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一、鐵合金

        鐵合金（Ferrous alloys）係以鐵為主要成分的合金材料，其產量比任何其它金屬多，且常作為工程結構用材料。它們能廣泛的被使用，可由三個因素來解釋：(1)含鐵之化 合物在地殼內蘊藏豐富；(2)鐵和鋼合金的提煉、精煉、以及製造技術十分成熟；(3)鐵合金之機械性質優異。

（一）鋼（Steels）

        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、中碳和高碳型式。平碳鋼 （plain carbon steel）除了碳和少量錳外只含殘留濃度的不純物。對合金鋼（alloy steel）而言，不同功效的合金元素將以不同濃度加入鋼中，以改善剛的各項性能。

Ⅰ、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0.25wt%，因此對於形成麻田散鐵的熱處理是無反應的，其鋼才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。

        低碳鋼的另一群是高強度低合金鋼（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﹪wt，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。在一般大氣中，HSLA鋼比平碳鋼具有更佳耐蝕性，在結構 強度重要的很多應用中，它們已經代替了平碳鋼。

Ⅱ、中碳鋼

中碳鋼其碳濃度約介於0.25wt﹪至0.60wt%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。

Ⅲ、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，其中工具模具鋼為代表。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）。

Ⅳ、不銹鋼

不 銹鋼（stainless steels）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11wt%鉻以上，此外藉著添加鎳、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。

（二）鑄鐵

通常鑄鐵（cast iron）是鐵合金的加上高達3.0 wt﹪至4.5wt%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、白鑄鐵和展性鑄鐵等。

Ⅰ、灰鑄鐵（Gray Iron）

灰 鑄鐵（gray cast iron）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。

Ⅱ、延性（或球墨）鑄鐵

在 鑄造之前加入少量鎂和鑲，或鎂或鑲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，其機械性質的比較如表12.5所示。此類材料典型應用包括閥、泵體、曲柄虹、齒輪，以及其它自動如切削零件。

Ⅲ、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）。

        將白鑄鐵於800到900℃（1470到1650℉）之間在中性氣體（避免氧化）長時間加熱將造成雪明碳鐵分解，形成石墨，石墨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。

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