機械材料Ⅱ教師手冊第7章

1. 第 7 章 合金鋼及特殊鋼 1
第 7 章 合金鋼及特殊鋼
一 相關知識補充
1. 合金定義、目的及其產生效果
(1) 定義：為達特殊機械性質或物理性質而添加合金元素，替代碳鋼。
(2) 目的：
○1 提供肥粒體固溶強化。
○2 生成非 Fe3C 之合金碳化物析出強化。
○3 改善硬化能。
○4 改善回火麻田散體之安定性。
(3) 效果：
○1 改善鋼的硬化能力。
○2 改善鋼之高溫及低溫之機械性能。
○3 改善鋼之耐蝕性。
○4 增加鋼之強度及硬度。
○5 使結晶顆粒微細化。
○6 抵抗回火軟化。
○7 增加鋼之耐磨耗性。
○8 改善鋼之切削性。
○9 改善鋼之電與磁之性能。
2. 合金鋼分類及其用途
(1) 依合金含量多寡區分：
○1 低合金鋼（合金元素＜1.5％）。
○2 中合金鋼（合金元素 1.5～5.5％）。
○3 高合金鋼（合金元素＞5.5％）。

2. 2 第 7 章 合金鋼與特殊鋼
(2) 依用途分類，如表 7-1 所示。
○1 構造用合金鋼（高強度低合金鋼 HSLA、熱處理用中合金鋼、滲碳鋼、氮
化鋼、彈簧鋼、易切鋼）。
○2 特殊用合金鋼（不鏽鋼、耐熱鋼、耐磨鋼、耐衝擊鋼、耐蝕鋼、軸承鋼、
電氣用鋼、磁石鋼等）。
○3 合金工具鋼（高速鋼、鎢鋼、鎳鉻鉬鋼、鉻鉬鋼、鉻鉬釩鋼、硬質合金等）。
註：構造用合金鋼
a.正常化狀態下（不淬火、不回火）使用之鋼，非熱處理型。
b.淬火、回火後使用之鋼，熱處理型。
c.構造用合金鋼強化有固溶強化、淬回火強化、析出強化等。
表 7-1 合金鋼依用途分類
分類 名稱 鋼種
構造用
合金鋼
高強度低合金鋼 低錳鋼、低矽錳鋼。
熱處理用中合金鋼 鎳鋼、鉻鋼、鎳鉻鋼、鉻鉬鋼、鎳鉻鉬鋼、硼鋼。
彈簧鋼 碳鋼、矽錳鋼、矽鉻鋼、鉻釩鋼。
滲碳鋼 鎳鋼、鎳鉻鋼、鉻鉬鋼、鎳鉻鉬鋼。
氮化鋼 鋁鉻鋼、鋁鉻鉬鋼、鋁鉻鉬鎳鋼。
特
殊
用
合
金
鋼
工
具
鋼
切削用鋼 鎢鋼、鉻鎢鋼、鉻錳鋼（高速鋼）。
耐衝擊用鋼 鉻鎢鋼、鉻鎢釩鋼。
耐磨用鋼 高碳高鉻鋼、鉻鎢鋼、鉻鉬釩鋼。
熱加工用鋼 錳鋼、鉻鎢鋼、鎳鉻鉬鋼、錳鉻鋼。
軸承
用鋼
高碳高鉻鋼、高碳鉻錳鋼。

3. 第 7 章 合金鋼及特殊鋼 3
表 7-1 合金鋼依用途分類
分類 名稱 鋼種
特
殊
用
合
金
鋼
耐 蝕
鋼
不鏽鋼
耐蝕鋼
鉻鋼、鉻鎳鋼、鎳鋼、高鉻高鎳鋼、高矽鋼。
電氣
用鋼
非磁性鋼
矽鋼
鎳鋼、鎳鉻鋼、鉻錳鋼、矽鋼板。
磁石鋼 鉻鋼、鉻鎢鈷鋼、鉻鋁鈷鋼。
二 自 我 評 量
一、選擇題
（ B ）1. 可使鋼件變態溫度降低且變態速度減緩的合金元素是 (A)鉻 (B)
鎳 (C)鉬 (D)矽。
（ C ）2. 於鋼中具有除氧脫硫效果的合金元素為 (A)銅 (B)鉻 (C)錳
(D)鎳。
（ C ）3. 鎳和鉻均能增加鋼的硬度，特別能增加鋼的 (A)熱脆性 (B)冷脆
性 (C)耐蝕耐磨性 (D)延展性。
（ C ）4. 鎳鉻鋼具有回火脆性，添加下列何種元素可防止回火脆性的發
生？ (A)鋁 (B)錳 (C)鉬 (D)鈦。
（ A ）5. 多用於交通工具汽車、火車上之疊板彈簧為 (A)碳彈簧鋼 (B)
鉻釩彈簧鋼 (C)矽錳彈簧鋼 (D)矽釩彈簧鋼。
（ A ）6. 高 速 鋼 鎢 － 鉻 － 釩 的 標 準 成 分 是 (A)18-4-1 (B)18-4-4
(C)18-4-5 (D)18-8。
（ C ）7. 易削鋼是含有下列何種元素的鋼料？ (A)鉻 (B)鈷 (C)鉛 (D)
鎢。
（ A ）8. 不鏽鋼主要的合金成分為 (A)Fe-Cr-C (B)Fe-Mn-C (C)Fe-S-C
(D)Fe-W-C。

4. 4 第 7 章 合金鋼與特殊鋼
（ A ）9. 下列何種不鏽鋼不具磁性？ (A)沃斯田體型不鏽鋼 (B)麻田散
體型不鏽鋼 (C)肥粒體型不鏽鋼 (D)鉻系不鏽鋼。
（ C ）10. 變壓器及電機內部鐵心材料一般採用 (A)銅合金鋼 (B)錳合金
鋼 (C)矽合金鋼 (D)鎢合金鋼。
（ B ）11. 製 造 鑽 頭 和 螺 絲 攻 的 合 金 鋼 為 (A)SKS1 (B)SKS2 (C)SKS3
(D)SKS4。
（ D ）12. 下列何種元素無法增加合金鋼的耐熱性？ (A)鉻 (B)鉬 (C)鎳
(D)釩。
（ B ）13. 適合製造成形刀具的合金鋼是 (A)高速鋼 (B)碳化鎢 (C)陶瓷
(D)鑽石。
（ C ）14. 高速鋼的耐熱溫度為 (A)300～350℃ (B)400～550℃ (C)550
～600℃ (D)650～700℃。
（ C ）15. 於合金鋼添加合金元素中下列何者元素，可脫酸除氧並可防止氣
孔產生？ (A)碳 (B)錳 (C)矽 (D)鎢。
（ D ）16. 下列何者非燒結硬質合金？ (A)碳化鎢 (B)碳化鈦 (C)碳化鉭
(D)史斗鉻鈷。
（ D ）17. 碳化鎢刀具使用粉末冶金製程，其中添加鈷的目的為 (A)提高韌
性 (B)防止氧化 (C)避免產生脆性 (D)形成黏結劑。
（ C ）18. 合金鋼中添加適量的鎳，無論空冷或油冷均能獲得麻田散 體組
織，此性質稱為 (A)冷脆性 (B)熱脆性 (C)自硬性 (D)青脆性。
（ D ）19. 下列何者為軸承用鋼所需特性？ (A)精度高 (B)強度高 (C)耐
磨抗疲勞 (D)以上皆是。
（ B ）20. 對合金鋼變態溫度和變態速度均不影響的元素為 (A)鉻 (B)銅
(C)鎳 (D)磷。
二、簡答題
1. 構造用合金鋼的分類為何？有何不同？
答：構造用合金鋼可分非熱處理型與熱處理型。

5. 第 7 章 合金鋼及特殊鋼 5
(1)非熱處理型構造用合金鋼：一般大型構造物或需特殊切削性之鋼料，如
高強度低合金鋼、易削鋼等。
(2)熱處理型構造用合金鋼：藉熱處理獲得所需之機械性質，如鉻鋼、鎳鋼、
鎳鉻鋼、鎳鉻鉬鋼等。
2. 工具材料需具有哪些特性？
答：機械強度佳、強韌耐磨耗、耐高溫、易製造、價格低廉等條件。
3. 高速鋼的分類為何？如何選用？
答：高速鋼可分鎢系（含鎢量較多）及鉬系（含鉬取代部分的鎢）。
(1)鎢系高速鋼：一般 18-4-1 鋼（鎢 18％、鉻 4％、釩 1％），添加鈷可成
為超高速鋼。
(2)鉬系高速鋼：可低溫淬火、韌性佳、耐磨耐熱，用於需韌性較好之切削
工具、衝頭或衝模等。
4. 不鏽鋼的分類為何？如何選用？
答：不鏽鋼可分鉻系不鏽鋼（肥粒體型及麻田散體型）及鉻鎳系不鏽鋼（沃斯田
體型及析出硬化型）。
(1)鉻系不鏽鋼：具磁性，麻田散體型用於外科醫療器具、不鏽鋼刀具及蒸
汽輪機葉片等；肥粒體型用於不講究機械強度及熔接性之汽車零件、化
學工業裝置等。
(2)鉻鎳系不鏽鋼：無磁性、易加工，沃斯田體型用於一般家用廚具、器皿
等；析出硬化型用於離心分離機主軸、飛機飛彈之耐高溫機件等。
5. 電磁用鋼的分類為何？如何選用？
答：電磁用鋼可分矽鋼與磁石鋼（淬火硬化型、析出硬化型及燒結型）。
(1)矽鋼：暫時磁性材料，導磁率高，應用較廣，如電磁鐵、變壓器鐵心、錄
影音磁頭等。
(2)磁石鋼：永久磁石，保磁力大，可做成永久磁體。