204教材綱要~金屬

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常用的材料~金屬

(一)工業之母一金屬
史前人類使用金屬開始,便是文明的開端,「青銅器時代」是人類用當時使用金屬定義歷史的一種方式。至今所有製造材料或產品的工具、工作母機都是金屬材質,其堅韌、耐震、耐高溫等特質,是其它材質無法取代的,故被稱為工業之母。
(二)金屬的特性
日常見到的金屬材料很多(以汽車為例,如圖),有鐵銅、鋁、金、銀……等。這些純金屬雖各具有不同性質,但基本士都有下列各項特性:
1.固體狀態時,構成結晶體。
2.具有很大的塑性反變形的能力。
3.是電和熱的良導體。
4.有特殊的金屬光澤。
5.熔點與比重,都較一般材料大。

▲汽車使用的金屬:
汽車利用各種金屬的特性及強度不同,發展出許多合金零件,例如車身是鋼、緩衝器和窗框是不鏽鋼、活塞與氣缸是鋁合金或陶金、引擎外殼是鑄鐵。

(三)常用金屬材料
地殼上司以找到的金屬約70種,在礦物中與氧或其它元素形成化合物存在,挖掘出含金屬比率較高的礦石,再以熔煉法提煉出各種金屬。
1.表面處理金屬材料:為防止空氣的氧化與濕度,司於金屬材料外表鍍上一層鋅、錫等其它金屬。目前常使用的金屬材料如黑鐵板、磨光鐵板、鍍鋅鐵板、鍍錫鐵板、銅及銅合金板、鋁及鋁合金板、不袗板等,及線材鍍鋅鐵絲。
2.不含鐵金屬
(1)銅:純銅柔軟易加工,添加少量其它金屬可加強硬度,增加用途。例如加少量鎘就能做為電線,如鎳做成硬幣。其它如青銅,5000年前使被發展出銅與錫合成一更硬更易磨約合金,製成各種青銅器、銅像。黃銅是銅與40%鋅合金就是黃銅,顏色呈金黃色且強度較純銅高。
(2)鋁:鋁是除了金外延展性最好的金屬,質地輕、抗腐蝕性強,但質地太軟確是其最大缺點,然而鋁、銅合金後強度後取代鋼、且質輕。
(3)鈦:鈦比鋁重60%,鈦合金強度特別高(10500公斤/平方公分),又是特別好的抗腐蝕性,耐久性非常好。


3.含鐵金屬
(1)如何煉鐵成鋼

(2)常用含鐵金屬
合金成分 特色、常見用途
鑄鐵:
鐵:96%~93%
碳:2.5~4.5%
矽:0.5~0.4%及
錳、硫、磷和其它元素
1.易脆裂
2.不適敲打
3.堅硬
4.黑而粗糙
5.如機械支架、虎鉗、齒輪
熟鐵:
鐵:99%
碳:0.04%
最接近純鐵。
1.韌性和展性都極佳,非常容易彎曲
2.適需要鎚擊,宜鍛造彎曲
3.表面深灰色
4.如鍊子、鉤、電動機內部
高碳鋼
鐵:99.3%~98.5%
碳:0.7~1.5%
1.最硬的碳鋼可熱處理加硬
5.堅韌、延展性差
3.表面黑色
4.如鎚子、鋸子
高速鋼或鎢鋼
鐵:76.5%
鎢:18%
鉻:4%
碳:0.7~1.5%
鎳:8%
1.硬度與韌性強,高溫下依然
5.製成時要用磨床
3.表面銀色
4.車刀具、鑽頭
不鏽鋼
鉻:
鎳:
碳:
1.堅硬
2.韌性強
3.不生鏽
4.銀色、發亮
5.廚具、餐盤、日用品

[本單元係參考生活科技第一冊(仁林出版)]