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機械材料Ⅰ教師手冊 Ch03(林版)
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1.
第 3 章
鋼鐵概說 15 第 3 章 鋼鐵概說 一 相關知識補充 常見鐵礦石(Iron ore)中含鐵量在 50%以上之礦石可以用來提煉生鐵,50%以 下之礦石需要經過預備處理使其含鐵量提高方能提煉。常見有 1. 磁鐵礦(Magnetite,Fe3O4):色黑且具磁性,含鐵量 60~80%,為含鐵量最 高。 2. 赤鐵礦(Hematite,Fe2O3):因紅色而名,含鐵量 40~60%,為主要鐵礦石 之一。 3. 黃鐵礦(Pyrite,FeS2):為金黃色礦石,純者含鐵量 47%。 4. 菱鐵礦(Siderite,FeCO3):為灰褐色,純者含鐵量 48%,一般在 30~40%。 5. 褐鐵礦[Limonite,FeO(OH)]:為黑褐色,含鐵量 30~35%,具結晶水。 二 隨 堂 練 習 3-1 鋼鐵的製造 ( A )1. 一般大約 1 公噸鐵的製造,需要約多少公噸的鐵礦砂? (A)1.6 (B)2.6 (C)3.6 (D)4.6。 解析:鐵的製造大約是 1 公噸的鐵,需要約 1600 公斤的鐵礦砂。 ( A )2. 鼓風爐(又稱高爐)是用來冶煉 (A)生鐵 (B)鑄鐵 (C)鑄鋼 (D) 合金鋼。
2.
16 第 3
章 鋼鐵概說 ( D )3. 下列熔鐵爐敘述何者有誤? (A)冶煉鑄鐵 (B)具有構造簡單、操作容 易 (C)可持續熔解及維護費用低廉 (D)爐溫及鑄鐵成分容易控制。 解析:熔鐵爐缺點是爐溫及鑄鐵成分難控制。 ( A )4. 下列電爐煉鋼法敘述何者有誤? (A)煉鋼速度慢 (B)生產純度 高 (C)品質容易控制 (D)使用電力熔解金屬。 解析:電爐煉鋼法煉鋼速度快。 3-2 鋼鐵的分類 ( A )5. 高速鋼合金主要為鐵元素,再加入下列哪些金屬元素? (A)鎢、 鉻、釩 (B)鎢、鋅、鎂 (C)鋁、鉻、銅 (D)鋅、鉻、銅。 解析:高速鋼合金為鐵元素,再加入鎢、鉻、釩等金屬元素。 ( C )6. 共 晶 鑄 鐵 含 碳 量 為 (A)0.025 % 以 下 (B)0.8 % (C)4.3 % (D)6.67%。 ( C )7. 共析鋼結晶組織為 (A)肥粒體 (B)肥粒體與波來體混合 (C)波 來體 (D)粒滴斑體。 ( A )8. 鋼鐵材料冶煉中,若凝固過程緩慢,組織為質軟之片狀石墨者為 (A)灰鑄鐵 (B)白鑄鐵 (C)熟鐵 (D)碳素鋼。 解析:灰鑄鐵是凝固過程緩慢,組織為質軟的片狀石墨,斷面呈 灰色。 ( D )9. 高合金鋼之合金元素的總含量為 (A)>2% (B)>4% (C)>6% (D)>8%。 3-3 鋼錠的種類及加工 ( B )10. 下列全靜鋼敘述何者有誤? (A)鋼錠內部不會產生氣孔 (B)最 後凝固位置上無收縮孔現象 (C)鋼質成分均勻且偏析現象較少 (D)鋼錠是添加多量去氧劑(如矽鐵、鋁),將鋼完全脫除氧。 解析:全靜鋼缺點是最後凝固位置上有大型收縮孔,須在軋鋼前 切除。
3.
第 3 章
鋼鐵概說 17 3-1 3-2 ( B )11. 下列未靜鋼敘述何者有誤? (A)又稱靜面鋼 (B)內部氣孔及不 純物少,呈樹枝狀性組織 (C)未靜鋼的物理特性柔軟,容易加工 且表面潔淨 (D)適合使用於薄鋼板、鋼管、磨光棒以及軟鋼線材。 解析:未靜鋼內部氣孔及不純物多,呈多孔性組織。 ( B )12. 用來製作普通結構用鋼及銲接結構用鋼等都採何種鋼? (A)全靜 鋼 (B)半靜鋼 (C)未靜鋼 (D)靜面鋼。 ( D )13. 下列何種不是鋼錠添加的去氧劑? (A)矽 (B)錳 (C)鋁 (D) 鎂。 三 自 我 評 量 一、選擇題 題前標註*,表示進階題 ( B )1. 生鐵冶煉中熔劑主要目的為 (A)增加燃燒溫度 (B)使雜質熔化 成浮渣 (C)增加冶煉速度 (D)減少煙害。 ( B )2. 熔鐵爐是用來冶煉 (A)生鐵 (B)鑄鐵 (C)鑄鋼 (D)合金鋼。 解析:熔鐵爐是用來冶煉鑄鐵;鼓風爐是用來冶煉生鐵。 ( A )3. 煉鋼爐中最有效率的是何種煉鋼爐? (A)轉爐 (B)平爐 (C)電 爐 (D)高爐。 ( B )4. 共析鋼含碳量為 (A)0.025%以下 (B)0.8% (C)4.3% (D)6.67%。 ( A )5. 純鐵結晶組織為 (A)肥粒體 (B)肥粒體與波來體混合 (C)波來 體 (D)粒滴斑體。 ( D )6. 共晶鑄鐵結晶組織為 (A)肥粒體 (B)肥粒體與波來體混合 (C) 波來體 (D)粒滴斑體。 解析:共晶鑄鐵為粒滴斑體組織,共析鋼為波來體組織。 ( B )7. 鋼鐵材料冶煉中,若凝固過程急速,組織為質硬而脆之雪明碳體 者為 (A)灰鑄鐵 (B)白鑄鐵 (C)熟鐵 (D)碳素鋼。
4.
18 第 3
章 鋼鐵概說 3-3 *( C )8. 下列何種材料無法熱處理? (A)灰鑄鐵 (B)白鑄鐵 (C)熟鐵 (D)碳素鋼。 解析:熟鐵含碳量太低,無法熱處理。 ( A )9. 大鋼胚或扁鋼胚等半成品是屬於鋼胚的幾次製品? (A)1 (B)2 (C)3 (D)4。 ( A )10. 將鋼完全脫除氧,所澆鑄得的鋼錠內部不會產生氣孔,此種鋼稱 為 (A)全靜鋼 (B)半靜鋼 (C)靜面鋼 (D)未靜鋼。 解析:全靜鋼是將鋼完全去除氧,所澆鑄的鋼錠內部不會產生氣孔。 ( A )11. 工具鋼、特殊鋼、機械結構用鋼、銲接性高強度鋼及含碳量 0.3% 以上的碳素鋼等都採下列何種鋼? (A)全靜鋼 (B)半靜鋼 (C) 靜面鋼 (D)未靜鋼。 *( C )12. 適合使用於薄鋼板、鋼管、磨光棒以及軟鋼線材等都採下列何種 鋼? (A)全靜鋼 (B)半靜鋼 (C)未靜鋼 (D)脫氧鋼。 二、簡答題 1. 鋼鐵材料中以碳的含碳量與組織區分為 3 類,請以表格方式說明其種類、含 碳量與各結晶組織為何? 答: 種類 含碳量 說明 純鐵 0.02%以下 結晶組織為肥粒體,結晶粒大,性質軟 碳鋼 亞共析鋼 0.02~0.8% 結晶組織為肥粒體與波來體 共析鋼 0.8% 結晶組織為波來體 過共析鋼 0.8%~2.0% 結晶組織為波來體與雪明碳體 鑄鐵 亞共晶鑄鐵 2.0~4.3% 結晶組織為波來體、粒滴斑體與雪明碳體 共晶鑄鐵 4.3% 結晶組織為粒滴斑體 過共晶鑄鐵 4.3~6.67% 結晶組織為粒滴斑體與雪明碳體
5.
第 3 章
鋼鐵概說 19 2. 鋼錠按照不同的去氧程度分類為哪 3 種?並請敘述其優缺點。 答: 名稱 作業說明 全靜鋼(脫 氧鋼,全去 氧鋼) (1)鋼錠是添加多量脫氧劑(如矽鐵、錳、鋁),將鋼完全 去除氧氣,所澆鑄得的鋼錠內部不會產生氣孔。 (2)缺點是最後凝固位置上有大型收縮孔,須在軋鋼前切 除。 (3)全靜鋼的鋼質成分均勻,無氣孔且偏析現象較少。 (4)工具鋼、特殊鋼、機械結構用鋼、銲接性高強度鋼及含 碳量 0.3%以上的碳素鋼等都採全靜鋼。 半靜鋼(半 脫氧鋼) (1)鋼錠脫氧程度介於全靜鋼和未靜鋼之間。 (2)鋼錠凝固時上部產生少量 CO 氣體,致生成氣孔,但下 凹收縮現象較少,適合用來製作普通結構用鋼及銲接結 構用鋼。 未靜鋼(靜 面鋼) (1)由不去氧或只去少部分氧的鋼液澆鑄而成。 (2)內部氣孔(氣泡)及不純物多,呈多孔性組織。 (3)未靜鋼的物理特性柔軟,容易加工且表面潔淨,所以適 合使用於薄鋼板、鋼管、磨光棒以及軟鋼線材。 *3. 鐵與鋼的製造有一定的生產流程,請簡述。 答:礦山開採→選礦→燒結→煉鐵→煉鋼→連鑄→軋鋼→冷卻。
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