航空用材料簡介

飛機用材料鋼（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。較常見鋼鐵分類系根據碳濃度的高低分別區(qū)分為低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼低合金鋼（alloysteel)：合金元素總量少于5%高合金鋼：合金元素總量超過于5%工具鋼佳工機電網鋼鐵材料規(guī)格國際上較常見的是美國日本德國規(guī)格標準SAE(美國汽車工程協(xié)會)AISI(美國鋼鐵協(xié)會)JIS(日本工業(yè)標準)DIN(德國工業(yè)標準)佳工機電網SAE規(guī)范以四或五位阿拉伯數(shù)字代表一鋼種。第一位數(shù)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硅錳鋼第二位數(shù)字表合金鋼中含特種元素之平均%。第三四或五位數(shù)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。佳工機電網低碳鋼所有鋼種中，最大產量系落在低碳這一類的范圍內。其含碳量通常少于0.25%，因此對于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（HSLA）。它們包含其它合金元素諸如銅、釩、鈦、鈮、鈷和硼等元素，添加濃度有通常小于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。佳工機電網中碳鋼中碳鋼其碳濃度約介于0.25﹪至0.55%之間。這些鋼材可藉著沃斯田鐵化，淬火然后回火等熱處理改善機械其性質。它們最常以回火狀態(tài)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。佳工機電網高碳鐵高碳鋼通常具有碳含量介于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）。佳工機電網不銹鋼（StainlessSteels）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。佳工機電網鑄鐵（CastIron）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，碳系以石墨形式存在。最常見鑄鐵包括灰鑄鐵、球墨鑄鐵、白鑄鐵和展性鑄鐵等。佳工機電網灰鑄鐵（GrayCastIron）灰鑄鐵中碳與硅含量分別介于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于基地內，典型灰鑄鐵顯微組織片狀石墨，其破裂表面出現(xiàn)灰色狀，因而稱之為灰鑄鐵，其在工業(yè)上的用量極大。佳工機電網延性（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并且更有延性。此類材料典型應用包括閥、泵體、曲柄虹、齒輪，以及其它自動如切削零件。佳工機電網白鑄鐵和展性鑄鐵對低硅（含量少于1.0wt%硅）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（Whitecastiron）。系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(lián)結桿傳動齒輪、閥零件、輪船及其它重機使用上。佳工機電網鋁及鋁合金(AluminumAlloy)鋁的制法西元1886年美國化學家Hall及法國化學家H’eroult宣布以氧化鋁(Al2O3)置于冰晶石(Na3AlF6)溶液中，于大約950℃進行電解。氧化鋁(Al2O3)制法利用鋁礬土礦浸于氫氧化鈉(NaOH)鋁及鋁合金是目前應用最廣泛之飛機制造材料。佳工機電網鋁及鋁合金優(yōu)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?？煞瓷漭椛淠堋梢姽?、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，經加工處理后強度高、延展性高存量多

佳工機電網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機電網鍛鋁(WroughtAluminum)(1)以機械方式成形輥制、抽拉、擠制通常以四位數(shù)字標明第一位數(shù)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機電網鍛鋁(WroughtAluminum)(2)3000系列：錳(Manganese)為主要之成分

增加硬度4000系列：硅(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：鎂與硅為主要之成分以硅化鎂存在，可熱處理提高強度及易加工

佳工機電網鍛鋁(WroughtAluminum)(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后修正其成分之次數(shù)第三及四位表示產品開發(fā)次序1130：純度99+0.3=99.3%2117佳工機電網熱處理鋁合金如施以適當熱處理其內部結構發(fā)生一種相變化，產生細致析出物，藉此種析出物，強化材料。這種現(xiàn)象叫析出硬化或時效硬化。非熱處理合金則無析出硬化現(xiàn)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。

佳工機電網鑄鋁(CastAluminum)以溶化之鋁壓入模型內制成由4位數(shù)字來標示1-純鋁99%以上

2-銅3-硅加入少量銅鎂4-硅5-鎂

7-鋅8-錫佳工機電網其他鋁-鋰，鋁-錫佳工機電網調質符號基本定義基本符號定義說明F制造后之原狀態(tài)者未經加工硬化或熱處理等特別調質而僅經由制造過程所得者。O退火后之狀態(tài)鍛鋁合金：增加延展性及形狀穩(wěn)定性而加以退火者。鑄鋁合金：為增加伸長或尺寸穩(wěn)定性而加以退火者。H經加工硬化者無論有否另加速熱處理使其得適度之硬度，經加工硬化而增加強度者。W經固溶化熱處理者此調質度僅適用于固溶化熱處理后立即自然時效者，且僅規(guī)定時效之時間，如W1/2hrT經熱處理使其成為F、O、H以外之穩(wěn)定調質度者不管有無加工硬化，為使其得穩(wěn)定調質度而加以熱處理者。佳工機電網調質度之細分T1由高溫加工后冷卻再經自然時效者：如擠型料，由高溫之制造過程后冷卻，未經冷作加工而經自然時效硬化至穩(wěn)定狀態(tài)者。因此，即使施行矯正，亦為冷加工效果之小者。T2由高溫加工后冷卻，再經冷加工及自然時效者：如擠型料，由高溫之制造過程后冷卻，再經冷作加工以增加強度，并經自然時效硬化至穩(wěn)定狀態(tài)者。T3固溶化熱處理后，再經冷加工及自然時效者：經固溶化熱處理后，再經冷作加工以增加強度，并經自然時效硬化至穩(wěn)定狀態(tài)者。T4固溶化熱處理后，經自然時效者：經固溶化熱處理后，未經冷作加工，而經自然時效硬化至穩(wěn)定狀態(tài)者。因此，即使施行矯正，亦為冷加工效果之小者。T5由高溫加工后冷卻，再經人工時效處理者：如鑄件或擠型料，由高溫之制造過程后冷卻，未經冷作加工而經人工時效硬化處理者。因此，即使施行矯正，亦為冷加工效果之小者。T6固溶化熱處理后，經人工時效硬化處理者：經固溶化熱處理后，未經冷作加工而經人工時效硬化處理者。因此，即使施行矯正，亦為冷加工效果之小者。T7固溶化熱處理后，再經安定化處理者：經固溶化熱處理后，為調整特別性質，以超過獲得最大強度之人工時效硬化處理條件，施以過時效處理者。T8固溶化熱處理后，經冷加工及人工時效硬化處理者：經固溶化熱處理后，再經冷加工以增加強度，并經人工時效硬化處理者。T9固溶化熱處理后，經人工時效硬化處理及冷加工者：經固溶化熱處理后，再經人工時效硬化處理及冷作加工以增加強度。T10由高溫加工后冷卻，再經冷加工及人工時效硬化處理者：如擠型料，由高溫之制造過程后冷卻，再經冷作加工以增加強度，并經人工時效硬化處理者佳工機電網鈦及鈦合金鈦金屬在1791年被克拉普羅斯（Klaproth）發(fā)現(xiàn)，在地球的含量僅次于鋁、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(yōu)特性，因此鈦合金于1957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(fā)展前途的工程材料。鈦合金可以運用在航海業(yè)、化工業(yè)、電子業(yè)、電鍍業(yè)、食品業(yè)、醫(yī)療設備、發(fā)電廠、海水淡化系統(tǒng)、鐘表、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制作成品。佳工機電網鈦及鈦合金之分類純鈦金屬：具有優(yōu)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，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

。佳工機電網鈦及鈦合金特點：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。佳工機電網鎂合金(MagnesiumAlloys)『鎂』質量輕，比剛性與比強度極佳，在金屬分別占第一位與第二位(比強度僅次于鈦)，是最輕的結構用金屬。近年來全球性的潮流，是節(jié)省能源與環(huán)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(yè)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℃、是屬于活性的金屬，具有高度自燃性。航空商品為AZ31B佳工機電網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(yōu)于鋁與鐵)。尺吋安定性高，不易因環(huán)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)?？刮g性佳、耐磨性佳。熱傳導性佳、可鑄性、可焊性佳、易加工。為新一代鋁合金的代替品。佳工機電網銅及銅合金銅是人類最早發(fā)現(xiàn)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(wěn)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，制成很薄的銅箔。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。佳工機電網黃銅(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α銅相對柔軟、具延性和易于冷加工。在室溫黃銅合金具高鋅含量并含α和β′相。β′相是有序BCC晶體結構且比α相更強硬；結果，α+β′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。佳工機電網銅及其合金-青銅（bronze）青銅是銅和數(shù)種其它元素包括錫、鋁、硅和鎳的合金。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(yōu)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。佳工機電網復合材料復合材料由基材(Matrix)及強化材復合而成基材：橡膠、塑膠、金屬、陶瓷強化材：粒子、短纖維、長纖維(連續(xù)纖維)、薄片、織布佳工機電網纖維強化橡膠(Fiberreinforcedrubber),FRR纖維強化塑膠(Fiberreinforcedplastic),FRP纖維強化金屬(Fiberreinforcedmetal),FRM纖維強化陶瓷(Fiberreinforcedceramic)FRC佳工機電網纖維強化橡膠天然樹汁液涂于布上輪胎佳工機電網纖維強化塑膠FRP高模數(shù)(modulus或稱彈性率)樹脂陸續(xù)研制成功，使復合材料的種類逐漸增多，應用范圍擴大。石墨纖維/環(huán)氧樹脂、克維拉纖維/環(huán)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復合材料的開發(fā)與實用化階段，并繼續(xù)發(fā)展至今。佳工機電網纖維強化金屬FRM將耐熱性、高模數(shù)、高強度纖維埋入金屬基材可以復合成耐熱性優(yōu)異的復合材料。FRM的加工比FRP困難。以致FRM產量的增加及應用范圍的擴大都比FRP緩慢。B/Al(棚纖維/鋁金屬)可作為結構材料。發(fā)展至近年能用于金屬復合材料的金屬有Al、Mg、Ti、Cu、Pb等，至于纖維有B、SiC、B4C/B、SiC/B。佳工機電網纖維強化陶瓷FRC陶瓷的弱點是脆性，優(yōu)點是耐高熱。陶瓷復合材料屬無機材料，其發(fā)展的歷史沒有塑膠復合材料的長久，應用范圍比塑膠復合材料