【正文】 如噴射引擎和鍋爐，或是高速運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生大量摩擦熱而導(dǎo)致高溫的機(jī)械零件。 金屬材料的再結(jié)晶溫度和熔點(diǎn)有關(guān)，故在退火熱處理和熱作加工時(shí)需注意此性質(zhì)的影響。C所需的熱量稱為比熱。,?,2.1 金屬材料之性質(zhì)(續(xù)),4.熱膨脹係數(shù) (Coefficient of thermal expansion) 物體的溫度上升1176。 普通金屬中線膨脹係數(shù)以鋅為最大，以鎢、鉬為最小。 熱膨脹性質(zhì)可能導(dǎo)致材料熱應(yīng)力的產(chǎn)生進(jìn)而影響產(chǎn)品的功能和壽命。C時(shí)，每秒自高溫面?zhèn)魉偷降蜏孛娴臒崃糠Q為熱傳導(dǎo)性。 金屬材料都是熱的良導(dǎo)體，銀的熱傳導(dǎo)性最大，銅及鋁次之。 金屬是電的良導(dǎo)體，比電阻相對(duì)較低，其中以銀為最低，其次為銅、金、鋁等。 有些金屬或合金材料在某一臨界溫度以下，會(huì)產(chǎn)生電阻趨近於零的狀況，稱之為超導(dǎo)性(Superconductivity)。 大部分的金屬被磁化的強(qiáng)度很微弱，不會(huì)被磁石吸引，此類金屬叫做順磁性材料 (Paramagnetic material)，如鋁、鉑等。 較重要的機(jī)械性質(zhì)有： 1.強(qiáng)度 (Strength) 強(qiáng)度是指材料對(duì)外加負(fù)荷導(dǎo)致變形的抵抗能力。,?,2.1 金屬材料之性質(zhì)(續(xù)),抗拉強(qiáng)度(Tensile strength，T.S.)：材料斷裂前之最大應(yīng)力值 ，如圖2.2所示 。 抗壓強(qiáng)度(Compressive strength)、抗剪強(qiáng)度(Shear strength)、抗扭強(qiáng)度(Torsional strength)等，分別為材料抵抗不同形式外力作用時(shí)之能力，其值由相關(guān)試驗(yàn)求得。 材料是屬於彈性區(qū)域，受到外加負(fù)荷時(shí)變形的反應(yīng)可用虎克定律(Hooke39。,?,2.1 金屬材料之性質(zhì)(續(xù)),E值愈高即直線愈陡，代表材料的剛性(Stiffness)愈大，對(duì)負(fù)荷引起變形的抵抗能力愈高。 材料開始發(fā)生永久變形，並受到應(yīng)變硬化(Strain hardening)或稱加工硬化(Work hardening)的作用。,?,2.1 金屬材料之性質(zhì)(續(xù)),機(jī)械製造程序中的塑性加工即是探討材料在受到降伏強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度之間應(yīng)力狀態(tài)所造成的塑性變形。,?,2.1 金屬材料之性質(zhì)(續(xù)),2.延性 (Ductility) 延性是材料在斷裂時(shí)，破壞點(diǎn)之塑性變形量 。 伸長(zhǎng)率 ：把已斷裂試片之兩斷口接回，量取已變長(zhǎng)之標(biāo)點(diǎn)間的長(zhǎng)度並減去標(biāo)點(diǎn)間之原來長(zhǎng)度後，再除以標(biāo)點(diǎn)間之原來長(zhǎng)度所得商之百分率值，如圖2.3所示。,?,2.1 金屬材料之性質(zhì)(續(xù)),伸長(zhǎng)率或面積縮減率的大小可用以表示材料塑性加工性之優(yōu)劣程度。,?,2.1 金屬材料之性質(zhì)(續(xù)),3.硬度 (Hardness) 在材料的表面施以外加壓力時(shí)，材料會(huì)產(chǎn)生凹痕變形，抵抗此種受壓變形的能力較大者所產(chǎn)生的變形量較小，表示硬度較高。 通?？梢杂捕戎底鰹椴牧蠌?qiáng)度大小的指標(biāo) 。,?,2.1 金屬材料之性質(zhì)(續(xù)),材料抵抗壓凹能力的大小會(huì)隨不同試驗(yàn)法之壓頭的形狀和施加負(fù)荷的方式而有所不同。圖2.5顯示洛氏硬度試驗(yàn)中不同壓頭的形狀。通常把這種承受衝擊負(fù)荷的能力稱為材料的靭性。 利用瞬間衝擊力撞斷試片時(shí)，以能量被吸收的多少來表示靭性的大小，如圖2.6顯示沙丕試驗(yàn)。,?,2.1 金屬材料之性質(zhì)(續(xù)),體心立方結(jié)晶的金屬即具有轉(zhuǎn)換溫度。 金屬材料大都有高衝擊抵抗值，也就是靭性高，通常表示也具有高強(qiáng)度和高延性。,?,2.1 金屬材料之性質(zhì)(續(xù)),?,2.1 金屬材料之性質(zhì)(續(xù)),5.破壞靭性 (Fracture toughness) 當(dāng)材料在凝固成形或加工的過程中，內(nèi)部或表面產(chǎn)生裂縫或其他微小缺陷時(shí)，抵抗裂縫成長(zhǎng)的能力以破壞靭性表示。 應(yīng)力強(qiáng)度因子是結(jié)合外力換算的應(yīng)力值、工件幾何形狀和原有裂縫長(zhǎng)度計(jì)算而得。 相同類型的材料，破裂靭性較大者，其降伏強(qiáng)度較小，在設(shè)計(jì)產(chǎn)品使用條件、壽命及檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，要特別注意需同時(shí)考慮材料這兩項(xiàng)性質(zhì)。 疲勞破壞進(jìn)行的模式是材料原有之微小裂縫在循環(huán)應(yīng)力的反覆作用下，裂縫穩(wěn)定地逐漸延伸，最後當(dāng)裂縫長(zhǎng)度超過某一極限值時(shí)即發(fā)生不可停止的不穩(wěn)定成長(zhǎng)致使工件斷裂。,?,2.1 金屬材料之性質(zhì)(續(xù)),將不同應(yīng)力振幅值(S)及使工件破壞的應(yīng)力反覆作用次數(shù)(N)繪製成所謂的SN曲線，如圖2.7所示。 固定應(yīng)力及溫度(高溫)所得到的材料伸長(zhǎng)率(應(yīng)變)與時(shí)間的關(guān)係叫潛變曲線，如圖2.8所示。 合金：是指以某金屬為主要成分，再加入其它金屬或非金屬形成仍具有主要成分金屬特性的材料。 鐵系金屬(Ferrous metals) ：以鐵元素(Fe)為主要成分，包括鐵和碳鋼、合金鋼及鑄鐵。,?,2.2 鐵系金屬材料(續(xù)),常見的材料規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)有UNS、ASTM、AISI、SAE、JIS、DIN、BS、CNS及鋁合金之AA等。,?,2.2 鐵系金屬材料(續(xù)),碳鋼(Carbon steel) 是鐵和碳的合金。 碳鋼的機(jī)械性質(zhì)決定於其含碳量和顯微組織。 目前使用量最多，用途也是最廣的工程材料，其中又以含碳量0.05%~1.5%為主。 低碳鋼 稱為軟鋼(Mild steel)，含碳量低於0.3%。 通常不需熱處理，經(jīng)滾軋或鍛造後即直接使用。 高碳剛 用於需要高強(qiáng)度、硬度和耐磨性的零件。 用途可分為構(gòu)造用合金鋼和特殊用途合金鋼，如表2.2所示。 廣泛地用於建築、運(yùn)輸工業(yè)和各類機(jī)械之重要零件 。 在常溫或高溫時(shí)都具有高強(qiáng)度、高硬度、高靭性、耐磨耗和抗氧化熔合性優(yōu)良等。,?,2.2 鐵系金屬材料(續(xù)),碳工具鋼(Carbon tool steel) 含碳量為0.6%~1.5%，亦即是高碳鋼。 合金工具鋼(Alloy tool steel) 在碳工具鋼中添加鉻(Cr)、鎢(W)、鉬(Mo)、釩(V)、鎳(Ni)等元素，增加其硬化深度、耐磨耗性和抵抗高溫軟化等性質(zhì)。,?,2.2 鐵系金屬材料(續(xù)),高速鋼 (High speed steel) 所含的特殊元素有鎢、鉻、釩、鉬、鈷(Co)等，可大幅改善高溫回火軟化的現(xiàn)象，使之在紅熱溫度時(shí)仍保有足夠的切削硬度，故多用於高速切削刀具。,?,2.2 鐵系金屬材料(續(xù)),根據(jù)組成成分有鉻系和鉻鎳系兩種主要類型。 使用上又將不銹鋼分為五個(gè)主要類型，即肥粒鐵型、麻田散鐵型、沃斯田鐵型、析出硬化型和雙相型。 常被用於製造高溫機(jī)械之零件 。 磁石鋼為鋼材加工成形後，在適當(dāng)?shù)拇艌?chǎng)內(nèi)磁化而具有永久磁性，被用來做耐久磁石。 為鑄造加工中使用量最大的金屬材料。