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1、飛機用材料,佳工机电网 www.newM,鋼（Steels）,以含碳量2%為分界，在0.05%0.2%的鐵系合金稱鋼材。而2%4.5%的含碳量稱為鑄鐵。 鋼即是鐵碳合金，除了含有碳元素外，亦可進一步包含微量其它合金元素。較常見鋼鐵分類係根據碳濃度的高低分別區分為 低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼 低合金鋼（alloy steel)：合金元素總量少於5% 高合金鋼：合金元素總量超過於5% 工具鋼,佳工机电网 www.newM,鋼鐵材料規格,國際上較常見的是美國日本德國規格標準 SAE(美國汽車工程協會) AISI(美國鋼鐵協會) JIS(日本工業標準) DIN(德國工業標準),佳工机电网 www.newM
2、,SAE規範,以四或五位阿拉伯數字代表一鋼種。 第一位數字代表鋼的種類 1代表三種鋼10普通碳鋼、 11易切鋼、 13錳鋼 2字頭表鎳鋼、 3表鎳洛鋼、 4鉬鋼、 5洛鋼、 6洛釩鋼、 7鎢鋼、 8鎳洛鉬鋼、 9矽錳鋼 第二位數字表合金鋼中含特種元素之平均% 。 第三四或五位數字表鋼料中含碳量之% 。 有時在標號尾部另加一英文字母以表示成分或特性。,佳工机电网 www.newM,低碳鋼,所有鋼種中，最大產量係落在低碳這一類的範圍內。其含碳量通常少於0.25%，因此對於形成麻田散鐵的熱處理是無反應的，其鋼材的強化主要是靠冷加工來完成。其顯微結構包括肥粒鐵和波來鐵。 碳鋼的另一群是高強度低合金鋼（
3、HSLA）。它們包含其它合金元素諸如銅、釩、鈦、鈮、鈷和硼等元素，添加濃度有通常小於5，甚至更低。強化機構是藉高溫熱加工時產生析出物，因此具有析出硬化及晶粒細化等功效，故其強化比低碳平碳鋼強度高。,佳工机电网 www.newM,中碳鋼,中碳鋼其碳濃度約介於0.25至0.55%之間。這些鋼材可藉著沃斯田鐵化，淬火然後回火等熱處理改善機械其性質。它們最常以回火狀態使用，其顯微結構是回火麻田散鐵。代表性的鋼材為添加鉻、鎳、鉬等元素的合金鋼。鉻、鎳和鉬的添加可改善這些合金熱處理的能力，使其可獲得強度及延展性極佳的組合。這些熱處理合金鋼比低碳鋼強度高，但會犧牲延展性和韌性。 此類鋼材應用包括鐵路車輪、軌
4、道、齒輪、曲柄軸和其它切削零件以及要求高強度、耐磨耗和高韌性的結構零件上。,佳工机电网 www.newM,高碳鐵,高碳鋼通常具有碳含量介於0.6wt至1.4wt%之間的鋼材，是碳鋼中最硬最強，而延展性最低者，其中工具鋼為代表。它們幾乎總是以硬化和回火狀況使用，如此特別是在耐磨耗的工件上使用，通常含有鉻、釩、鎢和鉬合金。這些合金元素易與碳結合形成很硬和耐磨耗碳化物之化合物（如Cr23C6，V4C3 ,Mo2C和WC等）。,佳工机电网 www.newM,不銹鋼（Stainless Steels）,不銹鋼具有良好的抗蝕性（生銹），尤其是在大氣中。主要添加的合金元素是鉻，其濃度至少需11%鉻以上，此外
5、藉著添加鎳、鉬或銅可強化抗蝕性。 不銹鋼依據顯微結構主要可分成三類，包括麻田散鐵型、肥粒鐵和沃斯田鐵型。麻田散鐵型不銹鋼能藉熱處理使其內部產生麻田散鐵，因此具較高的機械強度。沃斯田鐵型和肥粒鐵型不銹鋼只能藉著冷加工來硬化和強化材質，因為它們是無法熱處理的。沃斯田鐵型不銹鐵因為高鉻含量和鎳的添加，其耐蝕性最好，而其產量也是最大的。,佳工机电网 www.newM,鑄鐵（Cast Iron）,通常鑄鐵是鐵合金的加上高達3.0至4.5%之碳而稱之。其與碳鋼一般，均可再添加其他合金元素，已進一步強化鑄鐵的各項機械性能。對大部份鑄鐵而言，碳係以石墨形式存在。最常見鑄鐵包括灰鑄鐵、球墨鑄鐵、白鑄鐵和展性鑄鐵
6、等。,佳工机电网 www.newM,灰鑄鐵（Gray Cast Iron）,灰鑄鐵中碳與矽含量分別介於2.5wt和4.0wt%之間以及1.0wt和3.0wt%之間。對大部份灰鑄鐵而言，石墨是以片狀形式存在於基地內，典型灰鑄鐵顯微組織片狀石墨，其破裂表面出現灰色狀，因而稱之為灰鑄鐵，其在工業上的用量極大。,佳工机电网 www.newM,延性（或球墨）鑄鐵,在鑄造之前加入少量鎂和鈰，或鎂或鈰到灰鑄鐵中會產生不一樣顯微結構及機械性質。石墨仍然形成，但是以球狀顆粒代替原先的片狀。此結果的合金稱球墨或延性鑄鐵。此種鑄件比灰鑄鐵更強並且更有延性。此類材料典型應用包括閥、泵體、曲柄虹、齒輪，以及其它自動如切
7、削零件。,佳工机电网 www.newM,白鑄鐵和展性鑄鐵,對低矽（含量少於1.0wt%矽）和快冷卻速率的鑄鐵而言，大部份碳是以雪明碳鐵代替石墨方式存在，此類合金的破壞表面呈白色外觀，因此被稱為白鑄鐵（White cast iron）。 係以聚集或薔薇形式存在而被肥粒鐵或波來鐵基地包圍，形成肥粒鐵展性鑄鐵。代表性應用包括聯結桿傳動齒輪、閥零件、輪船及其它重機使用上。,佳工机电网 www.newM,鋁及鋁合金(Aluminum Alloy),鋁的製法 西元1886年美國化學家Hall及法國化學家Heroult宣布以氧化鋁(Al2O3)置於冰晶石(Na3AlF6)溶液中，於大約950 進行電解。 氧
8、化鋁(Al2O3)製法 利用鋁礬土礦浸於氫氧化鈉(NaOH) 鋁及鋁合金是目前應用最廣泛之飛機製造材料。,佳工机电网 www.newM,鋁及鋁合金優點,重量輕，差不多是同體積銅或鋼的1/3重量。 防腐蝕能力強。 可反射輻射能可見光、輻射熱、電磁波。 導電及導熱能力強，且又是非鐵磁性。 容易接合(焊接、鉚接或膠合) 外觀及表面易處理 機械性質良好，經加工處理後強度高、 延展性高 存量多,佳工机电网 www.newM,鋁及鋁合金缺點,當溫度升高超過200，強度大幅減弱 當溫度下降時傾向脆性材料,佳工机电网 www.newM,鍛鋁(Wrought Aluminum)(1),以機械方式成形 輥製、 抽
9、拉、 擠製 通常以四位數字標明 第一位數字： 合金成分 1000系列：材料含99%以上之純鋁 2000系列：銅(Copper)為主要之成分 易熱處理以提高強度， 但提高了腐蝕性,退火,淬火,回火,有些加鎳可提供高溫用途， 康科特(Concorde)為商用化合金材料,佳工机电网 www.newM,鍛鋁(Wrought Aluminum) (2),3000系列：錳(Manganese)為主要之成分 增加硬度 4000系列：矽(Silicon)為主要之成分 為焊條之理想材料 5000系列：鎂(Magnesium)為主要之成分 提高強度及抗腐蝕 6000系列：鎂與矽為主要之成分 以矽化鎂存在，可熱處理
10、提高強度及易加工,佳工机电网 www.newM,鍛鋁(Wrought Aluminum) (3),7000系列：鋅(Zinc)為主要之成分 經熱處理提高強度，為所有鋁合金中強度最高，有些 第二位表示原產品以後修正其成分之次數 第三及四位表示產品開發次序 1130：純度99+0.3=99.3% 2117,佳工机电网 www.newM,熱處理鋁合金如施以適當熱處理其內部結構發生一種相變化，產生細緻析出物，藉此種析出物，強化材料。這種現象叫析出硬化或時效硬化。 非熱處理合金則無析出硬化現象(但也會有析出物)，故其強化作用通常借助一般的方法，如固溶體強化，加強化細晶強化。,佳工机电网 www.newM
11、,鑄鋁(Cast Aluminum),以溶化之鋁壓入模型內製成 由4位數字來標示 1-純鋁99%以上 2-銅 3-矽加入少量銅鎂 4-矽 5-鎂 7-鋅 8-錫,佳工机电网 www.newM,其他,鋁-鋰， 鋁-錫,佳工机电网 www.newM,調質符號基本定義,佳工机电网 www.newM,調質度之細分,佳工机电网 www.newM,鈦及鈦合金,鈦金屬在1791年被克拉普羅斯（Klaproth）發現，在地球的含量僅次於鋁、鐵、鎂的金屬物質，其之所以命名為“鈦”，是以希臘神 (Titan，泰坦) 為名，鈦合金具有重量輕、強度大、彈性高、耐熱性強、耐低溫性能及耐腐蝕等優特性，因此鈦合金於1957
12、年開始被廣泛的運用在太空及航空科技上，被譽為“未來的金屬”，是具相當發展前途的工程材料。 鈦合金可以運用在航海業、化工業、電子業、電鍍業、食品業、醫療設備、發電廠、海水淡化系統、鐘錶、電腦、廚具、藝品都可看到鈦金屬之產品，甚至行動電話外殼亦有用到，另外還有像人工植齒/牙套、人工骨骼等等都可以利用鈦合金特性來製作成品。,佳工机电网 www.newM,鈦及鈦合金之分類,純鈦金屬：具有優越的機械加工成型性 以 Ti-75表示。 -Titanium : 鈦在室溫中以六邊形晶體，商品標示為8Al-1Mo-1V-Ti(簡稱Ti8-1-1)。 - -Titanium : 鈦結晶同時具有六邊形晶體及體心立方，
13、商品標示為Ti-6Al-4V。 -Titanium : 鈦結晶為體心立方，商品標示為Ti-13V-11Cr-3Al 。,佳工机电网 www.newM,鈦及鈦合金,特點： 工作溫度可到427 左右 極佳的防腐性 加工時必須與空氣隔絕 鈦金屬熔點 1668 鈦金屬沸點 3000 純鈦，鈦合金(Alpha-Beta)之原材料顏色為灰色，而Beat鈦則呈深灰色。 Beta鈦之材料抗拉強度比鈦合金(Alpha-Beta)好，而鈦合金(Alpha-Beta)之抗拉強度則較純鈦強。,佳工机电网 www.newM,鎂合金(Magnesium Alloys),鎂質量輕，比剛性與比強度極佳，在金屬分別佔第一位與第
14、二位(比強度僅次於鈦)，是最輕的結構用金屬。近年來全球性的潮流，是節省能源與環保因素需要相互配合，使得鎂合金由航太用金屬擴散至商業用金屬基本材料。 鎂合金物理特性：鎂的原子結構是六方形狀堆積，密度( 20 ) 1：1.738、熔點：650、沸點：1103 8、是屬於活性的金屬，具有高度自燃性。 航空商品為AZ31B,佳工机电网 www.newM,鎂合金材料特性,質輕較鋁輕1/3，僅是鐵的1/4重，單位強度與鋼性優於鋁與鐵)。 尺吋安定性高，不易因環境溫度變化及時間而改變。 吸震性佳，可降低噪音，增長機械裝置壽命。 無磁性(能防電磁波干擾)。 抗蝕性佳、耐磨性佳。 熱傳導性佳、可鑄性、可焊性佳、
15、易加工。 為新一代鋁合金的代替品。,佳工机电网 www.newM,銅及銅合金,銅是人類最早發現的古老金屬之一，早在三千多年前人類就開始使用銅。 銅具有許多可貴的物理化學特性，例如其熱導率和電導率都很高，化學穩定性強，抗張強度大，易熔接，具抗蝕性、可塑性、延展性。純銅可拉成很細的銅絲，製成很薄的銅箔。能與鋅、錫、鉛、錳、鈷、鎳、鋁、鐵等金屬形成合金。 純銅主要用途為電導體，此外在散熱器及熱交換器也具有主要的地位。,佳工机电网 www.newM,黃銅(Brass),銅和鋅合金俗稱黃銅。是銅合金中應用最廣的合金。 此相具有FCC體結構，而銅相對柔軟、具延性和易於冷加工。在室溫黃銅合金具高鋅含量並含和
16、相。相是有序BCC晶體結構且比相更強硬；結果，+合金通常是熱加工。黃銅合金的某些常見應用包括服裝飾物、彈砲外殼、自動散熱片、音樂裝備、電子封裝和錢幣等。,佳工机电网 www.newM,銅及其合金 -青銅（bronze）,青銅是銅和數種其它元素包括錫、鋁、矽和鎳的合金。這些合金比黃銅強硬，它們也具高度的抗蝕性。最常見可析出硬化的銅合金是斂銅。 它們擁有極優性質的組合：抗拉強度有140MPa（200,000psi）那樣高，有極佳電和耐蝕性質，當適當潤滑有極佳耐磨耗性；它們可以用鑄造、熱加工或冷加工。藉著析出硬化熱處理可獲得高強度。,佳工机电网 www.newM,複合材料,複合材料由基材(Matri
17、x)及強化材複合而成 基材： 橡膠、塑膠、金屬、陶瓷 強化材： 粒子、短纖維、長纖維(連續纖維) 、薄片、織布,佳工机电网 www.newM,纖維強化橡膠(Fiber reinforced rubber),FRR 纖維強化塑膠(Fiber reinforced plastic),FRP 纖維強化金屬(Fiber reinforced metal),FRM 纖維強化陶瓷(Fiber reinforced ceramic)FRC,佳工机电网 www.newM,纖維強化橡膠,天然樹汁液塗於布上 輪胎,佳工机电网 www.newM,纖維強化塑膠FRP,高模數 (modulus或稱彈性率 )樹脂陸續研製
18、成功，使複合材料的種類逐漸增多，應用範圍擴大。 石墨纖維 /環氧樹脂、克維拉纖維 /環氧樹脂、碳素纖維 /聚醞亞胺樹脂、碳素纖維 /碳素(carbon/carbon,C/C)等組合而邁向所謂尖端複合材料 的開發與實用化階段，並繼續發展至今。,佳工机电网 www.newM,纖維強化金屬FRM,將耐熱性、高模數、高強度纖維埋入金屬基材可以複合成耐熱性優異的複合材料。 FRM的加工比FRP困難。以致FRM產量的增加及應用範圍的擴大都比FRP緩慢。 B/Al(棚纖維/鋁金屬)可作為結構材料。 發展至近年能用於金屬複合材料的金屬有Al、Mg、Ti、Cu、Pb等，至於纖維有B、 SiC、B4C/B、SiC
19、/B。,佳工机电网 www.newM,纖維強化陶瓷FRC,陶瓷的弱點是脆性，優點是耐高熱。 陶瓷複合材料屬無機材料，其發展的歷史沒有塑膠複合材料的長久，應用範圍比塑膠複合材料窄。 陶瓷複合材料，是在陶瓷基材 (ma田X)中加入鬚晶(whisker)或長纖維等，以增加其剛性。,佳工机电网 www.newM,比強度與比彈性率之關係,佳工机电网 www.newM,各種材料的耐熱溫度,佳工机电网 www.newM,玻璃纖維,由組成玻璃的物質經過高溫熔融。延伸而成，其細度約僅人類頭髮的十分之一左右。 具有耐高溫、不腐蝕、不燃燒、高強力及尺寸安定性及低的熱膨脹係數與疏水性,佳工机电网 www.newM,玻
20、璃纖維之種類,E玻璃纖維：產量約90%，電氣抵抗及化學抵抗大、品質優異 C玻璃纖維：耐鹼性 A玻璃纖維：價廉,佳工机电网 www.newM,碳纖維,製造碳素纖維的原料有四種 1.瀝青 (Patch):蒸餾原油製造汽油的副產物 2.木質素 (ligman):造紙工廠，製造紙漿時的副產物 3.嫘縈纖維 (rayon):用木材紙漿製得的半化學纖維 4.聚丙烯睛纖維(PAN) :用PAN纖維製造的碳素纖維性能最好,佳工机电网 www.newM,其他,全芳香族聚醯胺纖維(Aramid) 有120GPa及60GPa兩級 商品為杜邦所生產的克維拉纖維(Kevlar) 脂肪族聚醯胺纖維(nylon)：商品有6, 66 氧化鋁纖維：耐熱性高、化學安定性、高模數、耐衝擊性及耐磨耗性。 聚合超高分子量之聚乙烯(PE),佳工机电网 www.newM,各種樹脂,熱硬化樹脂： 酚樹脂(Phenol Resin)、 環氧樹脂(Epoxy Resin)、 不飽合聚酯樹脂(UP)、聚醯亞胺(Polyimide) 熱塑化樹脂：聚乙烯(PE) 、聚丙烯(PP) 、聚氯乙烯(PVC) 、ABS(丙烯睛AN, 丁乙烯BD, 苯乙烯SM) 、聚醯胺樹脂(Polyamide),