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機械材料的規(guī)格及選用

學習目的

1.瞭解機械材料規(guī)格的意義。

2.瞭解常用的機械材料規(guī)格。

3.瞭解各種規(guī)格編號的意義。

4.能選擇適當的金屬材料。

1-1前言

規(guī)格(Specification)是產品需求的敘述，也是資料技術溝通的依據。為了適合某一種特別的用途，生產者當然必須促使產品能夠符合需要，這樣就有規(guī)範的存在必要。而隨著工業(yè)化程度的提高及國際間貿易往來的趨勢，產品的流通愈來愈頻繁，為了增進效率及提供產品零件的互換性，工業(yè)規(guī)格的訂定更是必然的結果。在機械材料的範疇方面，同樣的必須有一定的規(guī)格，以作為生產者及使用者依循的規(guī)範。

完備的規(guī)格應具有以下資料的敘述:

1.適用範圍(Scope):包括用途(如：板、線、管)，適用尺寸等。

2.化學成分(Chemical Composition):包括各項成分元素的含量範圍或成分代號。

3.定性敘述(Quality Statement):指品質方面，例如煉鋼方式或脫氧情況。

4.定量需求(Quantitative Requirement):指定化學成分範圍、物理及機械性質需求，以適應使用上經濟的理由。

5.其他需求(Other Requirment):如特殊容許差、材料表面狀況等。

現今世界各國各依其工業(yè)化的發(fā)展而有不同的工業(yè)規(guī)格，例如：美國的ANS(美國國家標準)、日本的JIS(日本工業(yè)標準)、德國的DIN(德國工業(yè)標準)等。而在針對機械材料規(guī)格方面，常用的還包括ASTM(美國材料試驗協會)、AISI(美國鋼鐵協會)、SAE(美國汽車協會)等，而我國主要則依據CNS(中國國家標準)訂定。

材料的選擇及應用是學習材料規(guī)格的重要目的，所以本章最後舉例說明，如何在產品需求及相關考慮之下，選擇適當材料。

1-2材料的規(guī)格

一種機械材料的規(guī)格最主要可以由：材料的種類、成份和機械性質來說明。而為了標準化起見，材料必須經由一套嚴謹的試驗規(guī)範，確保其可靠度。世界各國都有其材料試驗的標準程序，我國也不例外，例如：CNS有關材料試驗部份，其中「鋼料之檢驗通則」(CNS2608,G2018)規(guī)定：

本標準主要內容包括：適用範圍、檢驗及重驗三部分

適用範圍：本標準適用於鋼料之一般檢驗

檢驗部份：說明化學成份試驗和機械性質試驗的試片取樣及檢驗

標準方法

重驗部份：說明規(guī)格部份不合規(guī)定的試片，必須經由複驗判定

合格及不合格。

又如「非鐵金屬材料之檢驗通則」(CNS4195,H2045)中規(guī)定：

本標準主要內容包括：適用範圍、檢驗及重驗三部分

適用範圍：本標準規(guī)定非鐵金屬材料檢查一般事項

檢驗部份：規(guī)定有關外觀、尺度、化學成份試驗和機械性質試驗

的試片取樣及試驗事項

重驗部份：說明試驗結果如部份規(guī)格與規(guī)定不合，必須經由重驗

判定合格及不合格。

1-3常用的材料編號

一般材料的化學成份與機械性質是息息相關的，因此常用的材料編號大多是以化學成份命名為主，再輔以機械性質(如第七章部分材料的規(guī)格敘述)。由於材料範圍很廣，因此本章內容，主要以鋼鐵材料的編號為主，另外輔以部分非鐵金屬及非金屬材料來做說明。

在工業(yè)上，鋼鐵材料(包括碳鋼在內)必依其化學成份，使用一定的編號以利於選用，這是基本的認識。目前，在我國較常用的規(guī)格有三種：中國國家標準(CNS)、日本工業(yè)標準(JIS)、美國鋼鐵學會－美國汽車工程師學會(AISI-SAE)。另外德國工業(yè)標準(DIN)和美國統一標準編號(UNS)相關業(yè)界有時也會採用。而其它還有常見的各國規(guī)格名稱。

1．中國國家標準(CNS)

（1）鋼鐵的規(guī)格

中國國家標準CNS是Chinese National Standard的簡寫，CNS對鋼鐵材料的編號主要依據CNS 109 G1001(公佈：民國36年3月，修訂：民國85年3月)原則上由下列三部分組成：

第一部分為材質，鋼鐵材料大部分以S(Steel鋼)或F(Ferrum鐵)

表示。

第二部分有兩種不同的表示法；

a．表示標準名稱或是製品用途。常用的有－P：Plate(薄板) 、 T：Tube(管) 、 U：Use(特殊用途)

W：Wire(線材)  F：Forging(鍛造)  C：Casting(鑄造)

         例：S P CC：Plate，鋼板(冷軋)。

             S UP：Use Spring，彈簧用鋼

b．用於結構的鋼料(包括結構用碳鋼及合金鋼)，代表主要合金元素或含碳量(結構用碳鋼時)，表示含碳量時，通常以含碳量之100倍數值表示，

  例：SCM420：鉻鉬鋼，第420種

             S25C：碳鋼，含碳量0.25％。

第三部分為該材料之種類號碼，或是最低抗拉強度、降伏強度。若是表示最小抗拉強度或最小降伏強度，通常以三位數字表示。

   例：SCM 420 表示鉻鉬鋼中編號420的材料

             STB 340 表示鍋爐及熱交換器用鋼，抗拉強度不

             低於340 N/mm²。

以與合金量之表示法有所區(qū)別。常用於建築結構用等不須規(guī)定含碳量鋼料的場合。

註：機械結構用鋼料的符號

機械結構用鋼料使用很廣，因此CNS 2608 G2018特別在附錄2中說明適用範圍及其符號所代表的意義：

適用範圍：機械結構用碳鋼鋼料及結構用合金鋼鋼料種類符號之組成。

a．符號順序為鋼之主要合金元素、主要合金元素含量或代表值、附加符號。其中除鋼之代表符號S、碳之符號C之外。

附加符號由第一群及第二群組成，

第一群—為鋼料為改善其性質(例如切削性)所添加的特殊元素

（例）改善切削性之添加元素

第二群—為鋼料除化學成份之外的保證特性

（例）保證特殊特性之添加符號

（例）

S 30 C：碳鋼，含碳量0.30﹪

S 20 C 4：碳鋼，含碳量0.20﹪第四種構造用碳鋼

S(55)C：一般構造用碳鋼，最小抗拉強度55kg/mm²

S85WMo(HS)：含碳量0.85﹪的鎢鉬高速鋼

OS90C(T)：以平爐煉鋼法提煉，含碳量0.9﹪的工具鋼

b．碳含量的代表值。

（2）鋁及鋁合金的規(guī)格

鋁及鋁合金之種類及符號係依CNS 2068 H3021之規(guī)定，適用範圍為鍛鋁、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)之合金種類及鍊度符號。

鍛鋁合金之編號依其合金成分，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。

而所謂”鍊度”係指”製造過程中，依加工、熱處理等條件之差異所獲得機械性質之區(qū)分”。鍊度符號又分為基本符號與細分符號?；痉枮橐蛔钟⑽淖帜?大寫)，細分符號為一位數字或多位數字組合並附在基本符號之後。

a．基本符號

鋁合金的鍊度基本符號分為四種。

b．細分符號

鋁合金鍊度之基本符號H及T之細分符號，依下列規(guī)定。

鍛鋁合金的編號及化學成分。

2．日本工業(yè)標準(JIS)

JIS是Japanese Industral Standard 的簡稱，JIS對於鋼鐵材料的的編號大致可分兩大類：

（1）一般機械構造用碳鋼：

其材料編號方法和CNS的第一種表示法相同。

（例）S30C表示含碳量0.30﹪的機械構造用碳鋼

（2）其他用途的碳鋼及合金鋼：

這一類鋼的材料編號表示法，大致可分三部分：

第一部分為材質，鋼以S、鐵以F表示，其他非鐵類如表11- 。

第二部分表示鋼製品的規(guī)格或用途，例如：K代表工具鋼、TB代

表鍋爐用鋼管、PC2代表冷軋鋼板。

第三部分為為鋼料的種別，以1,2,3來表示。

此外如果需要，可將材料的加工方法、熱處理方式等附註於後，加工方法例如:D(Drawing)抽製、G(Grinding)研磨、T(Turning)車削、Ex(Extruded)擠製。熱處理方法大多記於金屬符號之後，並在二者之間加入”-“

（例）SK2：第二種碳素工具鋼

      SKS11：第十一種切削用工具鋼

      SUH301：第301種耐熱鋼

      SUS301-1/2H：第301種不銹鋼，1/2硬質材料

3．常用的美國材料編號及規(guī)格

（1）美國鋼鐵學會－美國汽車工程師學會(AISI-SAE)

AISI和SAE在1941年共同訂定鋼鐵材料的分類，以四個(或五個)數目字為記號來分類。其中

第一位數，表示鋼料的種類，如：鎳鋼為2、鎢鋼為7。

第二位數，為主要合金元素的百分值；0表示無其他合金元素。

第三、四位數(或第三、四、伍位數字)代表含碳量。

（例）

SAE1045：含碳量0.45的碳鋼，與CNS中S45C鋼料相當。

SAE4140：含碳量0.40的鉻鉬鋼，與JIS中SCM4鋼料相當。

（2）美國材料協會及美國機械工程師協會 ASTM(ASME)

ASTM是非常廣泛被採用的材料規(guī)範，它的特色主要是針對產品的特性及表現而定。ASTM表示法是以以字母+代號表示，再輔以年代之混合標示，ASME則採用了相當多的ASTM規(guī)範，並以前置S表示。

  ASTM表示法:

例如: ASTM A36-77a   其中A     36  –   77        a

分別表示 (鋼鐵)(結構用)(1977年)(第一次修訂)

又如: ASTM E8  代表拉伸試驗規(guī)範

ASME的表示法：

例如: ASME SA213 = ASTM A213

而同一編號又可依化學成分(Grade)加工方式(Type)成品型態(tài)(Class)來區(qū)分。Grade主要敘述其化學性質，Type指脫氧的情況，

Class:指一些其他性質。如：強度、表面光度等。

（3）美國統一編號系統 UNS

UNS是Unified Numbering System 的簡稱，在1974年為ASTM及SAE 聯合制定，UNS 本身只是一種編號，而非規(guī)格，它將金屬分為17個系列編號並與原有的體系配合，例如： UNS G10XX0 = SAE 10XX，而有索引、整合、參考的意義，因此而稱統一編號系統。

4．德國工業(yè)標準(DIN)

DIN並不是英文，而是德文Deutsch Industriell Norm的縮寫，德國工業(yè)標準中鋼鐵材料的規(guī)格是在DIN 17006，補充說明在DIN 17007，1974年改為 ISO制，以 EURONORM 27-74替代。以英文字母和數字來敘述其特徵，字母規(guī)定鋼鐵種類、冶煉方法、合金材料、處理情況等、數字則規(guī)定鋼鐵材料的、含碳量、抗拉強度、主合金之成分倍數等。

（1）碳鋼

一般以碳元素標記及其含碳量表示，如 C60 表示含0.6％C的碳鋼。另外也有抗拉強度及其他表示法，例如:St50 表示抗拉強度50kg/mm²之構造用碳鋼，CK40表示含磷、硫量甚低之碳鋼，抗拉強度為40kg/mm²。

（2）高級鋼料及低合金鋼

以其主要合金元素和含量為標記，但在其中第三部分含量，為避免小數點出現，表示值都己經乘上固定倍數，而以整數型態(tài)呈現，所以由編號求取實際含量時必須再除以倍數。

第一部分:含碳量

第二部分:合金元素種類

第三部分:合金元素含量

例如:含碳量0.34％含鉻量1％的鋼材，表示為34Cr4

依此 13CrV53 即表示含碳量0.13％，含鉻量5/4=1.25

％，含釩量3/10=0.3％

（3）高合金鋼

在標記前加上”x”，此外由於合金元素含量己高，因此不乘以倍數而直接表示。(如前述，高合金鋼通常是指合金總含量在8％以上的鋼料)

例如:含碳量0.12％的不銹鋼，含鉻量18％含鎳量8％，表示為

X12CrNi18 8

同理 X10CrNi1810 即表示含碳量0.10％的高合金鋼，含鉻量18

％ 含鎳量10。

如果要進一步標示其特性，可以在其記號前後加上英文字母表示

例如:     M  A  St42  6  N

(1)(2)  (3) (4)(5)

其中除(3)為主標記外，(1)(2)(4)(5)分別表示:熔煉方式、產品特性、保證性能類別、熱處理情況等。

（4）鑄鐵、鑄鋼

以前置標記G代表一般鑄件，另外加上其它字母來表示種類，隨後之標示與鋼的編號相同，如表1所示。

例如:GS-C30為鑄鋼，含碳量0.30％

G-X120Mn12表示含碳量1.20％的鑄鐵，含錳量12％。

表1  德國工業(yè)標準DIN 之鑄鐵分類

1-4材料的選用

1-4-1 材料選擇的根據

材料的種類繁多，而且性質互異，因此無論鐵金屬和非鐵金屬材料，或者隨後即將討論的非金屬材料自然都有不同的應用場合。一項產品在選用材料時，會因使用場合(例如：強度的要求、環(huán)境的因素、成本的考慮等)而不同，而各種材料由於結構的不同，也有其適當的用途，因此如何使材料的應用能適材適所，就是材料選用的最大準則。本章將提出材料選擇的幾個重要考慮因素，並舉實例具體說明。

(一)材料的規(guī)格要符合使用的需求

選擇材料最基本的考慮，就在滿足產品的特性及要求，例如﹕抗拉強度、切削性、耐蝕性等。許多材料似乎都可以滿足使用的需求，但是如果選擇具有正字標記或符合國家標準的材料，例如：我國的CNS 日本的JIS 美國的ASTM、 SAE、 AISI、 UNS 德國的DIN等，由於其化學成分及機械性質都經過試驗，有一定的保證，因此品質將更有保障。

(二)材料的價格要合理

價格是選擇材料的另一個重要因素。因為優(yōu)秀的材料如果價格高昂，產品的成本勢必提高，競爭力就會降低。因此如果材料不是唯一的選擇，那麼價格合理的同級材料或以開發(fā)新產品替代都是不錯的解決方案。

(三)材料的品質要一致

產品如果是單一的就不必考慮一致性的問題，但是如果是屬於大量生產的東西，材料的供應就必須穩(wěn)定而且品質一定才行，否則因產品不良造成退貨或是賠償，無論是金錢及信譽的損失可能都將難以彌補，因此在選擇材料供應之初，材料品質的一致和來源的穩(wěn)定性也是重要的考慮因素。

1-4-2 鋼鐵材料的選用

以上提到的是材料選用的原則。而鋼鐵材料由於在機械上使用廣泛，因此必須針對其特性考量。鋼鐵材料的選用，常遭遇的還有三個問題：(一)使用碳鋼或合金鋼(二)局部或全部淬火(三)用鑄造品或鍛造品。

碳鋼的價錢便宜，但合金鋼易於淬火、硬化深度大、抗回火軟化佳。承受的負荷則關係局部或全部淬火，負荷大的零件以全部淬火為宜，表面淬火則可承受耐疲勞及磨耗的場合。

鍛造與鑄造在製造一直是競爭不止，傳統的鑄造品雖可以製造複雜或有內孔的零件，但被認為偏析、氣孔、韌性差，鍛造品則較強韌，但鑄造技術及材料的進步，己可以達到均質、強韌，加以鑄造有一次成型的優(yōu)點，因此目前鑄件佔較有利的趨勢。

1-4-3 應用實例

(一)引擎材料的選用

機械產生動力來自於引擎，常見的引擎如：空壓機、汽機車、電機原動力廠等。引擎各部份零件承受不同的負荷、溫度等工作條件，因此有不同的材料選擇考慮。以下僅以其中較重要的汽缸體、曲柄軸及進排氣閥加以說明。

1.   1.   汽缸體

汽缸由於形狀複雜，又有冷卻管路，因此只能用鑄造方式，汽缸由於要求良好強度大、耐磨、耐蝕、導熱性佳、膨脹係數低。因此灰鑄鐵就是很好的選擇，唯一問題是比重稍大。如果需要輕量化，使動力提高，就可以考慮鋁合金。唯鋁合金的磨耗性較差，這一點也要考慮。

2.   2.   曲柄軸

雖然曲柄軸的形狀也很複雜，不過也並不是非用鑄造不可，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佔一席之地。

如果使用鍛鋼，必須考慮硬化能的問題，因此常用的有鉻鉬鋼(SAE 4140)或中碳鋼SAE 1035及SAE 1050。

3.   3.   進排氣閥

進排氣門最重要的是耐高溫和耐腐蝕，尤其是排氣閥的工作溫度，往往700℃以上，而且必須承受燃料燃燒後產生的水氣和腐蝕性鉛化合物，因此採用耐熱鋼是最初的考慮，其後陸續(xù)有使用沃斯田鐵系不銹鋼或英高鎳(Inconel)者。

(二)材料的取代和新材料的選用

由於材料的改良和新材料的不斷發(fā)展，許多製品原來使用的材料，可以替代而性能更佳，價格更便宜。以日常應用來說，例如：二十年前的眼鏡框，使用白銅或鍍層，其後因為腐蝕問題而改用不銹鋼，至今更因為鈦的輕量化、高強度比且耐蝕而再度取代。

近年來由於航太工業(yè)，輕量及高強度的要求，因此在機件上鈦的使用也很廣，而外裝上，複合材料(尤其是碳纖維和玻璃纖維強化塑膠)則大量的應用。另外，為了極高速航具和太空梭的需要，工程陶瓷應用在承受高溫的部分的包覆(Ceramic Tiles)更是不可或缺。

摘   要

1．規(guī)格(Specification)是產品需求的敘述，也是資料技術溝通的依據為了增進效率及提供產品零件的互換性，必須制定的規(guī)格，以作為生產者及使用者依循的規(guī)範。

2．在工業(yè)上，鋼鐵材料必依其化學成份，使用一定的編號以利於選用。目前，在我國較常用的規(guī)格有三種：中國國家標準(CNS)、日本工業(yè)標準(JIS)、美國鋼鐵學會－美國汽車工程師學會(AISI-SAE)。另外德國工業(yè)標準(DIN)和美國統一標準編號(UNS)相關業(yè)界有時也會採用。

3．CNS之鋼鐵材料的編號，主要由下列三部分組成：

第一部分為材質，鐵以F表示，鋼以S表示。

第二部分表示標準名稱或是製品用途或主要合金元素或含碳量(結構用碳鋼時)。

第三部分為該材料之種類號碼，或是最低抗拉強度、降伏強度。若是表示最小抗拉強度或最小降伏強度，通常以三位數字表示，常用於建築結構用等不須規(guī)定含碳量鋼料的場合。

4．AISI和SAE以四個(或五個)數目字為記號來分類。其中

第一位數，表示鋼料的種類。

第二位數，為主要合金元素的百分值；0表示無其他合金元素。

第三、四位數(或第三、四、伍位數字)代表含碳量。

5．材料選擇的考慮因素主要有：(一)材料的規(guī)格要符合使用的需求(二)材料的價格要合理(三)材料的品質要一致

合金鋼及特殊鋼

學習目的

1.瞭解合金鋼與特殊鋼的意義。

2.認識合金鋼與特殊鋼的種類。

3.認識工具鋼的種類和用途。

4.認識耐蝕鋼的種類和用途。

5.瞭解其它特殊鋼的種類和用途。

1-1前言

碳鋼具有不錯的機械性質，能實施熱處理，而且在一般用途上都能勝任。不過在某些需求特別的場合，使用上碳鋼的性能仍嫌不足，例如：需要耐蝕的埸合、需要在高溫強度、需要更高的硬度以做為切削刀具，或是具有疲勞強度等。這些時候就必須有各種不同性質的合金鋼，例如：不銹鋼、耐熱鋼、工具鋼、彈簧鋼等，來滿足實際上的需求。由於這些合金鋼材的性質和一般鋼材並不相同，因此在市面上，許多販售合金鋼材料的地方，也稱為特殊鋼材料行。

合金鋼是指碳鋼添加一種或一種以上合金元素所形成的鋼料。通常鋼的合金元素，除碳以外，若含錳量在1.65%以上、含矽量在0.60%以上，或含銅量在0.06%以上等，就可以認定是屬於合金鋼，其它元素刻意加入碳鋼中者亦同。碳鋼如果依不同用途再加入鎳、鉻、釩、鎢、…..等元素，以達到需要的效果，就成為合金鋼。例如：微量的鉻可以使鋼具有極佳的硬化能，而12%以上時，鋼就不易腐蝕，成為耐蝕鋼。加入18%鎢、4%鉻、1%釩時即為高速鋼。

除用途外，合金鋼也可依加入元素種類來區(qū)分。由於任何鋼中均含鐵、碳兩種元素，因此，如再加入一種元素即稱為三元鋼，例如：鎳鋼、鉬鋼等。加入二種元素稱為四元鋼，例如：鎳鉬鋼，其餘依此類推。

如果以合金含量來區(qū)分，合金鋼中合金元素的總含量在6%以上稱為高合金鋼，合金元素總含量在6%以下稱為低合金鋼。有些埸合會將合金量在1.5%~5.5%之間的，再細分為中合金鋼，而以1.5%以下者為低合金鋼，不過這些都是粗略的分法，並沒有實質的意義。

合金鋼的種類很多，而其性質主要又由合金元素來決定，因此研究合金鋼最有效的方法，就必須由瞭解合金元素對於鋼性質的影響開始。在合金鋼中所添加的合金元素，主要有鎳Ni、鉻 Cr、鎢W、釩V、錳Mn、鉬Mo、鈷Co、矽Si、鈦Ti、硼B(yǎng)等。

1-1-1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．增進鋼的硬化能和滲碳作用。

  b．使鋼在高溫畤仍具高強度。

  c．能增加耐磨耗性。

  d．增高鋼之淬火溫度。

  f．能增進鋼的抗腐蝕性。

2．鎳Ni

    鎳在鋼中的影響有:

  a．增進鋼的硬化能。

  b．能降低熱處理時的淬火溫度，因之在處理時變形小。

  c．能增加鋼的韌性。

  d．高鎳合金鋼能耐腐蝕，例如：不銹鋼就含有8%左右的鎳。

3．鎢W

    鎢能耐高溫，而且溶於鋼中會與碳形成碳化物稱為碳化鎢，能提高鋼的強度。此外，

  a．鎢可以提高鋼之淬火溫度。

  b．加強鋼之斷面組織細微化，抵抗回火軟化。

  c．可以降低淬火時鋼之晶粒生長之趨勢。

  d．鎢鋼刀具有紅熱硬度。

  e．可增加鋼之保磁性，故可配入鋼中而製造永久磁鋼。

4．釩V

    釩可以無限量固溶入鐵中，並阻止沃斯田鐵晶粒的成長，釩在鋼中有脫酸除氧之能力，故含釩之鋼其斷面結晶密實，此外釩的作用還有：

  a．能提高淬火溫度。

  b．改善硬化能，高溫淬火加熱時，能防止其晶粒生長。

  c．有助於鋼之結晶組織細微化。

5．錳Mn

    錳亦為鋼中重要元素，其作用及影響如下:

  a．在適量下，錳量增加可增加鋼之最大強度及硬度。

  b．錳有脫氧及脫疏功效，故錳能發(fā)撣鋼之鍛造性與可塑性。

  c．錳在鋼中含量多，可降低鋼之淬火溫度。

  d．可增進鋼之硬化深度，尤其在含碳量高之油硬性錳鋼為最顯著。

6．鉬Mo

    鉬可增加鋼之最大強度及硬度，因此在合金鋼中也頗為重要。

  a．能改善鋼在高溫之抗拉及潛變強度。

  b．在工作紅熱情況下，能使鋼之硬度保持不變。

  c．高速工具鋼含鉬，可予以較佳之切割性能。

  d．合金鋼中加入鉬可去除回火脆性。

7．鈷Co

    鈷為製造合金鋼之重要元素，在鋼中可以生成碳化物，但也可能有不良影響，它具有以下特性：

  a．鈷可代替鎳，如增加強度及耐熱等性能。

  b．會降低鋼的硬化能。

  c．能提高鋼之淬火溫度。

  d．增加鋼之保磁能力，故為製造磁石鋼之主要元素。

8．鈦Ti

    鈦在鋼中易與碳形成碳化物TiC，其他特性：

  a．鈦在不銹鋼中，可以防止高溫時鉻量的局部減少，維持其

     防蝕的能力

  b．可以防止合金鋼由高溫徐冷時的脆化現象。

9．銅Cu

  合金鋼中銅之含量不可以超過1.5%，否則會使鋼變脆，此外

  a．銅在鋼中有抵抗大氣腐蝕之性能。低碳鋼內含銅1%，其抵抗大

     氣腐蝕性約較不含銅者高出四倍。在不銹鋼中加銅 3-4%，亦有助不銹鋼之防蝕作用。

  b．可以增加鋼的強度，但不宜超過0.2%。

10．鋁Al

  a．極易與氧結合形成氧化鋁，是一種強脫氧劑。

  b．能抑制晶粒成長。

  c．是氮化用鋼的重要元素。

11．硫S

    硫在鋼中為有害之雜質，硫與鐵化合成為FeS，與錳化合成MnS，其結果：

  a．會增加鋼的熱脆性

  b．硫含量0.2%以上，就會嚴重影響鋼的強度和韌性

  c．硫可使鋼強度降低，因此有利於鋼的切削，但除了易切鋼之外，極少利用。

12．矽Si

   矽在鋼中其作用如下 :

  a．矽能增加鋼之電磁傳導率，故適於製造電氣材料。

  b．矽會加速鋼之結晶生長變粗，因此含量約在0.05~0.30%。

  c．矽能增高淬火溫度。

  d．會阻礙碳元素溶於鋼中。

  e．對於炭量較高之鋼，矽多則增加脆性，

  f．增加耐熱鋼的氧化性，可用為脫酸性。

    綜合各種合金元素對於碳鋼的影響，而選擇添加合金元素時必須考慮元素特性及應用場合的需要，適材適所才是最重要的，如果不暸解特性貿然選擇，不但可能增加成本，效果也可能適得其反。

1-1-2 合金鋼的分類

合金鋼因其添加元素和量的不同而特性迥異，就用途來區(qū)分，合金鋼大致可以分為一般構造用合金鋼和特殊鋼。構造用合金鋼是使用於普通機械的構成元件或土木建築等構造，普遍來說其合金量較低，而特殊鋼大多是使用在需要高溫硬度、耐蝕、耐熱、磁性等特別的場合，大多是屬於高合金量，如表1所示。

(一)構造用合金鋼：

 (a)非熱處理型：大致是低合金量，包括高強度低合金鋼及易切鋼。

 (b)熱處理型：大致是中合金量，含合金總量稍高，約在1.5%~5.5%

之間，經熱處理後可以大幅提高強度，通常用於不需銲接場合的

強韌機件，稱為熱處理用中合金鋼(或強韌鋼) 。

 (c)表面硬化鋼

(二)特殊鋼：

 (a)合金工具鋼：

 (b)耐蝕鋼：

 (c)其他用途特殊鋼：包括耐熱鋼、軸承鋼、彈簧鋼、電氣用鋼、磁

石鋼、超高強度鋼等。

表1  合金鋼的用途