ) 43. 通常凝固冷卻速度愈慢所獲得之晶粒愈 (A)細微 (B)粗大 (C)不一定 (D)視材料的成分而定。

( A ) 44. 以圖表示合金之成分金屬之組成與溫度之關係，此圖稱為 (A)平衡圖 (B)組織圖 (C)自由圖 (D)變形圖。

( A ) 45. 某種二元合金在某溫度處有一合金熔液同時分出兩種不同之固體，這種反應稱為 (A)共晶反應 (B)包晶反應 (C)共析反應 (D)偏晶反應。

( C ) 46. 某種二元合金在某溫度處有一固體同時分出兩種不同之固體，這種反應稱為 (A)共晶反應 (B)包晶反應 (C)共析反應 (D)偏晶反應。

( D ) 47. 合金之凝固溫度 (A)一定 (B)一定，但隨成分而變 (C)有一定範圍，與成分無關 (D)有一定範圍，與成分有關。

( B ) 48. 一種金屬元素與另一種或一種以上的金屬或非金屬元素在固體狀態下完全溶合，形成一種 (A)金屬間化合物 (B)固溶體 (C)混合物 (D)共晶。

*( B ) 49. 固態金屬於高溫時均能熔解，唯所需之熔解溫度高低不同。同一種金屬升高溫度所需之熱量及熔解潛熱與該金屬的重量成 (A)反比(B)正比 (C)無關 (D)不成比例。

( A ) 50. 純鐵加熱至1000℃時，其原子排列是屬於 (A)FCC (B)BCC(C)HCP (D)BCT。

( C ) 51. 純鐵有三種同素異形體，其存在溫度於912℃以上者稱為 (A)α-Fe(B)β-Fe (C)γ-Fe (D)δ-Fe。

( B ) 52. 材料內部的組織，其結晶粒愈多愈細則 (A)愈能產生滑動 (B)愈能阻止滑動 (C)不能產生或阻止滑動 (D)與晶粒的大小無關。

*( D ) 53. 在熔融狀態下互不熔合的金屬欲製成合金時，可使用下列何種方法(A)鑄造方法 (B)鍛造方法 (C)放電方法 (D)粉末冶金。

二、解釋名詞

1. 合金：合金最適當的定義是：「在一種金屬內，加入其他金屬或非金屬，而形成仍具有金屬特性的物質」。

2. 組織：晶粒的成分、粗細、形狀、方向和其組合的情形，稱為金屬的組織(structure)。

3. 結晶格子：在晶粒內原子是依照一定的規則排列著，且原子是以一正立方體為基本單位，以此為中心在它的前後、左右、上下各方以相同的形式排列著。若假想把各原子用線串聯起來，則在空間可以得到立體的格子，所以稱這種格子為結晶的空間格子(space lattice)或者稱為結晶格子(crystal lattice)。

4. 單位格子：從空間格子內無數的排列原子中選出「能代表排列特性的最小單位」來表示它的結晶格子。這種能代表原子排列特性的最小單位叫做單位格子(unitlattice)或稱為單位晶胞(unit cell)。

5. 格子常數：通常要表示某種金屬的結晶構造時，只要表明單位格子的型式和各稜的長度就可以。這稜長叫做格子常數(lattice constant)─即單位格子的邊長。

6. 變態：金屬除了和其他物質一樣有氣體、液體、固體三種不同的形態存在外，在同一金屬內，於固體狀態時會因溫度和壓力之不同而使結晶之原子排列也發生變化，這種現象稱為變態(transformation)。

7. 同素變態：同一元素於變態前後存在兩種不同性質之結構體，互稱為同素異形體(allotropy)。同一元素間之變態稱為同素變態(allotropic transformation)。

8. 固溶體：所謂固溶體，就是兩種或兩種以上的固體金屬互相溶解所形成均勻體的簡稱。

9. 冷加工：凡是材料於其再結晶溫度以下加工者稱為冷加工。

10. 熱加工：凡是材料於其再結晶溫度以上加工者稱為熱加工。

11. 塑性加工：利用金屬材料之塑性變形能力，對材料施加外力使其發生永久變形而成為所需要之形狀或尺寸的加工方法，稱為塑性加工(plastic working)。

三、問答題

1. 試述純金屬與合金之通性。

凡是金屬均具有下列共通的特性：

(1) 常溫時是以固體狀態存在，且是結晶體(汞除外)。

(2) 具有塑性變形的能力，即富於延性及展性。

(3) 為電、熱之良導體。常用金屬中，以銀的導電率最高，其次序為銅、金、鋁。

(4) 具有特殊之金屬光澤且不透明。

(5) 有一定的熔點。常用金屬中以鎢3410℃最高，錫232℃最低。

(6) 比重恆大於1(除鋰、鈉、鉀外)。一般比重大於4 者，稱為重金屬，如銅、鐵等。小於4 者，稱為輕金屬，如鋁、鎂等。

(7) 氧化物或氫氧化物若能溶於水，多呈鹼性反應(但鈹、鋁、鉻等兩性元素例外，呈兩性反應)。

當金屬為了某種目的而加入合金元素製成合金後，其性質會有下列的變化發生：

(1) 熔點降低：例如純鐵熔點是1538℃，但含碳4.3%的共晶鑄鐵，其熔點降到1148℃(但有些特例，如銅與鎳形成合金後，其熔點比銅高，例如蒙納合金、康史登銅)。

(2) 延性、展性降低：以鋁為例，純鋁之伸長率為45%，鋁銅合金則降至22%。

(3) 導熱度降低：純銅為0.94，七三黃銅是0.29(單位：cal/(cm.℃.sec))。

(4) 強度、硬度增加：以純鋁與鋁銅合金(含4%Cu)的降伏強度來比較，前者35N/mm2，後者70N/mm2，即後者增強了兩倍。

(5) 電阻增大：純銅的電阻係數為1.67×10.6Ω-cm，七三黃銅則為6.2×10.6Ω-cm 如此可應用於製造高電阻電熱器。

(6) 熱處理性能增進：純金屬加入其他金屬或非金屬形成合金後，可增進其熱處理性能。如碳鋼、合金鋼等可以淬火、回火、退火……等加以熱處理以增進機械性質。

2. 最常見的結晶格子有那三種？請繪圖並舉例說明。

(1) 體心立方(body-centered cubic，簡稱BCC)格子：一個BCC 單位格子所含的原子數為：2 (個)，屬於此種結晶格子的金屬，如鈮、鋇、鎢、鉻、鉬、釩、α鐵、δ鐵等。

(2) 面心立方(face-centered cubic，簡稱FCC)格子：一個FCC 單位格子含

有的原子數為：4 (個)，屬於此種結晶格子的金屬，如金、銀、銅、γ鐵、鉑、鉛、鋁、鎳等。

(3) 六方密(hexagonal close-packed，簡稱HCP)格子：一個HCP 單位格子含有的原子數為：6 (個)，屬於此種結晶格子的金屬，如鋅、鎘、鈷、鈦、鎂等。

3. 彈性變形與塑性變形有何不同。

把外力除去後變形即消失而恢復原狀，此種變形稱為彈性變形(elasticdeformation)。但當外力超過金屬之彈性限度時，變形就成為不可逆的，即使把外力除去後變形仍然存在，此種變形稱為永久變形或塑性變形(plasticdeformation)。

4. 熱加工與冷加工有何區別？

金屬材料之變形能力常隨溫度之上昇而增大，故為了省力容易加工，多數的金屬材料大都先在較高溫施以加工成型後，再於較低溫度下做最後加工，如此表層不易產生氧化層，且尺寸也比較容易控制。因此一般區分為熱加工(hotworking)和冷加工(cold working)兩種。

5. 試列舉四種塑性加工之方法。

(1) 滾軋(rolling)：如圖(a)所示。金屬材料經過一長排不同間距的軋輥(roll)，使材料的厚度越來越小而達到預期的尺寸，成為截面一樣的成品，此加工法稱為軋延。可製成板、桿、管及各種型鋼(如L 型、U 型、I 型、H型)等。

(2) 鍛造(foring)：如圖(b)所示。把材料放置在一對鍛模間，從上下或左右方向施加衝擊力，以改變材料之高度、寬度而得到預期的形狀。此加工法稱為鍛造。

(3) 抽拉(drawing)：如圖(c)所示。把直徑較大的材料通過直徑較小的拉模施力向前拉，使材料的直徑變小，如此反覆通過直徑更小的拉模，而達到預期的直徑為止。此加工法稱為拉製。此法可製造較小線徑的金屬線。

(4) 壓製(pressing)：如圖(d)所示。把金屬材料置於壓模上，使用壓筒由上方以適當之力量和速度下壓，使形成預定形狀的成品。此種加工法稱為壓製。如金屬罐、容器、鍋之壓製。圖(f)所示為旋壓製，常為鍋形容器之製作法。

(5) 擠製(extruding)：如圖(e)所示。把材料放在擠製機內，用擠筒施力擠壓，使材料通過各種形狀的擠模，可以擠出不同形狀的管、條等之加工法稱為擠製。如銅、鋁等合金棒或鋁門、鋁窗的框之擠製。

6. 試說明置換型固溶體與插入型固溶體有何區別，並繪圖說明。

固溶體又依溶質原子在溶劑原子結晶格子內的佔有方式可區分為兩種：

(1) 置換型固溶體(substitutional solid solution)：如圖(a)所示，置換型固溶體之溶質原子將溶劑原子自其固有的結晶格子上置換下來。這種固溶體常發生於溶質原子與溶劑原子大小相似的合金系。部份的合金是屬於此型，如Cu-Ni 合金、Cu-Mn 合金、Al-Be 合金、Al-Mg 合金、Co-Ni 合金等。

(2) 插入型固溶體(interstitial solid solution)：如圖(b)、(c)、(d)所示，插入型固溶體乃溶質原子插入溶劑晶格間隙所形成之固溶體。這種固溶體常發生於溶質原子(大多為非金屬原子)比溶劑原子小很多的情況下，如C、N、B、H 等元素固溶於Fe 的情形即屬於插入型固溶體，如肥粒鐵、沃斯田鐵、麻田散鐵。

7. 試繪圖說明金屬凝固時，結晶之生長過程。

金屬結晶的凝固與生長情形可以從圖得知，就是形成結晶核後，會以結晶核為中心慢慢生長增大。特別注意圖(a)之晶核具有方向性，長軸的方向代表晶粒較易結晶固化的軸向。首先長出樹枝狀結晶，然後各原子漸次排滿在剩餘的空間。由熔液內的各處所生的各個結晶，最後互相接觸使全部的熔液凝固完成，各個結晶的最後接觸面就是晶界。

四、填充題

1. 黃銅是 銅 、 鋅 的合金，青銅是 銅 、 錫 的合金。

2. 重要的輕金屬有鋁、 鎂 與 鈹 等。

3. 鋁、銀、銅、金等具有很大的延性，其結晶格子屬於 FCC 。

4. 鉻、鎢、鉬等金屬，其原子間不易滑動，故硬度較高，其結晶格子屬於BCC 。

5. 每個單位晶胞所含原子個數，體心立方為 2 ，面心立方為 4 ，六方密格子為 6 。

6. 在16℃，純鐵的原子排列是BCC，格子常數是 2.87 A。

7. 熱作與冷作之區別，一般都以加工時的溫度在該材料的 再結晶 溫度上、下加以區別。

8. 在冷作加工過程中，若材料產生加工硬化，欲使材料恢復未硬化前之性質時，應進行 製程退火 處理。

9. 純鐵在 770 ℃時即失去磁性，稱之為A2 變態點。

10. 在碳鐵平衡圖中，α-Fe 之結晶構造是 BCC ，γ-Fe 之結晶構造是FCC ，而δ-Fe 之結晶構造是 BCC 。

11. 於平衡圖中可以知道某組成合金在某溫度時有幾相共存，各相的組成含量可以用 槓桿原理 求得。