常用材料规格成份[1].硬度.热处理.特性简述

-常用材料目錄金屬材料有色金屬及其合金第一節鋁及其合金第二節銅及其合金機械材料的規格及選用1-2材料的規格1-3常用的材料編號1-4材料的選用合金鋼及特殊鋼1-1-1鋼中主要合金元素的功用1-1-2 合金鋼的分類鋼材性能用途金屬的腐蝕1-2腐蝕的意義1-3影響金屬腐蝕的因素1-4鋼鐵的腐蝕1-5防蝕的方法1-5-4金屬鈍化(陽極保護)熱處理名詞解釋常用五金材料硬度表非金屬材料常用材料簡述金屬材料有色金屬及其合金工業生産中,通常稱鋼鐵爲黑色金屬,而稱鋁,鎂,銅,鉛,鋅, 等及其合金爲有色金屬或非鐵合金,有色金屬及其合金的種類很多,雖然它們的産量和使用量總的來說不及黑色金屬多,但由於它們具有*些獨特的性能.而使成爲現代工業技術中不可缺少的材料,本章對在機器製造中廣泛使用的鋁銅及軸承合金等做一些簡要介紹.第一節鋁及其合金一、工業上廣泛使用的純鋁具有以下獨特性能和優點1鋁很輕,它的比重爲2.7,大約爲銅的1/3,鋁經常作爲各種輕質結構材料的基本組元.2導電性和導熱性較好,僅次於銀,銅和金,居第四位,室溫時,鋁的導電能力約爲銅的62%;若按單位質量算鋁的導電能力計算,鋁的導電能力爲銅的200%3塑性好(=80%),能通過冷或熱的壓力加工製成各種型材,如絲,線,箔,片,棒,管等,這種特性與鋁具有面心立方晶格結構有關,4耐大氣腐蝕性能好,因爲鋁的表面能生成一層緻密的氧化鋁薄膜它能有效地隔絕鋁和氧的接觸,而阻止鋁表面的進一步氧化.5強度很低(b=80100MN/m2),冷變形後加工硬化後強度可提高到b=150250 MN/m2),但其塑性卻下降到=5060%)上述這些主要特性決定了工業純鋁的用途,它適宜製作電線,電纜,以及要求具有導熱和護大氣腐蝕性能而對強度要求不高的一些用品或器皿.工業純鋁不象化學純鋁那樣純,它或多或少含有雜質,最常見的雜質爲鐵和矽,鋁中所含雜質的數量愈多,其導電性,導熱性,大氣腐蝕性以及塑性就愈低.我國工業純鋁的牌號是依其雜質的限量來編制的,如L1.L2,L3等,(“”是“鋁”字中文拼音的字首，其後所附順序數位愈大，其純度愈低，)含鋁量在99.93%以上的高純鋁牌號表示爲L0104),其後所附順序數位愈大,其純度愈高,如L04在含鋁量不小於99.996%.二、鋁合金概述鋁與矽銅，鎂，錳，等合金元素所組成的鋁合金具有較高的強度，能用於製造承受載荷的機械零件鋁合金不僅可以通過冷變形加工硬化的方法提高其強度，還可以通過熱處理時效硬化方法進一步提高其強度時效硬化：將含的銅鋁合金加熱到相區中*一溫度，經過一段時間保溫，使獲得單一的固溶體組織，而後投入水中快冷淬火，使次生相CUAL2來不及從相中析出,結果在室溫下獲得過飽和相固溶體組織,這種處理方法常稱爲固溶處理.經固溶處理後的含4%CU的鋁合金,測得其強度爲b=250MN/m2,比處理前雖然有所提高,但數值仍較低,若將此合金在室溫下放置45天後再測其強度,則發現它的強度比固溶處理狀態有進一步提高, b可達400MN/m2.這種固溶處理後的合金隨時間延續而發生進一步強化的現象稱爲“時效強化”在室溫下所進行的時效稱爲自然時效，在加熱條件下所進行的時效稱爲人工時效從圖中可發現，含的鋁合金自然時效的曲線，時效強化並不是在時效一開始就發生的，而是有一段“孕育期”；時效強化開始後，在小時內強化速度最快，經過晝夜就達到了最高值。簡單鋁矽合金Al-Si鑄造性能好,機械性能低,特殊鋁矽合金鑄造鋁合金鋁銅鑄造合金鋁鎂鑄造合金鋁的分類防銹鋁:AL-Mn和Al-Mg抗蝕性好,強度低,壓力加工性好,焊接性好.LF21,LF5,LF11硬鋁Al-Cu-Mg 機械性能好.耐蝕性差.LY1,LY3,LY11.Y13形變鋁合金超硬鋁:Al-Cu-Mg-Zn室溫強度最高,鍛造性能好.LC4,LC6鍛鋁：有L-Mg-Si-Cu和Al-Cu-Mg-Fe-Ni兩種機械性能好,鍛造性能好.LD5,LD7,LD10三:鑄造鋁合金用來製作鑄件的鋁合金稱爲鑄造合金.鑄造合金要求有良好的鑄造性.能,爲此在鑄造鋁合金中必須有適當數量的共晶體. Cu,Mg,Mn.Si,Zn等常見合金都能與鋁形成共晶相圖.但是在Al-CU系.AL-Mg系和AL-Mn系中形成的都是含有化合物的共晶體,它們都爲硬脆,隨著這些共晶體的出現合金性能迅速變壞,因而Al-Mn合金在含Mn量大於1.5%2%時不能用作鑄造鋁合金;Al-Cu和Al-Mg合金雖然可以用作鑄造合金但其中的共晶體含量不是很多,固此這兩種合金的鑄造性能都很差.Al-Zn系中雖然也能生成共晶體,但Zn含量必然很高,因此實際已不是Al合金,還是Zn合金,只有Al-Si系中共晶具有很好的機械性能和鑄造性能.在Al-SI合金中隨共晶數量的增多,機械性能和鑄造性能也隨著增加,(一) Al-Si系鑄造鋁合金Al-Si系鑄造鋁合金稱爲矽鋁明,其中不含其他合金元素的稱爲簡單矽鋁明,除矽外沿含有其他合金元素的稱爲特殊矽鋁明,1:簡單矽鋁明簡單矽鋁明中含有1113的Si,鑄造後得到幾乎完全的共晶體組織,因而這種合金的流動性很好,鑄件發生熱裂的傾向小.但是,鑄造的緻密度不高,這是由於合金的吸氣性很高,結晶時能生成大量分散氣孔,因而使鑄件的收縮率減少的原因,所以這種合金適於鑄造形狀複雜但緻密度不高的鑄件.對於緻密度要求較高的鑄件,應當消除氣體或採用壓力鑄造.四:形變鋁合金(一) 防銹鋁合金防銹鋁合金中主要合金元素是錳和鎂.這類合金鍛造退火後是單相固溶體,故抗蝕性能高.塑性好.錳在鋁中能通過固溶強化提高鋁合金的強度,但其主要作用是能提高鋁合金的抗蝕性能.所以各種含錳的防銹鋁均具有比純鋁更好的抗蝕性,鎂對鋁合金的抗蝕性損害較小,而且具有較好的固溶強化效果,特別是能使鋁的比重降低,使製成的零件比純鋁還輕,如LF5和LF11.在航空工業上防銹鋁合金應用甚廣,宜於製造承焊接的零件,管道,容器以及鉚釘等.各種防銹鋁金均屬於熱處理強化的鋁合金,若要求提高合金強度,可施以冷壓力加工,使它産生加工強化.(二) 硬鋁合金由表8-6可知,硬鋁基本上是Al-Cu-Mg合金,還含有少量的錳,加入銅和鎂是爲了形成強化相相及S相.錳的加入主要改善合金的抗蝕性,也有一定的固溶強化作用,但錳的析出傾向性小,但不參與時效過程.1:低合金硬鋁俗稱鉚接硬鋁,它含合的含量較低,特點:具有良好的塑性,但強度較低,可進行淬火自然時效,這類合金的時效速度較慢,這恰好爲合金淬火進行鉚接創造了條件,2:標準硬鋁這類合金是最早的硬鋁,其中含有中等數量的合金元素,可進行淬火自然時效,由於強化相數量圖,因而強化效果較高,在硬鋁中的強度,塑性和抗蝕性均屬於中等水平,故這類金主要用於製作半成品,如軋材,鍛材,衝壓件等,也可以製作螺旋槳的葉片及大型鉚釘等重要部件.3:高合金硬鋁:特點:較多的Cu,Mg合金元素,具有更高的硬度和強度1性差, 2溫度較窄(三) 超硬鋁合金超硬鋁合金是Al-Cu-Mg-Zn系合金,這是強化最高的一種鋁合金缺點:抗蝕性差(四) 鍛鋁合金鍛鋁用於製造形狀複雜的大型鍛件的鋁合金.它應具有良好的鑄造性能,良好的鍛造性能和較高的機械性能.第二節銅及其合金一.紫銅紫銅就是工業純銅.它的熔點是1083.密度8.9g/cm3,大約是鎂的5倍,比鋼還重15%,其本質是玫瑰紅色,由於其表面經氧化後爲紫色,故稱其爲紫銅.紫銅是一種逆磁性物質,其磁化係數爲負數.因此銅常用來作各種儀器和機件不受外來磁場的干擾.這一特性在製作各種磁學儀器.定缶儀器和其他防磁器械時,具有重要的意義.純銅的優點是導電性及導熱性好,導電性在各種元素中僅次於銀而居於第二位,故純銅的主要用途就是製作電工導體.在力學和工藝性能而言.純銅的特點就是具有極好的塑性.可以承受各種形式的冷熱壓力加工,因此銅製品大多是經過適當形的壓力加工製成的.在化學性能方面,銅是一種穩定的金屬.純銅在大氣,水,和水蒸氣,熱水中基本上不遭受腐蝕,在硫酸和SO2或海洋性氣體中銅能後成一層結實的保護膜,腐蝕速度也不太大,但銅在硝酸和濃硫酸等氧化性的強酸以及氨鹽和氨的抗蝕性很差,在海水中也會腐蝕,在冷變形過程中,其會發生明顯的加工硬化現象,當冷變形程度超過40%時,其強度會從240MN/m2升高到400500MN/m2而韌性會明顯下降.利用這一特性可提高銅製品的強度.冷變形其導電率降低不多,(約2.7%)二.黃銅(一) 黃銅的組成含鋅量低於50%,以鋅爲唯一或主要的合金元素的銅合金稱爲黃銅.從根本上說,黃銅就是銅鋅合金.在銅鋅合金中,鋅合金的含鋅量不能大於36%.因爲在爲36%時,其電子濃度爲1.36,達到了這種固溶體的極限濃度.工業黃銅中,其黃銅含量一般不會大於47%,所以黃銅又稱爲單相黃銅和雙相黃銅.(二) Zn的含量對黃銅性能的影響.黃銅的含鋅量對其強度和塑性具有很大的影響. (1):當黃銅處於狀態時,黃銅的強度和韌性隨含鋅量的增加而增加.,到30%32%時達到延伸率達到最高值,而強度則繼續增加, (2)當黃銅處於狀態時,a. Zn46%時,其強度隨含鋅量的增加而減少黃銅的鑄造性能也很好,由於銅鋅合金的結晶溫度間隔很小.因而黃銅的流動性也很好.偏析傾向小,尤其是含鋅量小於10%和大於38%時鑄造性更明顯.黃銅的抗蝕性能也不錯.與紫銅相近.(三) 黃銅的編號及應用黃銅根據合金中有沒有鋅可分爲:簡單黃銅和複雜黃銅1.簡單黃銅:合金中只含有鋅不含其他合金元素的黃銅稱爲簡單黃銅簡單黃銅的牌號由“”（“黃”的中文拼音字頭）起首後面是表示合金中含銅百分數的兩位元數位例如，即表示含銅的黃銅若屬於鑄造簡單黃銅，則再冠以“”字例如等.複雜黃銅:除鋅以外還含有一定數量的其他合金元素的黃銅稱爲複雜黃銅或特殊黃銅加入合金元素的目的是爲了改善黃銅的機械性能抗蝕性或*些工艺性能常加入的合金元素有鉛，錫，鋁，錳，鐵，鈷，鎳等複雜黃銅的表示方法;代號+“”主加元素銅含量黃銅中加入合金元素後，並不生成新的相，而只是影響,相的數量對比，其效果與增加鋅的含量差不多實用中提出了各種合金元素的鋅當量係數的概念即加入的合金元素的在對組織上的影響上相當於加入百分之幾的鋅的換算量元素矽鋁錫鉛鐵錳鎳值10124210.90.5-1.3-1.7機械材料的規格及選用1-1前言規格(Specification)是産品需求的敍述，也是資料技術溝通的依據。爲了適合*一種特別的用途，生産者當然必須促使産品能夠符合需要，這樣就有規範的存在必要。而隨著工業化程度的提高及國際間貿易往來的趨勢，産品的流通愈來愈頻繁，爲了增進效率及提供産品零件的互換性，工業規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格，以作爲生産者及使用者依循的規範。完備的規格應具有以下資料的敍述: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.定性敍述(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化的發展而有不同的工業規格，例如：美國的ANS(美國國家標準)、日本的JIS(日本工業標準)、德國的DIN(德國工業標準)等。而在針對機械材料規格方面，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格的重要目的，所以本章最後舉例說明，如何在産品需求及相關考慮之下，選擇適當材料。1-2材料的規格一種機械材料的規格最主要可以由：材料的種類、成份和機械性質來說明。而爲了標準化起見，材料必須經由一套嚴謹的試驗規範，確保其可靠度。世界各國都有其材料試驗的標準程式，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：說明規格部份不合規定的試片，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：本標準規定非鐵金屬材料檢查一般事項檢驗部份：規定有關外觀、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格與規定不合，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爲主，再輔以機械性質(如第七章部分材料的規格敍述)。由於材料範圍很廣，因此本章內容，主要以鋼鐵材料的編號爲主，另外輔以部分非鐵金屬及非金屬材料來做說明。在工業上，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，在我國較常用的規格有三種：中國國家標準(CNS)、日本工業標準(JIS)、美國鋼鐵學會美國汽車工程師學(AISI-SAE)。另外德國工業標準(DIN)和美國統一標準編號(UNS)相關業界有時也會採用。而其他還有常見的各國規格名稱。1中國國家標準(CNS)（1）鋼鐵的規格中國國家標準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：第一部分爲材質，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。第三部分爲該材料之種類號碼，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，通常以三位元數位表示。例：SCM 420 表示鉻鉬鋼中編號420的材料TB 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別。常用於建築結構用等不須規定含碳量鋼料的場合。注：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符號順序爲鋼之主要合金元素、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，第一群爲鋼料爲改善其性質(例如切削性)所添加的特殊元素（例）改善切削性之添加元素基本鋼附加符號鉛添加鋼L硫添加鋼S鈣添加鋼U第二群爲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特性附加符號硬化能保證鋼H表面硬化用鋼K（例） S 30 C：碳鋼，含碳量0.30S 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）鋁及鋁合金的規格鋁及鋁合金之種類及符號系依CNS 2068 H3021之規定，適用範圍爲鍛鋁、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)之合金種類及煉度符號。鍛鋁合金之編號依其合金成分，共分1*8*系，另有9*系爲備用，鑄鋁合金之規格亦分1*9*九系，其中6*系爲備用，這些已如第九章所述。而所謂”煉度”系指”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分”。煉度符號又分爲基本符號與細分符號。基本符號爲一字英文字母(大寫)，細分符號爲一位元數位或多位數字組合並附在基本符號之後。a基本符號鋁合金的煉度基本符號分爲四種。b細分符號鋁合金煉度之基本符號H及T之細分符號，依下列規定。鍛鋁合金的編號及化學成分。2日本工業標準(JIS)JIS是Japanese Industral Standard 的簡稱，JIS對於鋼鐵材料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：第一部分爲材質，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。第三部分爲鋼料的種別，以1,2,3來表示。此外如果需要，可將材料的加工方法、熱處理方式等附注於後，加工方法例如:D(Drawing)抽制、G(Grinding)研磨、T(Turning)車削、E*(E*truded)擠制。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)數目字爲記號來分類。其中第一位數，表示鋼料的種類，如：鎳鋼爲2、鎢鋼爲7。第二位元元元數，爲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、伍位元數位)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。鋼種編號鋼種編號碳鋼1耐熱鋼30普通碳鋼10鉬鋼4易削鋼(加硫)11Cr(0.7)41錳鋼13Ni-Cr43鎳鋼2Ni(1.75)460.50Ni20鉻鋼51.50Ni21Cr(1.0)513.50Ni23Cr(1.5)52鎳鉻鋼3鉻釩鋼61.25Ni0.6Cr31鎢鋼71.75Ni1.0Cr32鎳鉻鉬83.50Ni1.5Cr33矽錳鋼9（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範，它的特色主要是針對産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規範，並以前置S表示。 ASTM表示法:首位字母表示意義A鋼鐵類B非鐵金屬類C一般測試法例如: 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(Class)來區分。Grade主要敍述其化學性質，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 UNSUNS是Unified Numbering System 的簡稱，在1974年爲ASTM及SAE 聯合制定，UNS 本身只是一種編號，而非規格，它將金屬分爲17個系列編號並與原有的體系配合，例如： UNS G10*0 = SAE 10*，而有索引、整合、參考的意義，因此而稱統一編號系統。4德國工業標準(DIN)DIN並不是英文，而是德文Deutsch Industriell Norm的縮寫，德國工業標準中鋼鐵材料的規格是在DIN 17006，補充說明在DIN 17007，1974年改爲 ISO制，以 EURONORM 27-74替代。以英文字母和數位元來敍述其特徵，字母規定鋼鐵種類、冶煉方法、合金材料、處理情況等、數位則規定鋼鐵材料的、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0.6C的碳鋼。另外也有抗拉強度及其它表示法，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，抗拉強度爲40kg/mm2。（2）高級鋼料及低合金鋼以其主要合金元素和含量爲標記，但在其中第三部分含量，爲避免小數點出現，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:合金元素含量合金元素倍數Cr、Co、Mn、Ni、Si、W4Al、Be、Pb、Cu、Mo、Nb、Ta、Ti、V10P、S、N、Ce、C100B1000例如:含碳量0.34含鉻量1的鋼材，表示爲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*，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，表示爲*12CrNi18 8同理 *10CrNi1810 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)爲主標記外，(1)(2)(4)(5)分別表示:熔煉方式、産品特性、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，另外加上其他字母來表示種類，隨後之標示與鋼的編號相同，如表1所示。例如:GS-C30爲鑄鋼，含碳量0.30 G-*120Mn12表示含碳量1.20的鑄鐵，含錳量12。表1 德國工業標準DIN 之鑄鐵分類GS = 鑄鋼GG = 一般灰鑄鐵GGL = 片狀石墨鑄鐵GGG = 球狀石墨鑄鐵GT = 一般展性鑄鐵GTS = 展性灰鑄鐵GTW = 展性白鑄鐵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。一項産品在選用材料時，會因使用場合(例如：強度的要求、環境的因素、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)材料的規格要符合使用的需求選擇材料最基本的考慮，就在滿足産品的特性及要求，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。因爲優秀的材料如果價格高昂，産品的成本勢必提高，競爭力就會降低。因此如果材料不是唯一的選擇，那麽價格合理的同級材料或以開發新産品替代都是不錯的解決方案。(三)材料的品質要一致産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産的東西，材料的供應就必須穩定而且品質一定才行，否則因産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爲宜，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，但被認爲偏析、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點，因此目前鑄件占較有利的趨勢。1-4-3應用實例(一)引擎材料的選用機械産生動力來自於引擎，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.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.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)的發展，使得鑄造品在中小型汽車上也占一席之地。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.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産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，其後因爲腐蝕問題而改用不銹鋼，至今更因爲鈦的輕量化、高強度比且耐蝕而再度取代。近年來由於航太工業，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，爲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規格(Specification)是産品需求的敍述，也是資料技術溝通的依據爲了增進效率及提供産品零件的互換性，必須制定的規格，以作爲生産者及使用者依循的規範。2在工業上，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，在我國較常用的規格有三種：中國國家標準(CNS)、日本工業標準(JIS)、美國鋼鐵學會美國汽車工程師學會(AISI-SAE)。另外德國工業標準(DIN)和美國統一標準編號(UNS)相關業界有時也會採用。3CNS之鋼鐵材料的編號，主要由下列三部分組成：第一部分爲材質，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)。第三部分爲該材料之種類號碼，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，通常以三位元數位表示，常用於建築結構用等不須規定含碳量鋼料的場合。4AISI和SAE以四個(或五個)數目字爲記號來分類。其中第一位數，表示鋼料的種類。第二位元元元數，爲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、伍位元數位)代表含碳量。鋼種編號鋼種編號碳鋼1耐熱鋼30普通碳鋼10鉬鋼4易削鋼(加硫)11Cr(0.7)41錳鋼13Ni-Cr43鎳鋼2Ni(1.75)460.50Ni20鉻鋼51.50Ni21Cr(1.0)513.50Ni23Cr(1.5)52鎳鉻鋼3鉻釩鋼61.25Ni0.6Cr31鎢鋼71.75Ni1.0Cr32鎳鉻鉬83.50Ni1.5Cr33矽錳鋼95材料選擇的考慮因素主要有：(一)材料的規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.瞭解其他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*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爲切削刀具，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，也稱爲特殊鋼材料行。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，其他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，就成爲合金鋼。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，成爲耐蝕鋼。加入18%鎢、4%鉻、1%釩時即爲高速鋼。除用途外，合金鋼也可依加入元素種類來區分。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爲三元鋼，例如：鎳鋼、鉬鋼等。加入二種元素稱爲四元鋼，例如：鎳鉬鋼，其餘依此類推。如果以合金含量來區分，合金鋼中合金元素的總含量在6%以上稱爲高合金鋼，合金元素總含量在6%以下稱爲低合金鋼。有些埸合會將合金量在1.5%5.5%之間的，再細分爲中合金鋼，而以1.5%以下者爲低合金鋼，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爲碳化鎢，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錳亦爲鋼中重要元素，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爲最顯著。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爲重要。 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 鈷爲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，故爲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硫在鋼中爲有害之雜質，硫與鐵化合成爲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0.050.30%。 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，可用爲脫酸性。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，就用途來區分，合金鋼大致可以分爲一般構造用合金鋼和特殊鋼。構造用合金鋼是使用于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，通常用於不需焊接場合的強韌機件，稱爲熱處理用中合金鋼(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 合金鋼的用途分類鋼種主要合金用途構造用合金鋼高強度低合金鋼低Mn、低Si-Mn汽車車身、構造用機件、船體熱處理用中合金鋼(強韌鋼)Ni、Cr、Ni-Cr、Cr-Mo、Ni-Cr-Mo曲柄軸、螺栓、齒輪、大型軸表面硬化鋼滲碳鋼Ni、Ni-Cr、Cr-Mo、Ni-Cr-Mo齒輪、汽車工業變速箱、差速器氮化鋼Al-Cr、Al-Cr-Mo、Al-Cr-Mo-Ni、汽缸套、車床主軸、銑床零件特殊鋼工具鋼切削用鋼W、Cr-W、Cr-Mn牙攻、車刀、銑刀耐衝擊用鋼Cr-W、Cr-W-V沖頭、鉚釘具耐磨用鋼高C-高Cr、Cr-W、Cr-Mo-V號規、拉線模、整緣模具熱加工用鋼Mn、Cr-W-V、Ni-Cr-Mo、Mn-Cr熱輥軋模、壓鑄模耐蝕鋼不鏽鋼Cr、Cr-Ni食具、外科刀具耐酸鋼Ni、Cr-Ni、高Si化學工業耐熱鋼Cr、Cr-Ni、Si-Cr、Cr-Al進氣閥、排氣閥、輪機葉片彈簧鋼Si-Mn、Si-Cr、Cr-V車輛、鐘錶及各式彈簧軸承鋼高C高Cr、高C-Cr-Mn球軸承、滾軸承等非摩擦式軸承電氣用鋼非磁性鋼(避磁鋼)Ni、Cr-Ni、Cr-Mn輸配線支撐、羅盤外殼磁性鋼Si(矽鋼)變壓器鐵心磁石鋼Cr、W、Cr-W-Co永久磁鐵超高強度鋼高Ni、Cr-Ni-Mo、Ni-Co鋼梁、飛機骨架1-2構造用合金鋼構造用合金鋼是指使用在構成機械的零件或建築土木等各項工程結構上的鋼料，例如：大型機械軸、壓力容器、高層建築、橋梁鋼架或高強度螺栓、齒輪等。這些場合所需要的材料特性爲：較高的抗拉強度、伸長率、衝擊值、疲勞限度等，同時也需要具備良好的鑄造、鍛制、切削或焊接的能力，以符合應用上的需要。實用上，構造用合金鋼由於使用的場合不同，一般區分爲非熱處理型和熱處理型兩類，前者大多是屬於低含碳量和低合金量，構成之後也無法再實施熱處理，大多用於車架或車箱、火車及船體，它包括高強度低合金鋼、易切鋼等。後者多屬於熱處理用中合金鋼，大多用於機械元件例如：曲柄軸、高強度螺栓等，其中加入合金元素，主要是可以增進鋼的硬化能及降低質量效果，而經由熱處理則可以得到更強韌的機械性質，這類鋼料包括鎳鋼、鉻鋼、鎳鉻鋼、鉻鉬鋼、鎳鉻鉬鋼等。1-2-1高強度合金鋼(HSLA Steel)高強度低合金鋼主要是替代在構造上使用的低碳鋼，由於工程結構上使用的鋼料大多需要焊接，如果使用高碳鋼，容易使焊道在焊接冷卻時産生淬火脆化的麻田散鐵組織，因此爲避免材料因熱影響而轉劣，必須使用較低含碳量但強度較高的材料，高強度低合金鋼就是一此要求而發展出來。這種鋼料是將少量特殊元素固溶在鋼中，尤其是在低碳鋼中占絕大部分的肥粒鐵基地，使之強化而改變鋼的機械性質，增進其機械強度。由於大型結構物焊接完成之後都難以熱處理，所以在正常化或是軋延狀態就要有高強度，也就是以固溶的方式在製造材料時就已完成強化。高強度低合金鋼的種類很多，一般抗拉強度必須在50kg/mm2以上，高強度低合金鋼的分類通常是以機械性質如：抗拉強度、降伏強度、延伸率等區分，而不是以成份來區分。添加的元素爲以Mn、Si、Nb、V、N影響較大，Co、Cr的影響較小。高強度低合金鋼由於強度高出普通碳鋼甚多，因此對於同樣的負荷而言，可以使用較小的斷面，因而整體重量也可以減輕。使HSLA鋼之強度增強的方法，除了加入少量的合金元素，在軋鋼廠中經由特殊的軋延及冷卻過程中也可以加入。具備良好加工成形性的HSLA鋼除了特有的合金元素外，另外還加入有稀土金屬元素，例如：Ce、Nb、La等，此外，如: Co、V、 Ti也有效果。制程方面，也可由降低加工硬化的速度或降低對應變速度、微化晶粒等來改進加工成形性。加工成形性的需求，主要是爲了適應諸如：汽車、船舶等結構成形的需要。早期HSLA鋼在耐蝕性表現甚佳，但是爲了改善加工成形性，因而必須犧牲一些防蝕能力，以換取較佳的成形性，又由於HSLA 鋼所做成的機件比由普通碳鋼所做成的機件更薄，因此一旦生銹，氧化的鏽層會使HSLA鋼能承受荷重的斷面大受影響。因此需加入像Cu 等能改進大氣耐蝕性的元素進行，但由於會增加成本，因此後來的作法，是在HSLA鋼之表面鍍鋅或其他防銹的表面處理，以增加其耐蝕性。HSLA鋼在汽車工業的應用上，它不但可以取代傳統的普通低碳鋼，也更可以使用較薄的斷面而不致於降低強度、耐蝕性及抗拉強度，目前小汽車所使用的高張力鋼板就屬於HSLA鋼，其厚度約在0.6mm或更厚。其他如：貨車、營建機械和其他重噸位車輛皆可使用HSLA鋼的薄板或厚板來做車架或車體構件。用於這些用途的HSLA之鋼板原大致爲1.5mm或更厚。構造用HSLA鋼，且可用於沿海之鑽油機、電力輸送機、火車及船體。1-2-2易切鋼(Free-machining steel)易切鋼是爲了改善切削性和切削加工表面而發展的一種鋼料，主要使用於在強度較低的小型零件。由於經濟及迅速切削的需求，加上自動切削機械的發展，因此在不特別要求強度的小型零件，就可以採用此種鋼來製造。改善鋼切削性的方法有：在鋼中加入合金元素，以弛力退火減少殘留應力或調整顯微組織的性質等，而易切鋼主要就是在鋼中添加磷、硫、鉛等合金元素的方法。加硫0.10.25%的易切鋼稱爲硫易切鋼，加鉛0.10.3%的易切鋼稱爲鉛易切鋼。由於加硫可以與鋼中的錳形成MnS，使得切屑變小且沒有黏滯性，因此可以改良切削性，添加磷可以使鋼質變脆，可以增加切削加工面的光滑度，加鉛也可以使切屑變小，並有潤滑作用，但由於硫及磷對機械性質有害，因此這種鋼料多用在不重視強度的螺絲及螺帽等。此外，如鈣Ca、碲Te、硒Se、鉍Bi也都有改善切削性的功能，Ca易切鋼是煉鋼時用Ca脫氧，其能形成易切的原理與S、P和Pb不同，Ca易切鋼是脫氧時的生成物，在切削時熔著於切刃邊，能産生減少磨擦的作用，而且具有保護刀具，增加刀具壽命的功能。1-2-3熱處理用合金鋼上一節曾經提到，在肥粒鐵基地中加入合金元素，可以改良在正常化狀態使用的鋼之性質，但是如果要更充分的發揮這一類合金鋼的機械性質，以得到更高的硬度、強度和韌性，就應該實施淬火及回火處理，只是由於大型結構物可焊性的要求和不易實施熱處理的特性，因此合金元素的作用主要是在固溶於肥粒鐵，而達到強化的目的(這樣的方式稱爲固溶強化)。熱處理用合金鋼大多是應用於機械構成的零件，例如：曲柄軸、齒輪、強力螺栓、鍵、銷等，這些元件注重強度，而且接合的方式也大多不使用焊接，因此假如能利用熱處理，使這一類合金鋼形成回火麻田散鐵的組織而加以應用，就可以得到兼具強、韌的效果。熱處理用合金鋼就是在碳鋼中加入合金元素，並且經由熱處理而可以得到強韌性質的鋼料，因此也稱爲強韌鋼。碳鋼如果用於構造上有兩個主要的缺點：一是硬化能較差、質量效果大，另一是回火時機械強度降低甚大。前面提過，硬化能是指淬火後，距離淬火端硬度降低的程度。質量效果是指當尺寸較大的零件，在淬火時其中心部份得到硬化效果的難易程度。質量效果大的材料，淬火時中心的硬度降低甚快，這樣的現象在碳鋼比較顯著。而如果碳鋼中加入了特殊元素，恒溫變態曲線(S曲線)就會右移，如此在相同的冷速下，中心也可以得到相當的硬度。因此加入適當的合金元素就可以使鋼料容易得到淬火的效果，增高硬化能而減少質量效果。其次，*些特殊元素不但可以改善硬化能，發揮淬火的效果，在回火處理時也可以減少硬度、強度受到的影響，即使回火到較高的溫度，也可以得到強度及韌性高的組織。現在我們已經暸解，在構造用合金鋼中加入合金元素的目的，主要是增進硬化能及抵抗回火軟化。在合金鋼所加入的元素中，Cr、 Mn、Mo的效果較大，其次是Ni，由於Ni的價格較高，因此如果只爲減小質量效果或增加硬化能，就不需要添加Ni，而添加價格較低且效果好的Mn、Cr、Mo。合金元素對硬化能的影響，大致可以由硬化能倍數(multiplying factor)看出，硬化能倍數大的元素，增加鋼的硬化能也愈大。許多合金元素如P、Si對於鋼硬化能也有助益，但是有其添加的限制，所以並不適合。在鋼中添加Si也可以減緩回火軟化的現象，但是與Cr或Mo比較就可以發現，添加Cr或Mo除了使回火軟化減緩之外，在較高溫回火的情況下，還會産生二次硬化的現象，而使硬度能夠再度上升。這種二次硬化的現象，在鎢W、釩V等元素也有類似的現象，W、V是合金工具鋼的重要元素，二次硬化的現象對於工具鋼會産生特殊的切削效果，這一部份將在下一節詳細說明。熱處理用合金鋼，因其使用目的的不同，所添加的合金元素和合金含量也不同，常用的熱處理用合金鋼有：鎳鋼、鉻鋼、鉬鋼、鎳鉻鋼、鉻鉬鋼、鎳鉻鉬鋼等。要特別注意的是，即使在這裏合金元素的種類與隨後要說明的*些特殊鋼(例如：不銹鋼)類似，但含量較少，所以效果也不一樣。1Ni鋼鋼中添加鎳可以增加鋼的強度，但是在淬火硬度上並沒有很大的改善，同時在回火軟化的抵抗性質上也並沒有明顯增加，加上鎳的價格較高，因此單純加鎳的鎳鋼最近已不常用，Ni鋼在鋼料編號上是屬於SAE 2*系，JIS對鎳鋼則不作規定。Ni鋼中鎳的添加量約爲35%，主要優點是可以增加鋼的低溫強度降低鋼的轉脆溫度(Transition temp.)，同時也可以作爲滲碳用鋼。2Cr鋼碳鋼中加入1%鉻左右，可以增加鋼的硬化能和回火軟化