金属材料讲义

1、金属材料讲义金属材料讲义2金属材料讲义3金属材料讲义4金属材料讲义5金属材料讲义6金属材料讲义7金属材料讲义8金属材料讲义9金属材料讲义10金属材料讲义11金屬材料的特性 (Metals)金屬材料純金屬(metal)合金(alloy)金属材料讲义12金屬材料的特性 (Metals)學術上稱為金屬者大多指純金屬目前存在自然界中大約有70種其中常見的金屬有鐵、銅、鋅、鉛、鋁、錫、鎂、絡、鈷、鎳、鉬、鈦、鎢、金、銀等金属材料讲义13金屬材料的特性 (Metals)合金常指兩種以上的金屬或金屬與非金屬結合而成且具有金屬特性之材料常見的合金如鐵與碳所行成的合金稱為碳鋼銅與鋅所形成之合金稱為黃銅等。金属材

2、料讲义14金屬材料的特性 (Metals)金屬及合金具有下列共同的特性(1)固體狀態下具結晶結構(2)具有獨特的金屬光澤且不透明(3)電與熱之良導體(4)塑性加工變形能力佳,富延性及展性。金属材料讲义15金屬材料之發展鐵的出現及使用影響人類文明最大的金屬是鐵鐵礦在地層下的蘊藏量相當豐富，但因其熔點較高，所以進入人類文明領域的時間稍晚。大約在三千年前，開始出現在兩河流域，特別是在小亞細亞山區。金属材料讲义16金屬材料之發展煉鐵的方法鐵礦鑄成的鐵含有硫、磷、錳及矽等化合物，質地較脆弱，將鑄鐵再加鍛鍊造成熟鐵或鋼，用途更廣。去除鐵中雜質煉成熟鐵或鋼的技術也早為人知，但由於技術的限制，產量有限。金属材

3、料讲义17金屬材料之發展煉鐵成鋼時間：約在1850年左右，英格蘭、美國、德意志地區都分別發展出空氣吹煉法，利用熱空氣吹進熔化的鐵漿，使鐵漿中的碳與氧結合，減少含碳量，遂成為用途更廣的鋼。金属材料讲义18金屬材料之發展鋼的應用技術進步後，鋼的產量大增到1900年，英格蘭地區的鋼產量已由1850年的六萬噸增加到2800萬噸。鋼鐵的應用甚廣，從廚具到大型機械。隨著技術的進步，鋼加入其他的金屬如鎳、錳等，可以承受較高的溫度或壓力，用途更為廣泛。金属材料讲义19中鋼公司金属材料讲义20金屬材料之發展金性質穩定，不意化合，所以多以自然金屬的狀態出現，河床的沙礫層是古人蒐集金的最佳地點。金的硬度低，容易變形

4、，在工業上並無太大的價值。金属材料讲义21金屬材料之發展銀銀的產量有限，所以都和金被當作貴重金屬，在歷史上作為裝飾及交易媒介。金属材料讲义22金屬材料之發展金銀在考古上的價值考古學者往往可以根據一個地區出土的金銀器皿推測該地的工藝水準、宗教思想及社會狀況。金銀貨幣的出現往往也是一個交通發達、貿易頻繁地區的重要指標。金属材料讲义23金屬材料之發展銅銅出現較早，多以銅與錫的合金形式出現，就是青銅。將錫、鋅、鉛、銻或碘加入銅中，可以改變同的性質，使其堅硬，用來做武器、樂器或容器。銅具有不易氧化的特性，藏量也相當豐富，歷來都是做為貨幣的理想材料。到今日為止，黃銅仍是硬幣的主要材質。金属材料讲义24金屬

5、材料之發展鋅鋅的出現也甚早，只是作為製作銅器的附屬材料。將銅礦石與鋅礦石憶起熔煉時，可以得到銅鋅合金，即黃銅。十九世紀中葉以後，銅、鎳與鋅的合金開始逐漸普遍。由於鋅不易氧化的特性，被大量用作鍍材，鍍鋅鐵片成為食品包裝及建築的重要材料。金属材料讲义25金屬材料之發展新金屬材料的出現十九世紀後，人類對電的知識瞭解更多，並將其應用到金屬冶煉中。首先從溶解的食鹽中電解得到納與鉀，後來又離析出許多金屬，諸如鋇、鎂及鈣等。這些新的材料應用在許多地方：航空工程、食品包裝；或可與其他金屬結合，成為新的材料或合金，改變人類的生活方式，對文明演進影響甚大。金属材料讲义26金屬材料之發展鋁蘊藏量最多的金屬，熔點低、

6、導電佳，質地輕而易於延展。1827年，科學家用還原法得到粉末狀的鋁，但產量有限。十九世紀末期，開始用電解法自鋁礬土中煉鋁，產量持續增加，用途也相當廣泛。如：飛機、汽車、電子業、建築、高壓電纜、門框、廚具、貨幣。鋁是目前運輸及航太工業最好的材料。金属材料讲义27金屬材料之發展鋁蘊藏量最多的金屬，熔點低、導電佳，質地輕而易於延展。1827年，科學家用還原法得到粉末狀的鋁，但產量有限。十九世紀末期，開始用電解法自鋁礬土中煉鋁，產量持續增加，用途也相當廣泛。如：飛機、汽車、電子業、建築、高壓電纜、門框、廚具、貨幣。鋁是目前運輸及航太工業最好的材料。金属材料讲义28金屬材料之發展鈉、鈦及鈹放射金屬，如鈾

7、、鐳、釷及釙等金属材料讲义29金屬材料之發展-現代合金技術合金：將不同的金屬或非金屬材料加以混合性質：加入的比例不同或成分不同，合金的性質就會改變各種合金因特性的不同而應用在不同的場合金属材料讲义30金屬材料之發展-合金的特色堅硬：鋼筆的筆尖，用銥或鉑的合金製成法國的國際標準公尺，是用90%的鉑與10%的銥合金製成加入鎳的合金有不易膨脹的特性，是用來製造電器產品如電視、錄音機的重要組件質輕：鋁與鎂是最標準的輕金屬，是製造航空器材的最佳材料。耐熱鎢的合金，熔點高，硬度夠，可以作為鑽孔及切割工具鈦合金也因為耐高溫的特性，成為航太工業的重要材料熔點低鉛與錫兩種金屬的合金據有熔點低的特性，可作為保險絲

8、、焊錫等用途。例如：消防灑水器也是利用這種熔點低的特性，達到消防目的。不易氧化鋼材中加入一定比例的鉻之後，具有不易氧化的特性，就是俗稱的不銹鋼在銅之中加入了一些鎳，就成了白銅，不易產生銅綠，是製作器物的好材料形狀記憶部分合金可以據有隨溫度變化而恢復其形狀的特性，稱為形狀記憶合金，例如金鎘合金、鎳鈦合金、銅鋅合金等。金属材料讲义31屬材之加工屬材富於延、展性，因此於進塑性加工(plastic working)。屬材的製造方法甚多，如：鑄造、熔接、削研磨加工、粉末冶、電積成型、塑性加工等。金属材料讲义32屬材塑性加工之種在高於屬再結晶溫(recrystallization temperature)

9、以上的溫塑性加工者稱為熱加工，反之則為加工。 溫加工：泛指在300 C 600 C間對再結晶溫高的合進之塑性加工，尚未有嚴格的定義。金属材料讲义33屬材塑性加工之種金属材料讲义34屬材塑性加工之種 壓縮型加工：如滾軋(rolling)、鍛造(forging)、擠製(extruding)、壓擠(squeezing)、壓模印(coining)、旋轉成型(spinning)等。 伸張型加工：如抽製(drawing)、伸展(stretching)、凹壓(cupping)、深抽製(deep drawing)。 彎曲型加工：如彎曲(bending)、摺緣(flanging)、摺縫(seaming)。 剪斷型加工：如沖孔(punching)、穿(piercing)、修整(trimming)、沖缺口(notching)等。 高能加工成型法： 如爆炸成型(explosive forming)、電液壓成型(electrohydraulic for