114 關務特考三等 機械工程(選試英文)科別 機械製造學（包括機械材料） 考古題詳解

核心觀念

流動性（fluidity）是熔融金屬在凝固前流入並填滿砂模模穴的能力，通常以螺旋試棒中的流動長度作為比較指標。流動性受兩大類因素影響：熔融金屬特性與鑄造參數。作答時應分別列出三項，並說明各項增減時的影響方向。

解題方法

判斷各因素時，從「金屬能否持續流動」及「流動過程中熱量散失、是否提早凝固」切入。金屬本身的黏滯與凝固行為會限制流動；鑄造操作與模具條件則會影響金屬流速、熱損失及填模時間。

一、熔融金屬特性

1. 黏度（viscosity） 黏度愈高，熔融金屬愈不易流動，流動性降低。金屬冷卻時黏度上升，也會使流動逐漸受阻。

2. 表面張力（surface tension） 表面張力愈高，金屬表面愈不易展開與潤濕模壁，狹窄模穴也較難填滿，因此流動性降低。

3. 凝固方式與凝固範圍 合金若在較寬的溫度範圍內凝固，凝固過程中容易形成固液共存區，固相會阻礙液態金屬繼續流動，流動性通常較差。凝固前沿較平順、凝固範圍較窄的金屬，較能維持流動。

二、鑄造參數

核心觀念

本題考查合金鋼的二次硬化，以及鉬（$Mo$）如何透過碳化物析出與回火反應，使鋼材在高溫回火後再次增硬。

二次硬化是指：淬火鋼在回火升溫過程中，硬度通常先隨回火軟化而下降；但在特定較高回火溫度範圍內，硬度又出現峰值或明顯回升的現象。這種回硬通常與細小合金碳化物析出有關。

解題方法

解題時可分兩步說明：

1. 界定現象：指出硬度不是淬火後一路隨回火溫度升高而下降，而是在高溫回火階段再次上升，這就是二次硬化。
2. 說明 $Mo$ 的作用：從合金碳化物的形成、析出與細化，以及其對回火軟化的抵抗能力，連結到硬度回升。

含 $Mo$ 的鋼經淬火後，回火時可析出細小、分散的鉬系合金碳化物；這些析出物阻礙差排移動，形成析出強化，使硬度在高溫回火階段提高。$Mo$ 也有助於延緩碳化物粗化及基體軟化，因此二次硬化效果較明顯。題目所述含碳量 $0.3\%$ 的鋼添加 $3\%$ 以上 $Mo$，即是在指出有利於此類合金碳化物析出與二次硬化的合金成分條件。

核心觀念

深引伸是將平板金屬胚料置於凹模上，以沖頭將其壓入凹模，使胚料由法蘭區流入模穴而形成杯狀或盒狀零件。製程中，胚料同時受到拉伸、彎曲與反彎曲；胚料各處的金屬流動若不均勻，或沖頭、凹模與壓料力等條件不合適，就會產生缺陷。

解題方法

依缺陷外觀與受力成因分類，列出深引伸最常見的四種缺陷，並說明其形成原因：

1. 皺摺（wrinkling） 常出現在杯口法蘭或側壁。胚料法蘭區受圓周方向壓縮，若壓料力不足，或胚料太薄、法蘭未受充分支撐，就容易失穩起皺。壓料力過大則會妨礙材料流入模穴，增加拉伸負荷。

2. 破裂或撕裂（tearing） 常發生於杯底與側壁交界處、側壁或沖頭圓角附近。沖頭拉動胚料時，若材料流動受阻，局部拉伸應力超過材料強度便會破裂。常見原因包括壓料力過大、沖頭或凹模圓角太小、模具間隙不當、潤滑不足、引伸比過大，以及材料延性不足。

核心觀念

積屑刀口（Built-up Edge, BUE）是切削時，工件材料因高壓與摩擦黏附、焊著在刀具前刀面或刃口附近所形成的堆積層。它容易出現在延性材料及偏低的切削速度下。積屑刀口會改變刀刃幾何形狀，剝落時也可能拉傷加工表面或損傷刀刃，因此須減少刀具與切屑間的黏著及摩擦。

解題方法

以「提高切削區溫度、減少刀具與切屑間摩擦、降低材料黏附機會」為切入點，可列出下列四種常用方法：

1. 提高切削速度：切削速度提高後，切削區溫度上升，工件材料較不易在刀刃附近黏著堆積，因而降低 BUE 傾向。