【正文】 eed steel)是用於切削工具，在高速切削之紅熱狀態(tài)時(shí)仍能保持其硬度而稱之。　　高速鋼通常以主要元素W及Mo區(qū)分，含W鎢量較多的高速鋼稱為鎢系高速鋼(T系高速鋼)，含Mo鉬量較多的高速鋼稱為鉬系高速鋼(M系高速鋼)，其中含18%W、4%Cr、1%V為最典型的高速鋼，稱為1841鋼，另外含18%W、4%Cr、2%V則稱為1842鋼。主要用於鑿巖用鉆頭、切削刀具、熱加工用模具等。不銹鋼能耐蝕的原因，是因?yàn)镃r能在鋼的表層形成一種致密的氧化鉻膜，可以阻隔鋼料內(nèi)部的氧化作用，因而可以防止一般大氣環(huán)境下的腐蝕。此外，如果加上碳的影響因素，則可能產(chǎn)生以熱處理增加強(qiáng)化效果的麻田散體系及析出硬化系不銹鋼?！　÷樘锷Ⅲw系不銹鋼價(jià)格便宜，硬度、強(qiáng)度佳，但耐蝕性略差，可以作為刀具、軸承、閥門零件、外科手術(shù)刀等，是一類具有磁性的不銹鋼?！　?2)添加其他合金元素以抑制Cr的消耗?！　∫话阄龀鲇不挡讳P鋼在固溶後淬火於常溫時(shí)，仍是全為沃斯田鐵組織，因此柔軟易於加工，在加工完成後，必須再實(shí)施一次中間熱處理(intermediate heat treatment)，此時(shí)Ms點(diǎn)約在0℃~15℃之間，藉深冷處理(subzero treatment)以得到麻田散鐵，回火後經(jīng)兩次時(shí)效處理，就可以得到高強(qiáng)度?！　∧蜔徜撘话阋榔渲饕煞莘譃閮深悾骸　?1)Cr系耐熱鋼　　增進(jìn)鐵的氧化抵抗性最有效的成份是鉻，鐵中添加鉻除了可以產(chǎn)生致密的皮膜以增加耐蝕性，同時(shí)也可以增進(jìn)耐熱性質(zhì)。這種鋼料具有沃斯田鐵組織，因此也稱為沃斯田鐵系耐熱鋼。 153 彈簧鋼　　 　　彈簧廣泛應(yīng)用於車輛、加工機(jī)械、模具、鐘表等，彈簧的種類很多，較大的如車輛板片彈簧、較小的如螺旋彈簧、或鐘表的動(dòng)力彈簧(發(fā)條)等?！　〕Ｓ玫蔫F心材料有純鐵、矽鋼、鐵鎳合金、鐵鈷合金、鐵氧磁體等，其中以純鐵及矽鋼較為常用。 析出硬化型磁石鋼大致包括：MK鋼(15~40%Ni、7~15%Al、0~20%Co)、Alnico鋼(~17%Al、14~22%Ni、5~38%Co、其余為鐵)等。這類鋼種的時(shí)效元素為Co、Mo或Ti，在480℃附近時(shí)效可以使其強(qiáng)度增為最大，由於時(shí)效溫度不高，因此對(duì)於精密機(jī)件不會(huì)造成扭曲或尺寸改變，而且低溫韌性很好，所以可以使用在鍛造、加工的精密機(jī)件或需要焊接的地方，麻時(shí)效鋼的抗拉強(qiáng)度可達(dá)150~210 kg/mm2，其鋼種如：18Ni鋼、20Ni、25Ni等均是。碳鋼除了碳以外，若是含超過微量的其它元素，例如：％以上、％％以上等等，就屬於合金鋼，2. 2. 合金鋼依其用途來區(qū)分，可分為構(gòu)造用合金鋼和特殊鋼，構(gòu)造用合金鋼是使用在一般機(jī)械的構(gòu)成元件或建筑土木構(gòu)造上，特殊鋼是使用在需要高溫硬度、耐蝕、耐熱、磁性等特別的場合。 彈簧的制造必須先韌化、成形，然後在實(shí)施熱處理之後使用?！　∩P(rusting)就是一種人人熟知的腐蝕現(xiàn)象，它是專指鐵或鐵合金的腐蝕現(xiàn)象，其他的材料雖然也會(huì)腐蝕，但不稱為生銹?！　≡跈C(jī)械結(jié)構(gòu)使用上，材料的選擇不當(dāng)，對(duì)腐蝕因素的認(rèn)識(shí)不夠，也是助長結(jié)構(gòu)腐蝕的基本因素。因此當(dāng)我們由礦石或是氧化物中提煉完成所需的工程材料，例如：鐵、銅、鋁時(shí)，它們就開始有了回歸穩(wěn)定的趨勢，在環(huán)境許可下，它們會(huì)再度變?yōu)榻饘倩衔?，這種現(xiàn)象可說是發(fā)生腐蝕的基本原因。有時(shí)我們也利用這些特性於制造方法，例如：利用氯化鐵來蝕刻銅藝術(shù)品或電路板。例如：為了抑制黃銅脫鋅的現(xiàn)象，我們可以在含鋅量15%以上的黃銅中，添加1%左右的錫Sb，以抵抗這種腐蝕并增加強(qiáng)度。　　電化學(xué)反應(yīng)的觀點(diǎn)，可以說是腐蝕現(xiàn)象里最重要的部分，而且大部分的腐蝕現(xiàn)象都可以發(fā)現(xiàn)這樣的反應(yīng)；在電化學(xué)反應(yīng)里，它將失去電子的一方稱為陽極（anode），而獲得電子的一方稱為陰極（cathode），當(dāng)兩極之間具有一低電阻的導(dǎo)電通路時(shí)，陽極金屬就會(huì)發(fā)生腐蝕。 化學(xué)腐蝕的防治極為困難，將材料覆層是一種方法，避免材料與溶液（尤其是易起作用的酸鹼溶液）接觸，也是另一種解決的方式。在這兩類的腐蝕中，又以電化學(xué)腐蝕較為重要，也較容易被忽視?！　∈聦?shí)上，除了金屬材料會(huì)受到腐蝕之外，其他材料也會(huì)發(fā)生腐蝕，例如：塑膠、陶瓷材料的化學(xué)溶解(chemical dissolution)等，但本章中所討論的腐蝕，主要仍以金屬為范圍，就各種腐蝕發(fā)生的成因、腐蝕形式、金屬鈍化等說明，并提出腐蝕的防治之道?！　≡谌粘Ｉ钪校陀性S多足以產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)的環(huán)境，例如：不同金屬本來就具有不同的電位，如果環(huán)境中存在某些溶液，可能就會(huì)提供構(gòu)成回路的條件，而發(fā)生電化學(xué)腐蝕。 11 前言 材料會(huì)因?yàn)闀r(shí)間、環(huán)境等種種因素，而產(chǎn)生不堪使用或稱為失敗(failure)的狀況，這樣的結(jié)果不但增加成本，而且耗費(fèi)時(shí)間。鋼的耐蝕性主要隨Cr的含量而增加，一般耐蝕鋼的分類，含Cr量在12％以上之FeCr合金，幾乎不會(huì)被侵蝕稱為不銹鋼，含Cr量在12％以下之FeCr合金，則稱為耐蝕鋼，實(shí)用上是以不銹鋼為主。AISI的材料編號(hào)例如：HP94HP94HP9445等鋼種都是。例如：AISI H1H13等鋼種?！　〈慊鹩不痛攀撝饕擎u鋼(~%C、5~7%W)，另外還包括：碳鋼(~%C)、鈷鋼(~%C、5~17%Co)、KS鋼(~%C、30~40%Co)等。154 電氣用鋼　　 　　電氣用鋼屬於軟磁(soft magnetic)材料，主要是用於制造電機(jī)機(jī)械例如：變壓器、電動(dòng)機(jī)(馬達(dá))等的鐵心材料。一般加熱至780~850℃，然後淬火於油中，在回火於140~160℃，熱處理後其硬度值約HRc 62以上?！　?(2)CrNi系耐熱鋼　　Cr系耐熱鋼對(duì)於一般高溫環(huán)境的耐氧化性良好，但在高溫的機(jī)械性質(zhì)方面則不理想，所以在需要高溫強(qiáng)度或潛變強(qiáng)度的場合，就需要采用CrNi系的耐熱鋼。 15其他特殊鋼 151耐熱鋼 　　耐熱鋼基本上極為類似不銹鋼，因?yàn)樗坏枰挚垢邷兀瑫r(shí)也必須抵抗高溫的氣體腐蝕環(huán)境，所以AISI將之歸類於不銹鋼，例如：AISI 309不銹鋼、310不銹鋼、409不銹鋼等，JIS規(guī)格屬於SUH系列，而在CNS規(guī)格則屬於HR系列。　　 144 析出硬化系不銹鋼 　　這類型的不銹鋼是由沃斯田體系不銹鋼改良而來，它的成份與188鋼相似，只是Cr及Ni量稍減，另外添加了Al、Cu、Mo、Nb、Ti等?！　?88不銹鋼的缺點(diǎn)是在500~900℃高溫時(shí)，晶界附近的鉻會(huì)與碳形成碳化鉻析出，使得晶界附近產(chǎn)生缺鉻的現(xiàn)象(稱為貧鉻區(qū))，因此易發(fā)生粒間腐蝕(intergranular corrosion)的現(xiàn)象，這樣的現(xiàn)象在焊接工作或熱處理等場合時(shí)常發(fā)生，因此必須注意?！　?142 麻田散體系不銹鋼　　 　　上述低碳高鉻的不銹鋼，當(dāng)含碳量增加或是含鉻量較低時(shí)，則其高溫固相時(shí)沃斯田鐵區(qū)就會(huì)存在，此時(shí)將此類高碳高鉻鋼加熱到沃斯田鐵區(qū)(γ區(qū))，再淬火下來，就可以得到麻田散鐵的組織，這樣的不銹鋼雖因Cr量減少而耐蝕性稍差，但是具有優(yōu)秀的機(jī)械性質(zhì)，稱為麻田散體系不銹鋼?！　『唵蝸碚f，添加合金元素會(huì)改變材料的平衡相圖，并進(jìn)而影響其機(jī)械性質(zhì)，加上熱處理的實(shí)施又決定於相圖的變化，因此形成了各類不銹鋼不同的特性。鋼的耐蝕性主要隨Cr的含量而增加，一般耐蝕鋼的分類，含Cr量在12%以上之FeCr合金，幾乎不會(huì)被侵蝕稱為不銹鋼，含Cr量在12%以下之FeCr合金，則稱為耐蝕鋼，但實(shí)用上提到耐蝕鋼仍是以不銹鋼為主。硬質(zhì)合金又分為：(1)工具用鑄造合金　　這類硬質(zhì)合金是以鑄造方式成形，不經(jīng)過熱處理，就具有常溫及高溫的極高硬度，并且耐磨耗，有時(shí)又稱非鐵鑄造合金刀具或超硬鑄合金刀具。(5)V可以使晶粒微細(xì)化，增加強(qiáng)度。4．熱間模具用合金工具鋼　　此類工具鋼由於多使用於熱加工(熱作)模具，因此必須具有高溫硬度(紅熱硬度)，不至因溫度升高而變形或軟化。高碳工具鋼價(jià)格便宜，其機(jī)械性質(zhì)主要是以含碳量多少來決定，由於一般淬火於水中，因此屬於水硬性鋼，其缺點(diǎn)則是硬化深度較淺，在高溫時(shí)強(qiáng)度較差。　　NiCrMo鋼質(zhì)量效果小，從淬火溫度以空氣冷卻也可以淬硬，因此又稱為 自硬性鋼 (self hardening steel)或 風(fēng)硬性鋼 (air hardening steel)，一般由850℃~950℃冷卻於空氣中或淬火於油中，再回火於550℃~650℃，如果含Mo量高，回火後不須急冷。另外，由於鉻及鎳加入鋼中，還有防腐蝕的效果，當(dāng)鉻、鎳含量更高時(shí)，最主要的效果就變成以防蝕為主，而不是硬化能。2．Cr鋼　　碳鋼中加入1%鉻左右，可以增加鋼的硬化能和回火軟化抵抗性，鉻鋼一般是由830℃~880℃淬火於油中，再回火於550℃~650℃附近，由於這種鋼料在回火時(shí)容易產(chǎn)生材質(zhì)變脆的現(xiàn)象(稱為回火脆性)，所以在回火之後必須冷卻於水中或油中以避免產(chǎn)生回火脆性，這類鋼的直徑如果大於60mm，就不容易得到充分的淬火效果。　　合金元素對(duì)硬化能的影響，大致可以由硬化能倍數(shù)(multiplying factor)看出，硬化能倍數(shù)大的元素，增加鋼的硬化能也愈大?！　∏懊嫣徇^，硬化能是指淬火後，距離淬火端硬度降低的程度?！　「纳其撉邢餍缘姆椒ㄓ校涸阡撝屑尤牒辖鹪兀猿诹ν嘶饻p少殘留應(yīng)力或調(diào)整顯微組織的性質(zhì)等，而易切鋼主要就是在鋼中添加磷、硫、鉛等合金元素的方法?！　〖庸こ尚涡缘男枨?，主要是為了適應(yīng)諸如：汽車、船舶等結(jié)構(gòu)成形的需要。　　這種鋼料是將少量特殊元素固溶在鋼中，尤其是在低碳鋼中占絕大部分的肥粒鐵基地，使之強(qiáng)化而改變鋼的機(jī)械性質(zhì)，增進(jìn)其機(jī)械強(qiáng)度。(一)構(gòu)造用合金鋼： (a)非熱處理型：大致是低合金量，包括高強(qiáng)度低合金鋼及易切鋼。12．矽Si 矽在鋼中其作用如下 : a．矽能增加鋼之電磁傳導(dǎo)率，故適於制造電氣材料。9．銅Cu %，否則會(huì)使鋼變脆，此外 a．銅在鋼中有抵抗大氣腐蝕之性能。 b．在工作紅熱情況下，能使鋼之硬度保持不變。 b．改善硬化能，高溫淬火加熱時(shí)，能防止其晶粒生長。 d．高鎳合金鋼能耐腐蝕，例如：不銹鋼就含有8%左右的鎳。 111鋼中主要合金元素的功用 1．鉻 Cr 鉻在鋼中的角色多元且重要，它會(huì)形成安定而硬的碳化物，而且具抗蝕性，其主要作用有： a．增進(jìn)鋼的硬化能和滲碳作用。加入18%鎢、4%鉻、1%釩時(shí)即為高速鋼。11前言 　　碳鋼具有不錯(cuò)的機(jī)械性質(zhì)，能實(shí)施熱處理，而且在一般用途上都能勝任。其中 第一位數(shù)，表示鋼料的種類。2．在工業(yè)上，鋼鐵材料必依其化學(xué)成份，使用一定的編號(hào)以利於選用。2. 2. 曲柄軸 　　雖然曲柄軸的形狀也很復(fù)雜，不過也并不是非用鑄造不可，曲柄軸的受力很大，因此鍛造鋼品是傳統(tǒng)上的選擇，不過延性鑄鋼(球墨鑄鐵)的發(fā)展，使得鑄造品在中小型汽車上也占一席之地。 鍛造與鑄造在制造一直是競爭不止，傳統(tǒng)的鑄造品雖可以制造復(fù)雜或有內(nèi)孔的零件，但被認(rèn)為偏析、氣孔、韌性差，鍛造品則較強(qiáng)韌，但鑄造技術(shù)及材料的進(jìn)步，己可以達(dá)到均質(zhì)、強(qiáng)韌，加以鑄造有一次成型的優(yōu)點(diǎn)，因此目前鑄件占較有利的趨勢。因?yàn)閮?yōu)秀的材料如果價(jià)格高昂，產(chǎn)品的成本勢必提高，競爭力就會(huì)降低。 （4）鑄鐵、鑄鋼　　以前置標(biāo)記G代表一般鑄件，另外加上其它字母來表示種類，隨後之標(biāo)示與鋼的編號(hào)相同，如表1所示。4．德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(DIN)　　DIN并不是英文，而是德文Deutsch Industriell Norm的縮寫，德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中鋼鐵材料的規(guī)格是在DIN 17006，補(bǔ)充說明在DIN 17007，1974年改為 ISO制，以 EURONORM 2774替代。 （例） SAE1045：，與CNS中S45C鋼料相當(dāng)。 （例）％的機(jī)械構(gòu)造用碳鋼（2）其他用途的碳鋼及合金鋼： 這一類鋼的材料編號(hào)表示法，大致可分三部分： 第一部分為材質(zhì)，鋼以S、鐵以F表示，其他非鐵類如表11 。 鍛鋁合金之編號(hào)依其合金成分，共分1xxx~8xxx系，另有9xxx系為備用，鑄鋁合金之規(guī)格亦分1xxx~9xxx九系，其中6xxx系為備用，這些已如第九章所述。 例：SCM 420 表示鉻鉬鋼中編號(hào)420的材料 STB 340 表示鍋爐及熱交換器用鋼，抗拉強(qiáng)度不 低於340 N/mm2。另外德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(DIN)和美國統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)(UNS)相關(guān)業(yè)界有時(shí)也會(huì)采用。12材料的規(guī)格　　 　　一種機(jī)械材料的規(guī)格最主要可以由：材料的種類、成份和機(jī)械性質(zhì)來說明?！　⊥陚涞囊?guī)格應(yīng)具有以下資料的敘述:　　(Scope):包括用途(如：板、線、管)，適用尺寸等。機(jī)械材料的規(guī)格及其選用資料大全作者：日期：機(jī)械材料的規(guī)格及選用學(xué)習(xí)目的。在機(jī)械材料的范疇方面，同樣的必須有一定的規(guī)格，以作為生產(chǎn)者及使用者依循的規(guī)范?！　〔牧系倪x擇及應(yīng)用是學(xué)習(xí)材料規(guī)格的重要目的，所以本章最後舉例說明，如何在產(chǎn)品需求及相關(guān)考慮之下，選擇適當(dāng)材料。目前，在我國較常用的規(guī)格有三種：中國國家標(biāo)準(zhǔn)(CNS)、日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)、美國鋼鐵學(xué)會(huì)－美國汽車工程師學(xué)會(huì)(AISISAE)。若是表示最小抗拉強(qiáng)度或最小降伏強(qiáng)度，通常以三位數(shù)字表示。（2）鋁及鋁合金的規(guī)格　　鋁及鋁合金之種類及符號(hào)系依CNS 2068 H3021之規(guī)定，適用范圍為鍛鋁、鍛鋁合金(以下簡稱鍛鋁合金)及鑄鋁、鑄鋁合金(以下簡稱鑄鋁合金)之合金種類及練度符號(hào)。2．日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS) JIS是Japanese Industral Standard 的簡稱，JIS對(duì)於鋼鐵材料的的編號(hào)大致可分兩大類：（1）一般機(jī)械構(gòu)造用碳鋼： 其材料編號(hào)方法和CNS的第