此节旨在针对铁合

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1、金屬合金之種類與特性此節旨在針對鐵合金（純鐵、低碳鋼、中低鋼、高碳鋼、灰鑄鐵、白鑄鐵、球墨鑄鐵、展性鑄）、銅合金、鋁合金、鎂合金、鈦合金、耐高溫金屬、與超合金等之特性進行蒐構，分述如下：（一）鐵合金特性鐵合金（Ferrousalloys）係以鐵為主要成分的合金材料，其產量比任何其它金屬多，且常作為工程結構用材料。它們能廣泛的被使用，可由三個因素來解釋：(1)含鐵之化合物在地殼內蘊藏豐富；(2)鐵和鋼合金的提煉、精煉、以及製造技術十分成熟；(3)鐵合金之機械性質優異。表5為鐵合金種類與其成份。各鐵合

2、金之特性分述如下。表5鐵合金種類及成份表種類含碳量純鐵0.02%低碳鋼0.1%~0.3%中碳鋼0.3%~0.6%高碳鋼0.6%~1.4%灰鑄鐵（延性）球墨鑄鐵鑄鐵1.4%~6.67%白鑄鐵展性鑄鐵（二）低碳鋼特性所有鋼種中，大部份係落在低碳鋼這一類的範圍內，含碳量通常少於0.25wt%，因此對於形成麻田散鐵的熱處理是無反應的，其鋼才的強化主要是靠冷加工來完成。其顯微結構包括肥粒鐵和波來鐵。低碳鋼的另一群是高強度低合金鋼（HSLA）。它們包含其它合金元素諸如銅、釩、鈦、鈮、鈷和硼等元素，添加濃度有通

3、常小於5﹪wt，甚至更低。強化機構是藉高溫熱加工時產生析出物，因此具有析出硬化及晶粒細化等功效，故其強化比低碳平碳鋼強度高。在一般大氣中，HSLA鋼比平碳鋼具有更佳耐蝕性，在結構強度重要的很多應用中，它們已經代替了平碳鋼。（三）中碳鋼中碳鋼之含碳濃度約介於0.25wt﹪至0.60wt%之間，這些鋼材可藉著沃斯田鐵化，淬火然後回火等熱處理改善機械其性質。它們最常以回火狀態使用，其顯微結構是回火麻田散鐵。代表性的鋼材為添加鉻、鎳、鉬等元素的合金鋼，鉻、鎳和鉬的添加可改善這些合金熱處理的能力，使其可獲得

4、強度及延展性極佳的組合。這些熱處理合金鋼比低碳鋼強度高，但會犧牲延展性和韌性。此類鋼材應用包括鐵路車輪、軌道、齒輪、曲柄軸和其它切削零件以及要求高強度、耐磨耗和高韌性的結構零件上。（四）高碳鐵高碳鋼乃是指含碳量介於0.6wt﹪至1.4wt%之間的鋼材，是碳鋼中最硬最強，而延展性最低者，其中以工具模具鋼為代表。它們幾乎總是以硬化和回火狀況使用，如此特別是在耐磨耗的工件上使用，通常含有鉻、釩、鎢和鉬合金。這些合金元素易與碳結合形成很硬和耐磨耗碳化物之化合物（如Cr23C6，V4C3，Mo2C和WC等）

5、。（五）不銹鋼不銹鋼（stainlesssteels）具有良好的抗蝕性（生銹），尤其是在大氣中。主要添加的合金元素是鉻，其濃度至少需11wt%鉻以上。此外藉著添加鎳、鉬或銅，亦可強化抗蝕性。不銹鋼依據顯微結構主要可分成三類，包括麻田散鐵型、肥粒鐵和沃斯田鐵型。麻田散鐵型不銹鋼，能藉熱處理使其內部產生麻田散鐵，因此具較高的機械強度。沃斯田鐵型和肥粒鐵型不銹鋼，只能藉著冷加工來硬化和強化材質，因為它們無法熱處理。沃斯田鐵型不銹鋼，由於添加高含量的鉻和鎳，其耐蝕性最好，產量也是最大的。（六）灰鑄鐵（Gr

6、ayIron）灰鑄鐵（graycastiron）中碳與矽含量分別介於2.5wt﹪和4.0wt%之間以及1.0wt﹪和3.0wt%之間。對大部份灰鑄鐵而言，石墨是以片狀形式存在於基地內，典型灰鑄鐵顯微組織片狀石墨，其破裂表面出現灰色狀，因而稱之為灰鑄鐵，其在工業上的用量極大。（七）延性（或球墨）鑄鐵在鑄造之前加入少量鎂和鑲，或鎂或鑲到灰鑄鐵中會產生不一樣顯微結構及機械性質。石墨仍然形成，但是以球狀顆粒代替原先的片狀。此結果的合金稱球墨或延性鑄鐵。此種鑄件比灰鑄鐵更強並且更有延性，其機械性質的比較如表

7、12.5所示。此類材料典型應用包括閥、泵體、曲柄虹、齒輪，以及其它自動如切削零件。（八）白鑄鐵和展性鑄鐵對低矽（含量少於1.0wt%矽）和快冷卻速率的鑄鐵而言，大部份碳是以雪明碳鐵代替石墨方式存在，此類合金的破壞表面呈白色外觀，因此被稱為白鑄鐵（Whitecastiron）。將白鑄鐵於800到900℃（1470到1650℉）之間在中性氣體（避免氧化）長時間加熱將造成雪明碳鐵分解，形成石墨，石墨係以聚集或薔薇形式存在而被肥粒鐵或波來鐵基地包圍，形成肥粒鐵展性鑄鐵。代表性應用包括聯結桿、傳動齒輪、閥零

8、件、輪船及其它重機使用上。（九）銅合金銅合金共可分為黃銅、青銅、紅銅三種，本資料庫僅蒐構到黃銅與青銅兩種，內容如表6所示。表6黃銅與青銅之成份特性表銅合金種類內容與特性以鋅作為置換式不純物的黃銅（brass）。此相具有FCC體結構，而α銅相對柔軟、具延性和易於冷加工。在室溫，黃銅合金具高鋅含量並含α黃銅和β′相。β′相是有序BCC晶體結構且比α相更強硬；結果，α+β′合金通常是熱加工。黃銅合金的某些常見應用包括服裝飾物、彈砲外殼、自動散熱片、音樂裝備、電子封裝和錢幣等。青銅（bro