110 臺灣菸酒招考評價職 鍋爐 機械材料 考古題詳解

核心觀念

青銅（Bronze）是以銅（Cu）為主要成分，並以錫（Sn）為主要添加元素的銅合金，典型組成為銅－錫合金。古代青銅器常以此類合金製造，具有比純銅更高的硬度、強度與耐磨性，也較適合鑄造成形。

本題考查常見銅合金的種類與組成：

• 青銅：銅－錫合金，Cu-Sn
• 黃銅：銅－鋅合金，Cu-Zn

因此，古代青銅器的主要金屬組成為銅和錫。

解題方法

看到「青銅」一詞，直接連結其材料定義：

再與各選項比對，即可判定正確答案為銅和錫。

核心觀念

本題考查金屬材料的導電性比較。導電率通常以 $\sigma$ 表示，與電阻率 $\rho$ 互為倒數：

因此，金屬的電阻率越小，導電率越高。

在常溫、純金屬且比較條件相同下，常見金屬的導電率排序為：

其中銀的電阻率最小，因此導電率最高。

解題方法

直接依金屬材料的標準導電性排序判斷即可。常溫下各金屬的典型電阻率約為：

由於 $\sigma=1/\rho$，電阻率最小的銀，其導電率最高。

核心觀念

本題考查金屬塑性加工方法與成品機械性質的關係，重點在於判斷何種加工最能使零件具有高強度與耐衝擊性。

鍛造是利用壓縮力使金屬在固態下產生塑性變形，常以模具使材料成形。鍛造具有下列優點：

• 可壓實金屬內部孔隙與疏鬆。
• 可使金屬纖維流線沿零件外形分布。
• 可減少鑄造缺陷對強度的不利影響。
• 可提高疲勞強度、韌性與耐衝擊性。
• 適合製造承受高負荷或衝擊負荷的零件。

其中，「纖維流線」是鍛造件具有優良機械性質的重要原因。若零件形狀與受力方向配合得當，纖維流線可沿主要受力方向分布，使零件較不易因裂紋擴展而破壞。

解題方法

題幹的關鍵字是「強度大」與「耐衝擊」。判斷塑性加工法時，應優先選擇能夠：

1. 改善材料內部組織；
2. 減少孔隙、疏鬆等缺陷；
3. 形成有利於受力的金屬纖維流線；
4. 提高韌性與疲勞強度。

四個選項中，鍛造最能同時滿足上述條件，因此最適合製造齒輪、曲軸、連桿、螺栓、車軸等需要承受高負荷或衝擊的機械零件。

選項分析

(A) 鍛造：正確

鍛造以壓縮應力使金屬成形，能改善材料內部組織並使纖維流線沿零件輪廓分布。相較於鑄造件，鍛造件通常具有較高的強度、韌性、疲勞強度與耐衝擊性。

因此，對於需要高強度或耐衝擊的機械零件，鍛造是最適合的加工方法。

(B) 滾軋：錯誤

滾軋是利用旋轉滾輪對金屬施加壓力，使材料厚度減少或截面形狀改變，主要用於製造板材、棒材、線材、鋼軌及型鋼等半成品。

核心觀念

本題考查各種冶煉爐的主要用途，以及「生鐵、鑄鐵、鋼」在冶金流程中的區別。

鑄鐵通常含碳量約 $2.11\%\sim4.3\%$，鑄造工廠常將生鐵、廢鑄鐵及鋼屑等金屬料重新熔化，調整成分後澆注成鑄件。專門用於熔煉鑄鐵的設備為熔鐵爐，又稱沖天爐（Cupola furnace）。

解題方法

判斷各選項的主要冶煉對象：

• 以鑄鐵鑄造工廠的熔化、調質為目的：選熔鐵爐。
• 以鐵礦石還原、製造生鐵為目的：選鼓風爐。
• 以生鐵脫碳、製造鋼為目的：選轉爐或平爐。

題目問的是「能冶煉鑄鐵」的爐具，依鑄造現場的標準設備分類，答案為熔鐵爐。

選項分析

(A) 平爐

平爐（Open-hearth furnace）以火焰加熱爐料，主要用於將生鐵與廢鋼熔化並進行精煉，以製造鋼。其主要產品是鋼，不是鑄造工廠用來熔煉鑄鐵的典型設備，因此錯誤。

(B) 轉爐

核心觀念

金屬材料的性質可概分為：

• 物理性質：與材料本身物理狀態有關，例如比重、密度、熔點、熱膨脹係數、導電性等。
• 機械性質：表示材料承受外力、變形或破壞的能力，例如強度、硬度、韌性、延性、脆性、疲勞強度、抗拉強度等。

本題要求判斷「非屬一般金屬材料的機械性質」，只要辨認各選項所代表的材料性質分類即可。

解題方法

判斷依據是該性質是否與材料承受外力及抵抗變形、破壞的能力有關：

• 若與重量、體積、熱、電、磁等基本特性有關，屬於物理性質。
• 若與拉伸、壓縮、彎曲、剪切、疲勞等受力行為有關，屬於機械性質。

「比重」是材料密度與標準物質密度的比值，反映材料的質量與體積關係，與承受外力的能力沒有直接關係，因此不屬於機械性質。

比重可表示為：

一般以水作為液體材料比重的比較基準。比重沒有單位，屬於物理性質。

選項分析

(A) 比重

比重是材料密度與基準物質密度的比值，主要表示材料的輕重程度。它不描述材料抵抗拉伸、壓縮、剪切或破壞的能力，因此屬於物理性質，非屬機械性質。本選項正確。

核心觀念

本題考查常見金屬的熔點高低。熔點是指物質由固態轉變為液態時的溫度，通常以攝氏溫度表示。

金屬熔點的高低，主要與下列因素有關：

• 金屬原子間的金屬鍵強弱。
• 晶格結構及原子排列的穩定程度。
• 原子間作用力及凝聚能大小。

金屬鍵越強，固態晶格越穩定，熔化時需要提供的能量越多，因此熔點通常越高。

解題方法

直接比較各選項金屬的熔點：

由數值可知：

核心觀念

本題考查鐵—碳合金依共析成分所作的分類。

在鋼的範圍內，碳含量以共析成分約 $0.8\%$ 為分界：

• 亞共析鋼：含碳量低於共析成分，約為 $0.02\%\sim 0.8\%$。
• 共析鋼：含碳量約為 $0.8\%$。
• 過共析鋼：含碳量高於共析成分，約為 $0.8\%\sim 2.11\%$。
• 含碳量超過約 $2.11\%$ 後，通常歸入鑄鐵範圍。

因此，題目所給的 $0.02\%\sim 0.8\%$ 正是亞共析鋼的含碳量範圍。

解題方法

直接以共析成分 $0.8\%$ 作為判斷基準：

題目指定含碳量介於 $0.02\%\sim 0.8\%$，其特徵是「低於或達到共析成分上限，但未超過共析成分」，故判定為亞共析鋼。

選項分析

核心觀念

本題考查鋼中硫元素造成的「熱脆性（hot shortness）」及合金元素的改善作用。

硫在鋼中容易與鐵形成硫化亞鐵（FeS）。FeS 會和鐵形成低熔點共晶物，集中在晶界上。鋼材進行鍛造、軋延等高溫加工時，晶界上的低熔點物質容易熔化，使晶界結合力降低，因而產生熱脆性與熱加工裂紋。

錳對硫具有很強的親和力，會優先與硫形成硫化錳：

MnS 的熔點高、在高溫加工時不易熔化，可避免低熔點 FeS 共晶集中於晶界，因此能降低硫所引起的熱脆性。

解題方法

判斷此題的關鍵，是找出能與硫形成高熔點、穩定硫化物的元素。

鋼中若沒有足夠的錳，硫主要形成 FeS：

FeS 在晶界形成低熔點共晶，造成熱加工時的晶界熔化與脆裂。加入錳後，錳優先與硫反應形成 MnS：

因此可將硫固定成較穩定的高熔點硫化物，降低熱脆性。故正確選項為錳。

核心觀念

冶煉生鐵主要在高爐中進行，原料包括鐵礦石、焦炭與熔劑。題目考查「熔劑」的功能：

• 降低脈石與雜質的熔點。
• 使雜質形成熔融狀態的爐渣（浮渣）。
• 利用爐渣與鐵水比重不同，使爐渣浮在鐵水上方，便於排出。

常用熔劑為石灰石，主要成分是碳酸鈣 $CaCO_3$。

解題方法

判斷關鍵在於題幹中的「作為熔劑，使雜質融化成浮渣」。

石灰石受熱分解：

生成的氧化鈣 $CaO$ 會與鐵礦石中的二氧化矽 $SiO_2$ 等酸性脈石反應，形成熔融狀的矽酸鈣爐渣：

$CaSiO_3$ 等爐渣成分熔點較低，且密度通常小於鐵水，因此會浮在鐵水上方，便於從高爐中排出。

所以正確選項為石灰石。

選項分析

(A) 焦炭

錯誤。焦炭在高爐中主要作用為：

核心觀念

本題考查鋼材合金元素的作用，尤其是不鏽鋼的主要合金元素。

不鏽鋼的關鍵特徵是含有足量的鉻（Cr）。鉻在鋼材表面形成緻密、穩定且具有自我修復能力的氧化鉻薄膜，使鋼材具備優良的耐蝕性。因此，鉻是不鏽鋼最重要、最具代表性的合金元素。

此外，鉻也能提高鋼材的淬透性、強度、硬度、耐磨性及高溫抗氧化性。

解題方法

判斷本題可抓住兩個關鍵：

1. 題目提到「提高強度、硬度」。
2. 題目特別指出「為不鏽鋼重要合金元素」。

雖然矽、鉬、鈷也可能對鋼材強度或高溫性能有所影響，但「不鏽鋼的重要合金元素」最直接且明確指向鉻。當鋼中含有約 $10.5\%$ 以上的鉻時，表面能形成鈍化膜，使其耐腐蝕性顯著提高。

因此，正確選項為鉻。

選項分析

(A) 矽（Si）錯誤

矽主要用作鋼液的脫氧劑，也能以固溶強化方式提高鋼材的強度與硬度，並改善某些鋼材的彈性及耐熱性。

然而，矽並不是不鏽鋼最具代表性的主要合金元素。若題目強調不鏽鋼的基本特徵，應優先想到鉻，而不是矽。

(B) 鉻（Cr）正確

核心觀念

本題考查鋼材中合金元素對「切削加工性（machinability）」的影響。

切削加工性是指材料在車削、銑削、鑽削等加工過程中的難易程度，通常可由下列現象判斷：

• 切削力與切削功率是否較小
• 刀具磨耗是否較少
• 切屑是否容易折斷與排出
• 加工表面是否平滑
• 是否容易形成積屑瘤

為改善切削加工性，鋼中常加入硫、鉛等元素，製成「易切削鋼」。其主要作用是使切削時容易形成短而易斷的切屑，並降低刀具與工件間的摩擦。

解題方法

判斷本題可直接掌握「易切削元素」：

• 硫（S）：最典型的易切削元素
• 鉛（Pb）：常用的易切削元素
• 磷（P）：在適量下可改善切削性，但不是本題最典型的成對答案
• 鎳（Ni）、鎢（W）、鉬（Mo）、釩（V）：主要用於提高強度、硬度、耐磨性或耐熱性，通常會使切削加工更困難

硫在鋼中通常與錳形成硫化錳（MnS）夾雜物。切削時，MnS 可使金屬基材局部脆化，促進切屑折斷，並降低切削阻力。

鉛則以細小分散的顆粒存在於鋼中，切削時可產生潤滑作用，降低刀具與工件接觸面的摩擦，也有助於切屑斷裂。

因此，最符合題意的組合是硫、鉛。

選項分析

(A) 硫、鉛：正確

硫、鉛皆為鋼材常見的易切削元素。

核心觀念

碳化鎢刀具是以高硬度的碳化鎢（$WC$）作為硬質相，再加入金屬結合劑，經粉末冶金與燒結製成。最常用的結合劑是鈷（$Co$），因此此類材料通常稱為鎢鈷類硬質合金（$WC$–$Co$）。

其中：

• $WC$：提供高硬度、耐磨耗性與耐熱性。
• $Co$：將碳化鎢顆粒黏結成整體，並提高材料的韌性與抗衝擊能力。

解題方法

題目問的是「碳化鎢刀具中通常加入何種元素作為結合劑」。

判斷重點在於辨認硬質合金的基本組成：

碳化鎢本身硬度極高，但脆性也大，單獨使用容易崩刃。加入鈷粉後，經燒結形成金屬黏結相，使$WC$顆粒彼此結合，改善刀具的韌性與抗斷裂能力。

因此，正確答案為鈷（$Co$）。

選項分析

• (A) 釩（$V$）：錯誤。釩在硬質合金中可形成碳化釩（$VC$），主要用於抑制碳化鎢晶粒長大、調整組織與改善耐磨耗性，並非碳化鎢刀具最通常採用的主要結合劑。

核心觀念

冷作加工會使金屬產生塑性變形，造成晶格畸變、內部殘留應力增加，並使材料的硬度、降伏強度提高，延性與加工性降低，此現象稱為「加工硬化」。

消除冷作加工所造成加工硬化的主要方法，是進行再結晶退火。加熱至再結晶溫度以上並保溫，使變形晶粒重新形成無應變的新晶粒，恢復材料的延性與加工性。

在機械製造的退火分類中，專門用來消除冷作加工硬化者，稱為製程退火。

解題方法

判斷關鍵在於題幹的「冷作加工後」與「加工硬化」。

冷作加工後的材料具有大量變形晶粒與內部應變，必須藉由再結晶作用消除加工硬化。因此應選擇具有再結晶效果、且常安排於冷作加工製程之間的退火方式。

製程退火的目的包括：

1. 消除冷作加工所造成的加工硬化。
2. 降低硬度與殘留應力。
3. 恢復延性與塑性。
4. 使材料能繼續接受後續冷加工。

因此正確答案為製程退火。

選項分析

(A) 恆溫退火

恆溫退火是將鋼材加熱至適當溫度後，快速冷卻至某一恆溫溫度，使組織在該溫度下完成轉變，再冷卻至室溫。其主要目的在於縮短退火時間、獲得較均勻的組織與硬度。

雖然恆溫退火也能改善鋼材組織與機械性質，但並非專門針對冷作加工所產生加工硬化的退火方式，故錯誤。

(B) 製程退火

核心觀念

亞共析鋼的含碳量低於共析成分，組織在室溫下通常為「肥粒鐵（先共析鐵素體）＋波來鐵」。淬火前必須先將鋼材加熱至沃斯田鐵區，使原有組織充分轉變為沃斯田鐵，冷卻後才能形成麻田散鐵。

亞共析鋼的淬火加熱溫度，通常設定為：

其中 $A_3$ 為亞共析鋼的上臨界變態點，代表鐵素體與沃斯田鐵的相變界線。

解題方法

判斷淬火加熱溫度的關鍵，是先確認鋼材種類：

• 亞共析鋼：含碳量低於共析成分，淬火加熱至 $A_3$ 以上 $30\sim50^\circ\text{C}$。
• 共析鋼：通常加熱至 $A_1$ 以上約 $30\sim50^\circ\text{C}$。
• 過共析鋼：通常加熱至 $A_1$ 以上、但低於或接近 $A_{cm}$ 的適當溫度。

亞共析鋼加熱至 $A_3$ 以上，才能使先共析鐵素體完全轉變成沃斯田鐵。若只加熱到 $A_1$ 以上，仍可能殘留鐵素體，淬火後無法得到充分的麻田散鐵組織。

因此本題所問的變態點為 $A_3$。

各變態點說明

• $A_0$ 變態點：主要與滲碳體的磁性變化有關，約在 $210^\circ\text{C}$ 左右，並非亞共析鋼淬火時的沃斯田鐵化溫度，故錯誤。

核心觀念

本題考查鋼材表面硬化法的分類。判斷依據是硬化過程是否改變材料的化學成分：

• 物理硬化法：利用局部加熱、快速冷卻，使鋼材表面形成麻田散鐵組織，提高硬度；材料的化學成分基本不變。
• 化學硬化法：在加熱過程中，使碳、氮等元素擴散進入鋼材表面，改變表面化學成分，再配合淬火提高硬度。

解題方法

逐一觀察各硬化法的主要作用：

1. 若只是將鋼材表面快速加熱，再淬火，屬於物理硬化法。
2. 若涉及外來元素滲入，使表面成分改變，屬於化學硬化法。

四個選項中，只有「滲碳硬化法」會使碳元素擴散進入鋼材表面，屬於化學硬化法，因此是本題所問的「非屬物理硬化法」。

選項分析

• (A) 火焰硬化法：錯誤

利用氧乙炔火焰或其他燃氣火焰，快速加熱鋼材表面至沃斯田鐵化溫度，隨後立即淬火，使表面形成高硬度麻田散鐵。此法主要改變的是表面組織，並未使外來元素滲入鋼材，屬於物理硬化法。

• (B) 滲碳硬化法：正確

核心觀念

本題考查鋼液脫氧程度與鋼錠組織的分類，重點是區分：

• 沸騰鋼（rimmed steel）
• 半靜鋼（semi-killed steel）
• 全靜鋼（killed steel）

全靜鋼是在鋼液澆鑄前加入足量脫氧劑，例如矽、錳或鋁，使鋼液中的氧充分降低。澆鑄時不會因碳與氧反應生成大量一氧化碳，因此鋼液不產生明顯「沸騰」現象，鋼錠內部較緻密，成分與組織也較均勻。

其主要特性包括：

1. 鋼質成分均勻。
2. 鋼錠內部不易形成氣孔。
3. 偏析程度較小。
4. 適合製造厚板、鍛件、壓力容器及高品質機械零件。
5. 一般不以容易加工或適合薄鋼板作為主要特徵。

解題方法

判斷本題的關鍵，在於掌握「全靜鋼」的核心字義：

• 「靜」表示澆鑄時鋼液保持平靜。
• 「全靜」表示脫氧最完全，幾乎沒有氣體生成與沸騰現象。

因為鋼液中的氧已被充分去除，碳氧反應所生成的一氧化碳大幅減少，所以鋼錠內部不會形成大量氣孔，且凝固時成分分布較均勻。因此，描述「鋼質成分均勻」符合全靜鋼的典型特性。

選項分析

(A) 鋼質成分均勻

核心觀念

本題考「高速鋼（High-Speed Steel, HSS）」的耐熱性能、合金元素作用，以及高速鋼牌號所代表的化學成分。

高速鋼具有良好的硬度、耐磨性及紅硬性，即在高溫切削摩擦下仍能維持一定硬度與切削能力。一般高速鋼的耐熱溫度約為 $600^\circ\text{C}$；若加入鈷，則可提高高溫硬度，適合較高切削速度及高溫切削工作。

高速鋼牌號中的數字通常依序表示主要合金元素的約略重量百分比，例如：

• 鎢系：鎢、鉻、釩
• 鉬系：鎢、鉻、鉬、釩

解題方法

逐一核對各選項所述的高速鋼性能及牌號成分：

1. 判斷高速鋼的一般耐熱或紅硬溫度是否約為 $600^\circ\text{C}$。
2. 判斷鈷元素對高速鋼高溫硬度及高速切削性能的影響。
3. 依牌號順序換算各合金元素含量。
4. 特別注意牌號最後一位通常代表釩含量，最容易形成陷阱。

選項分析

(A) 耐熱溫度約 $600^\circ\text{C}$

正確。

高速鋼的主要特徵是紅硬性良好，在約 $600^\circ\text{C}$ 的高溫下，仍能維持相當程度的硬度及切削能力。因此其容許切削速度高於普通工具鋼。

(B) 鈷系高速鋼用於耐高溫之高速切削

正確。

鈷系高速鋼是在高速鋼中加入鈷（Co），可提高高溫硬度及紅硬性，使刀具在高溫切削狀態下仍能保持切削刃強度，適合：

• 高速切削
• 難切削材料加工
• 切削溫度較高的加工場合

核心觀念

高週波硬化法屬於表面硬化法，利用感應線圈產生交變磁場，使工件表面產生感應電流與焦耳熱，快速加熱至沃斯田鐵化溫度，再立即淬火，使表面形成高硬度麻田散鐵，而心部仍保有較佳韌性。

其適用材料須具備：

1. 良好的導電性，以便產生感應電流。
2. 導磁性，通常以鋼及鑄鐵為主。
3. 含碳量足以在淬火後形成高硬度組織，常用於中碳鋼及合金鋼。

感應加熱的加熱深度與頻率有關，其基本關係可用集膚深度表示：

其中 $\delta$ 為加熱深度、$\rho$ 為電阻率、$f$ 為電流頻率、$\mu$ 為磁導率。頻率越高，集膚深度越小，加熱越集中於表面；頻率越低，加熱深度越深。

解題方法

本題判斷重點在於「高週波、低週波與工件尺寸」的對應關係：

• 高週波：加熱深度淺，適合薄機件及小零件。
• 低週波：加熱深度深，適合厚機件及大型零件。

再逐一檢查各選項是否符合高週波硬化法的材料條件與工藝特性即可。

選項分析

(A) 適合用於加工中碳鋼——正確

核心觀念

鑄鐵退火是將鑄件加熱至適當溫度，保溫後緩慢冷卻，使組織趨於穩定。其主要目的包括：

• 降低硬度，使材料軟化，改善切削加工性。
• 消除鑄造過程中產生的殘留應力，降低變形與裂紋風險。
• 改善組織均勻性，增加延性與韌性。
• 對白口鑄鐵施行石墨化退火，可使部分碳化物分解，製成可鍛鑄鐵。

退火通常會使材料的硬度與抗拉強度下降，並提升延性、韌性及加工性。因此，「提高鑄鐵強度」不是一般鑄鐵退火的主要目的。

解題方法

本題問「非屬鑄鐵退火之目的」，可直接掌握退火的基本效果：

相對地，淬火、正火等熱處理較常用來提高硬度與強度。退火的冷卻速度緩慢，組織接近平衡狀態，通常不會以提高強度為主要效果，因此選出與退火典型效果不符的選項即可。

選項分析

(A) 改善鑄鐵強度

核心觀念

本題考查碳化物刀具的分類、適用材料、耐熱性及刀片與刀柄的固定方式。

碳化物刀具常依 ISO 分類如下：

• P 類：適用於鋼及鋼類材料，通常標示藍色。
• M 類：適用於不鏽鋼等難切削材料，通常標示黃色。
• K 類：適用於鑄鐵及非金屬脆性材料，通常標示紅色。

碳化物刀具的耐熱性高於高速鋼，但一般所指的耐熱溫度約為 $800\sim1000^\circ\text{C}$，並非 $1500^\circ\text{C}$。若要承受約 $1200\sim1500^\circ\text{C}$ 的高溫，通常是陶瓷刀具、立方氮化硼或其他超硬刀具材料的範圍。

解題方法

判斷本題可分三個方向：

1. 先利用碳化物刀具的 P、M、K 分類判斷適用材料及顏色。
2. 比較碳化物與陶瓷刀具的耐熱溫度。
3. 判斷刀片固定方式所使用的銲料。

其中，M 類的關鍵字是「不鏽鋼」，因此可直接鎖定正確選項，再逐一排除其他敘述。

選項分析

(A) P 類刀柄塗紅色

錯誤。

P 類主要用於切削鋼，其標準識別色通常為藍色；紅色通常代表 K 類，主要用於鑄鐵。因此「P 類刀柄塗紅色」將 P 類與 K 類的顏色混淆。

(B) 耐熱溫度約 $1500^\circ\text{C}$

錯誤。

核心觀念

SAE 鋼鐵編號通常採四位數表示：

• 前兩位數：表示鋼材的主要合金元素種類。
• 後兩位數：表示平均含碳量，以百分之一表示。

對於 SAE 31XX 系列：

• 「31」代表鎳鉻鋼，主要合金元素為鎳與鉻。
• 最後兩碼「35」表示平均含碳量約為 $0.35\%$。

因此，SAE 3135 可解讀為「鎳鉻鋼，含碳量約 $0.35\%$」。

解題方法

先看前兩碼判斷鋼種，再看後兩碼判斷含碳量：

代入 SAE 3135：

其中：

• 「31」：鎳鉻鋼。
• 「35」：含碳量約 $0.35\%$。

所以正確敘述為「為鎳鉻鋼」。

選項分析

核心觀念

本題考查「合金鋼的種類、特性與用途配對」。判斷重點是先掌握各類合金鋼所改善的主要性能，再將性能與工作條件相對照。

常見合金鋼用途如下：

解題方法

採用「用途反推性能」的方法：

1. 汽缸壁與活塞銷需要高表面硬度及耐磨耗性，對應氮化鋼。
2. 螺旋彈簧與扭力彈簧需要高彈性限度及耐疲勞性，對應彈簧鋼，不是易切鋼。
3. 橋梁、船舶、建築物主要使用結構用鋼，並非以表面硬化為主要目的的滲碳鋼。
4. 儀器、儀表及手錶零件重視尺寸穩定、精密加工或特殊物理性質，並非彈簧鋼的典型用途。

因此可直接判斷正確選項為氮化鋼與汽缸壁、活塞銷的配對。

選項分析

(A) 氮化鋼適合用於汽缸壁、活塞銷之製作

正確。

氮化處理是使氮原子擴散進入鋼材表面，形成高硬度的氮化物層。氮化鋼通常含有鋁、鉻、鉬等元素，經氮化後具有下列特性：

• 表面硬度高
• 耐磨耗性佳
• 疲勞強度高
• 氮化層變形量小
• 適合承受滑動與摩擦

汽缸壁與活塞銷在引擎運轉時均承受摩擦、磨耗及反覆負荷，因此適合採用氮化鋼製作。

(B) 易切鋼適合用於螺旋彈簧、扭力彈簧之製作

錯誤。

核心觀念

本題考查碳工具鋼添加合金元素後，對下列性質的影響：

• 硬化能（hardenability）：鋼材由表面向內部形成硬化組織的能力，主要與淬火後能形成麻田散鐵的深度有關。
• 淬火硬度：鋼材淬火後所能達到的硬度，主要受碳含量及淬火組織影響。
• 耐磨耗性：與硬度、碳化物種類、數量及分布有關。
• 回火抵抗能力：鋼材經回火加熱後仍能保持硬度與強度的能力。
• 高溫硬度：工具鋼在高溫工作時維持硬度的能力。

碳工具鋼加入合金元素後，常見作用如下：

解題方法

逐一比對各合金元素的典型功能即可。

本題的關鍵在於區分：

1. 提高硬化能不等於單純提高淬火硬度。
2. 硫主要改善被削性，不是提高工具鋼硬度、耐熱性或回火穩定性的主要合金元素。
3. 鉬具有抗回火軟化及抑制回火脆性作用，屬於工具鋼及合金鋼的重要元素。

因此，找出將硫的作用誤認為提高淬火硬度及高溫硬度的選項，即可判定錯誤答案。

選項分析

(A) 加釩可增加硬化能

正確。

核心觀念

本題考查金屬材料的一般物理與機械性質。金屬通常具有下列特徵：

• 具有良好的延展性，可受力變形而不易脆裂。
• 具有良好的導電性與導熱性。
• 表面具有金屬光澤。
• 金屬內部存在可自由移動的自由電子，因此不是絕緣體。

解題方法

判斷各選項是否符合金屬材料的典型特性即可。金屬的自由電子能在材料內移動，使電能與熱能容易傳遞；金屬原子間的金屬鍵也使原子層能相對滑移，因此通常具有延展性。

選項分析

(A) 良好延展性——正確

延展性是材料可承受塑性變形而不發生破裂的能力，包含：

• 延性：可拉製成細線。
• 展性：可壓延成薄片。

多數金屬具有良好延展性，例如銅、鋁、金等，可進行鍛造、軋製、拉線等塑性加工。

(B) 絕緣體——錯誤

核心觀念

「18-8 型不鏽鋼」中的數字，是以合金元素之約略質量百分比表示：

• 18：約含 $18\%$ 鉻（Cr）
• 8：約含 $8\%$ 鎳（Ni）
• 其餘主要為鐵（Fe），並含少量碳及其他元素

18-8 不鏽鋼通常指奧氏體系不鏽鋼，代表性材料為 304 不鏽鋼。鉻可在表面形成緻密的氧化鉻保護膜，提高耐蝕性；鎳則有助於穩定奧氏體組織，改善韌性、耐蝕性及加工性。

解題方法

看到「18-8 型不鏽鋼」時，直接套用不鏽鋼常見的合金標示：

因此正確配對為「鉻—鎳」，選擇含有 $18\%\text{ Cr}$ 與 $8\%\text{ Ni}$ 的選項。

選項分析

核心觀念

金屬材料的塑性加工，依加工溫度與材料再結晶溫度的關係，可分為：

• 熱作加工（Hot Working）：加熱至材料的再結晶溫度以上進行塑性變形。
• 冷作加工（Cold Working）：在再結晶溫度以下，通常接近常溫進行塑性加工。
• 常溫加工：強調加工時處於室溫，屬於冷作加工的常見情形，但不是本題所要的正式分類名稱。
• 低溫加工：不是金屬塑性加工中與「再結晶溫度以上」相對應的標準分類。

再結晶是指金屬經塑性變形後，在適當溫度下產生新的、無應變晶粒的過程。若加工溫度高於再結晶溫度，變形過程中可同時進行再結晶，使加工硬化受到抑制。

解題方法

題幹的關鍵語句是：

「加熱至材料本身的再結晶溫度以上」 「施以塑性加工」

只要判斷加工溫度高於再結晶溫度，即符合熱作加工的定義，因此選擇「熱作加工」。

核心觀念

本題考查材料試驗依「試驗後試件是否仍能保有原使用功能」所作的分類：

• 破壞性試驗：試驗過程會使試件產生永久變形、裂紋、斷裂或其他無法恢復的損傷，例如拉伸試驗、衝擊試驗。
• 非破壞性試驗：在不破壞或不明顯損傷試件的前提下，檢查材料內部或表面缺陷，例如超音波檢測、放射線檢測、磁粒檢測、液滲檢測等。

本題無涉及法條；若涉及法規，應以命題當年（民國 110 年）法規為準。

解題方法

判斷各選項是否為非破壞性試驗，直接觀察試驗是否會使材料承受足以造成永久損傷的外力，或是否需破壞試件以取得結果。

其中：

• 拉伸試驗會將試片拉至降伏或斷裂。
• 衝擊試驗會以高速衝擊使試片破裂或產生缺口擴展。
• 火花試驗通常需以砂輪磨削材料表面，會造成局部材料損耗，且主要為快速辨識鋼材種類。
• 超音波檢測以超音波在材料內部傳播，利用反射波判斷裂縫、夾渣、未熔合等缺陷，不需破壞試件。

因此，符合非破壞性試驗定義的是超音波檢測。

選項分析

(A) 拉伸試驗：錯誤

核心觀念

本題考查碳鋼依含碳量的分類。碳鋼通常依碳含量區分為：

不同教材的分界數值可能有些微差異，但考試常用上述分類方式。

解題方法

題目給定含碳量為 $0.4\%$，直接與各分類的含碳量範圍比較：

因此，$0.4\%$ 碳鋼落在中碳鋼的範圍內，判定為中碳鋼。

選項分析

核心觀念

本題考查鐵碳平衡圖中的「共晶反應」。

在亞穩定鐵—三碳化鐵平衡圖（Fe–Fe₃C diagram）中，共晶點的定義是：液相在固定溫度下，同時轉變為兩種固相。其反應式為

其中：

• $L$：液相
• $\gamma$：沃斯田鐵（Austenite）
• $Fe_3C$：滲碳體（Cementite）

鐵碳平衡圖的共晶成分約為 $4.3\%$ 碳，發生溫度約為 $1147^\circ\text{C}$，形成的共晶組織稱為萊氏體（Ledeburite）。

解題方法

直接辨認鐵碳平衡圖中的三個重要碳含量：

1. 約 $0.8\%$：共析成分
2. 約 $4.3\%$：共晶成分
3. $6.67\%$：滲碳體 $Fe_3C$ 的固定碳含量

本題詢問「共晶點」，因此應選擇碳含量約 $4.3\%$ 的選項。

共晶反應可表示為：

選項分析

(A) $0.8\%$：錯誤

$0.8\%$ 碳是鐵碳平衡圖中的共析成分，反應為：

核心觀念

淬火（Quenching）是將鋼材加熱至適當的奧斯田鐵化溫度，使組織轉變為奧斯田鐵，再以水、油或其他冷卻介質快速冷卻，使奧斯田鐵轉變為馬氏體。

馬氏體具有高硬度與高強度，因此淬火的主要目的為：

• 增加材料硬度
• 提高耐磨耗性
• 提升強度

淬火後鋼材內部通常會產生較大殘留應力，韌性與延展性可能降低，因此實務上常接續回火，以調整硬度並改善脆性。

解題方法

判斷熱處理方法的目的即可。淬火的核心在於「快速冷卻」，使鋼材形成高硬度的馬氏體組織。因此題目所問的主要效果是增加硬度。

選項分析

(A) 增加延展性 錯誤。延展性通常與材料能承受塑性變形而不破壞的能力有關。淬火形成馬氏體後，材料雖然硬度與強度提高，但延展性及韌性通常會下降；改善延展性並非淬火的主要目的。

核心觀念

本題考查鋼材退火處理的目的與適用情況。

雪明碳鐵即水泥ite（cementite，$Fe_3C$）。在高碳鋼或工具鋼中，若碳化物沿著原先沃斯田鐵晶界形成連續的網狀組織，稱為網狀雪明碳鐵。此組織會使鋼材硬脆、切削加工性變差，因此需藉由熱處理使雪明碳鐵由片狀或網狀轉變為分散的球狀顆粒，以降低硬度、改善加工性並提高後續淬火的均勻性。

主要達成此目的的退火方法，就是球化退火。

解題方法

判斷退火種類時，直接掌握各種退火的主要目的：

• 題幹出現「網狀雪明碳鐵呈球狀化」：對應球化退火。
• 題幹出現「消除殘留應力」：對應弛力退火。
• 題幹出現「降低硬度、細化或均勻組織」且以完全奧斯田鐵化後爐冷為重點：對應完全退火。
• 題幹出現「冷作加工後的再結晶與軟化」：對應製程退火。

球化退火通常將鋼材加熱至臨界溫度附近，使片狀或網狀碳化物逐漸斷裂、聚集並形成球狀碳化物，常用於高碳鋼及工具鋼。球狀碳化物分散於鐵素體基體中，可降低切削阻力與硬度。

選項分析

(A) 球化退火：正確

球化退火的主要目的，是使鋼中的雪明碳鐵由片狀、網狀轉變為球狀或粒狀，並均勻分散於基體中。

其主要效果包括：

• 降低鋼材硬度；
• 改善切削加工性；
• 增加延性；
• 改善後續淬火時的組織均勻性；
• 減少網狀碳化物造成的脆性。

核心觀念

本題考查鋼材熱處理中「表面硬化」的目的與特性。

表面硬化是使鋼件表層具有高硬度、耐磨性與抗疲勞能力，同時使心部仍保有韌性與抗衝擊能力的處理方式。其基本概念為：

• 表面：硬度高，耐磨耗、耐接觸疲勞。
• 心部：硬度相對較低，但保有韌性，可吸收衝擊負荷。
• 適用零件：齒輪、凸輪、軸類、鏈輪等。

常見表面硬化方法包括滲碳、滲氮、感應淬火及火焰淬火等。

解題方法

題幹的關鍵語句是「提高鋼的表面硬度」以及「心部仍保持原有韌性」。

逐項判斷熱處理的作用：

1. 是否只針對表面提高硬度？
2. 是否能避免心部硬化過度而失去韌性？

符合這兩項條件者，即為表面硬化。表面硬化透過改變表層的化學成分或使表層快速加熱、冷卻，使表層形成高硬度組織，而心部未受到同等程度的硬化，因此仍維持韌性。

選項分析

(A) 淬火

淬火是將鋼加熱至適當溫度後快速冷卻，使奧斯田鐵轉變為麻田散鐵，以提高鋼材的硬度與強度。

核心觀念

本題考查金屬材料的表面硬化法。以小鋼珠高速噴射工件表面，使表層受到反覆撞擊而產生塑性變形、加工硬化，稱為「珠擊法」，英文為 shot peening。

珠擊後，工件表面通常具有下列效果：

• 表面硬度提高。
• 表層產生殘留壓縮應力。
• 提高疲勞強度及抗疲勞裂紋能力。
• 改善齒輪、彈簧、軸類等零件的使用壽命。

解題方法

題幹的關鍵描述是「用小鋼珠噴射工件表面」。這是珠擊法的典型加工方式。

小鋼珠高速撞擊金屬表面時，表層會產生微量塑性變形。由於表面受到冷作加工，材料晶格受到扭曲，形成加工硬化，因此表面硬度上升。

故正確選項為：

選項分析

(A) 滲硫法

滲硫法是將硫元素擴散滲入工件表面，使表面形成含硫化合物或硫化層，以降低摩擦係數、改善抗咬合及耐磨耗性能。

其主要目的在於改善潤滑與抗黏著磨耗，不是利用小鋼珠撞擊造成加工硬化，因此錯誤。

(B) 珠擊法

核心觀念

本題考查鑄鐵工具機床台的「內應力消除」與「時效穩定化」處理。

床台鑄造後，由於各部位冷卻速度不同，會產生不均勻收縮，使鑄件內部殘留應力。若直接加工或使用，內應力逐漸釋放可能造成變形，影響車床、銑床的加工精度。

將鑄件長時間置於室外，使其經歷自然溫度變化，讓內應力緩慢釋放、尺寸逐漸穩定，此種處理稱為「季化處理」，也可視為鑄件的自然時效處理。

解題方法

題幹的關鍵語句是：

• 「鑄造成形後」
• 「長時間置於室外」
• 「內應力慢慢消失」
• 「增加穩定性」

這些描述直接對應鑄件的季化處理。其作用是利用長時間自然放置，使鑄件內部殘留應力逐步降低，減少日後加工或使用時的變形。

季化處理可分為自然方式與人工方式理解：

• 自然時效：長時間放置於室外，利用自然環境溫度變化消除內應力。
• 人工時效：放入爐內加熱並控制溫度、保溫時間，再冷卻以消除內應力。

題目明確說明「長時間置於室外」，因此應選季化處理。

選項分析

核心觀念

米漢納鑄鐵（Meehanite cast iron）是採用米漢納鑄造法，嚴格控制化學成分、熔湯處理、凝固及石墨形態，使鑄鐵具有較均勻、穩定的組織與性能。

相較於普通鑄鐵，米漢納鑄鐵的主要特性包括：

• 韌性及強度較佳
• 耐磨性高
• 抗蝕性強
• 潛變量低
• 尺寸穩定性及加工性良好

因此，本題要找的是「不符合米漢納鑄鐵特性」的選項。

解題方法

逐一比對各選項與米漢納鑄鐵的典型性能：

1. 「耐磨性高」是米漢納鑄鐵的重要優點。
2. 「抗蝕性強」符合其材料特性。
3. 「潛變量低」代表長期受力或受熱時變形量小，也符合其尺寸穩定性。
4. 米漢納鑄鐵相較於普通鑄鐵，特別強化了韌性與機械性能，因此「韌性差」不屬於其代表特性。

故不符合者為（A）。

選項分析

(A) 韌性差

核心觀念

鋁、鉻及其合金在腐蝕環境中，表面會形成一層薄而緻密、附著性良好的氧化膜。這層氧化膜能隔絕金屬與外界腐蝕介質，降低後續腐蝕速率，使金屬呈現較不易繼續腐蝕的狀態，此現象稱為「鈍化」（passivation）。

常見的保護膜包括：

• 鋁及鋁合金：主要形成緻密的氧化鋁膜 $Al_2O_3$。
• 鉻及鉻合金：主要形成緻密的氧化鉻膜 $Cr_2O_3$。
• 不鏽鋼的耐蝕性：主要來自表面富鉻氧化膜所造成的鈍化作用。

鈍化膜雖然很薄，卻具有緻密、連續且附著性良好的特性，因此能阻礙氧氣、水分及離子進一步接觸金屬基材。

解題方法

題幹的關鍵字是：

「在腐蝕過程中」 「表面生成一層緻密性的防護性被覆層」

這正是鈍化的定義。判斷流程如下：

1. 先確認題目描述的是腐蝕過程中的表面變化。
2. 再看生成物是否具有緻密性與防護性。
3. 若表面生成保護性氧化膜，使腐蝕速率降低，即判定為鈍化。

因此本題選擇鈍化。

選項分析

核心觀念

犧牲陽極法是利用電化學腐蝕原理，將被保護的鐵管與較容易失去電子、較具活性的金屬連接，形成原電池。

在此系統中：

• 較活潑金屬作為陽極，發生氧化反應而逐漸溶解。
• 鐵管作為陰極，主要進行還原反應，因而受到保護。
• 被消耗的活潑金屬稱為「犧牲陽極」。

陽極反應可表示為：

金屬 $M$ 失去電子後溶解，電子則流向鐵管，使鐵管不易發生氧化腐蝕：

因此，選擇標準是：金屬活性必須高於鐵，且其電極電位比鐵更負。

解題方法

鐵管若單獨埋於潮濕土壤中，會因水分、氧氣及土壤中離子形成電化學腐蝕。將鐵管與比鐵更活潑的金屬連接後，活潑金屬優先失去電子並腐蝕，鐵管則成為陰極而受到保護。

鎂的金屬活動性高於鐵，標準還原電位較低：

核心觀念

本題考查金屬材料的「比重、強度與耐蝕性」綜合比較，重點在辨認國防工業常用的高性能輕金屬——鈦（Titanium）。

鈦具有下列特性：

• 密度約 $4.5\ \text{g/cm}^3$，約為鋼的 $60\%$，屬於質輕金屬。
• 強度高，具優良的比強度，即單位重量所能承受的強度大。
• 表面容易形成緻密、穩定且具有自我修復能力的二氧化鈦保護膜，因此耐海水、潮濕環境及多數化學介質腐蝕。
• 在航空器、飛彈、軍艦、潛艦、裝甲及其他國防設備中具有重要用途。

鈦的耐蝕性在許多環境下優於一般不鏽鋼，且兼具輕量與高強度，正符合題幹所描述的材料特徵。

解題方法

本題可採「材料特性配對法」：

1. 先找出質輕且強度佳的金屬。
2. 再比較其耐蝕性是否能超越一般不鏽鋼。
3. 最後確認是否為國防工業常用的重要材料。

鋁雖然質輕，但強度與耐蝕性須視合金及環境而定；銅與銀的密度較高，也不是題幹所指的高比強度國防材料。鈦則同時符合「質輕、高強度、耐蝕性佳及國防用途廣」四項條件。

因此選擇鈦。

選項分析

(A) 鋁

鋁的密度約 $2.7\ \text{g/cm}^3$，確實質輕，也具有良好的耐大氣腐蝕能力，常用於飛機及交通工具。

核心觀念

本題考查金屬材料的「冷作」與「熱作」分類。

• 冷作（cold working）：材料在低於再結晶溫度下進行塑性變形，通常接近室溫加工。加工後會產生加工硬化，使材料的強度、硬度增加，但延性下降。
• 熱作（hot working）：材料加熱至高於再結晶溫度後進行塑性變形，可降低變形阻力，並減少加工硬化現象。

常見冷作方式包括抽拉、壓製、旋壓等；鍛造在一般機械製造分類中，通常指加熱後進行的熱鍛造。

解題方法

判斷各選項是否屬於冷作加工，重點在於加工時材料的溫度與成形方式：

1. 抽拉、壓製、旋壓通常以板材或棒材在常溫下塑性成形，屬於冷作。
2. 鍛造通常將金屬加熱至適當溫度，再以槌擊或壓力使材料成形，屬於熱作。
3. 因此，不屬於冷作的是鍛造。

本題依一般機械材料與金屬加工的命題慣例，將「鍛造」視為熱鍛造；雖然實務上也存在「冷鍛造」，但若題目未特別標示「冷鍛」，即採通常分類判斷。

選項分析

(A) 鍛造

鍛造是利用衝擊力或壓力，使金屬產生塑性變形而成形。一般鍛造會先將金屬加熱至適當溫度，以降低變形阻力並提高成形性，因此通常歸類為熱作。

核心觀念

本題考查材料拉伸試驗中的「伸長率」定義。伸長率表示材料試片受拉伸後，標距長度增加量占原標距長度的百分比。

公式為：

其中：

• $L_0$：原標距長度
• $L_f$：拉伸後標距長度
• $L_f-L_0$：標距伸長量

解題方法

題目給定：

先求伸長量：

再代入伸長率公式：

因此伸長率為 $2.5\%$。

選項分析

核心觀念

拉伸試驗是將標準試片施加軸向拉力，測得載重與伸長量，再繪製應力—應變曲線，以評估材料的靜態機械性質。常見可由拉伸試驗求得的數據包括：

• 降伏強度
• 抗拉強度
• 彈性限
• 彈性模數
• 伸長率
• 斷面收縮率

拉伸試驗主要反映材料在單調、短時間拉伸負荷下的力學行為；疲勞強度則必須透過反覆、週期性負荷試驗測定。

拉伸試驗中的工程應力與工程應變分別為：

其中，$P$ 為拉伸載重，$A_0$ 為原始截面積，$L_0$ 為原始標距長度，$\Delta L$ 為伸長量。

解題方法

判斷各選項是否能由拉伸試驗求得即可：

1. 若數據可由應力—應變曲線直接判定，屬於拉伸試驗可測得的性質。
2. 若數據涉及材料承受反覆載重後的破壞行為，則不屬於一般拉伸試驗的測定項目。
3. 疲勞強度必須由疲勞試驗，例如旋轉彎曲疲勞試驗或軸向疲勞試驗求得。

因此，無法由拉伸試驗求得的是疲勞強度。

選項分析

(A) 降伏強度

正確。材料由彈性變形進入塑性變形時所對應的應力稱為降伏強度，可由拉伸試驗的應力—應變曲線判定。

具有明顯降伏點的材料，可直接觀察上降伏點或下降伏點；無明顯降伏點的材料，通常以 $0.2\%$ 偏移法求得降伏強度。

核心觀念

本題考查材料的「韌性（toughness）」及其試驗方法。

材料韌性是指材料在破壞前吸收能量、抵抗衝擊及裂紋擴展的能力。工程上常以衝擊試驗測定材料吸收的衝擊能量，作為材料韌性的評估依據。

常見衝擊試驗包括：

• 夏比衝擊試驗（Charpy impact test）
• 艾氏衝擊試驗（Izod impact test）

試片在擺錘衝擊下折斷，藉由擺錘衝擊前後的能量差，求得試片吸收的能量：

吸收能量越大，通常表示材料韌性越好。

解題方法

判斷題目所問的性質，再配對相應試驗：

• 韌性：抵抗衝擊破壞、吸收能量的能力。
• 測定衝擊吸收能量的試驗：衝擊試驗。

因此，本題應選擇衝擊試驗。

選項分析

(A) 火花試驗

火花試驗是將鋼材靠近高速旋轉的砂輪，使其產生火花，再依火花的長短、形狀、分叉情形及顏色等，判斷鋼材的含碳量及大致材質。

它主要用於材料的快速鑑別，不能直接測定材料韌性，因此錯誤。

(B) 硬度試驗

核心觀念

本題考查碳鋼在不同組織下的硬度比較。四個選項分別為：

• 雪明碳鐵（Cementite，$\mathrm{Fe_3C}$）：鐵與碳形成的金屬間化合物，含碳量約 $6.67\%$，硬而脆。
• 肥粒鐵（Ferrite，$\alpha$-鐵）：碳溶解於體心立方晶格鐵中的固溶體，含碳量極低，柔軟且延性佳。
• 變韌鐵（Bainite）：奧斯田鐵在中溫範圍轉變形成的組織，由肥粒鐵與細小碳化物組成，硬度介於波來鐵與麻田散鐵之間。
• 波來鐵（Pearlite）：肥粒鐵與雪明碳鐵呈層狀排列的共析組織，兼具一定強度與延性。

一般碳鋼組織的硬度大小规律為：

因此，硬度最大者為雪明碳鐵。

解題方法

判斷金屬組織硬度時，可從以下兩點切入：

1. 組織本身的性質：雪明碳鐵是硬脆的碳化物相，硬度遠高於鐵素體。
2. 碳化物的分布與細化程度：變韌鐵及波來鐵雖含有雪明碳鐵，但雪明碳鐵只是其中一部分，整體硬度會受到肥粒鐵基體影響，因此不會超過純雪明碳鐵。

雪明碳鐵的化學式為：

核心觀念

CNS 規格中的 S45C 是機械結構用碳鋼的材料牌號，判讀方式如下：

• S：表示鋼材，通常指機械結構用鋼。
• 45：表示平均含碳量約為數字的 $\frac{1}{100}$，即約 $0.45\%$。
• C：表示碳鋼（Carbon steel）。

因此：

S45C 屬於中碳鋼，常用於軸、齒輪、螺栓及其他需具備一定強度與耐磨性的機械零件。

解題方法

本題直接依 CNS、JIS 系列鋼材牌號的表示法判讀。對於 S45C：

所以其代表含碳量約為 $0.45\%$ 的碳鋼。題目問的是材料牌號所表示的基本成分，並非抗拉強度，因此判定為選項 (C)。

選項分析

• (A) 含碳量 $4.5\%$ 碳鋼：錯誤。 「45」不是表示 $4.5\%$，而是將數字除以 $100$，代表約 $0.45\%$ 碳。$4.5\%$ 的含碳量已遠高於一般碳鋼範圍，並非 S45C 的意義。

核心觀念

本題考查各國工業標準機構的名稱及英文代號。解題重點是辨認「國家／地區」與「標準代號」的對應關係：

• 美國國家標準協會：ANSI
• 美國鋼鐵協會：AISI
• 英國標準：BS
• 德國標準：DIN
• 日本工業標準：JIS

其中，DIN 並非英國標準，而是德國標準代號。

解題方法

逐一核對各選項中的「機構名稱、所屬國家、英文代號」是否相符。只要名稱或代號有一項不符合，即為錯誤選項。

選項分析

(A) 美國國家標準協會 ANSI

正確。ANSI 是 American National Standards Institute 的縮寫，中文為「美國國家標準協會」，負責美國標準的協調、認證與相關標準制度運作。

(B) 美國鋼鐵協會 AISI

正確。AISI 是 American Iron and Steel Institute 的縮寫，中文為「美國鋼鐵協會」，常見於鋼材牌號及材料標準，例如 AISI 304 不鏽鋼。

核心觀念

本題考查錫（Tin）及錫合金的主要用途，並利用「白鐵皮」與「馬口鐵」名稱相近的陷阱辨識材料。

錫合金具有良好的耐蝕性、低熔點及良好的潤滑與嵌藏性能，常見用途包括：

• 製造滑動軸承的巴氏合金（Babbitt metal）。
• 鋼板表面鍍錫，製成馬口鐵（tinplate）。
• 製成錫箔或作為食品、化工容器的防蝕鍍層。

「白鐵皮」在臺灣材料用語中通常是指表面鍍鋅的鋼板，主要利用鋅的犧牲陽極防蝕作用，並非錫合金用途。

解題方法

逐一判斷各選項所對應的材料：

1. 是否為錫合金本身的用途。
2. 是否為鋼材表面鍍錫的用途。
3. 是否實際上使用鋅而非錫。

其中最重要的區別是：

• 白鐵皮：鍍鋅鋼板
• 馬口鐵：鍍錫鋼板

因此，凡是與白鐵皮相關者，應判定為鋅的用途，而非錫合金用途。

選項分析

(A) 製造滑動軸承材料：正確。 錫基巴氏合金是常見的滑動軸承材料，主要成分為錫，並加入銻、銅等元素。其具有良好的耐磨性、抗咬合性及嵌藏異物能力，適合用於滑動軸承。

核心觀念

冷作加工是指金屬在再結晶溫度以下進行塑性變形，例如冷軋、冷抽、冷鍛等。加工過程中，材料因塑性變形產生加工硬化，使位錯密度增加，因此具有下列特性：

• 抗拉強度、降伏強度提高。
• 硬度提高。
• 延性與韌性通常下降。
• 尺寸精度與表面品質通常優於熱作加工。
• 變形抗力較大，所需加工負荷與能量通常較高。

熱作加工則是在再結晶溫度以上進行，材料容易發生動態再結晶，變形抗力較低，適合大變形量加工，但尺寸精度與表面品質通常較差。

解題方法

本題問「非屬冷作加工的優點」，逐項判斷各敘述是否符合冷作加工特性即可。

冷作加工的主要優點為加工硬化與加工精度提升；其主要缺點則是變形抗力大、加工負荷高。因此，描述「冷作加工所需能量較小」的選項，與冷作加工的實際特性不符。

選項分析

(A) 強度增加：正確

冷作加工會使材料產生加工硬化。塑性變形後，材料內部位錯密度增加，位錯彼此交互阻礙，使後續變形更加困難，因此降伏強度及抗拉強度提高。

所以「強度增加」屬於冷作加工的優點。

(B) 硬度增加：正確

加工硬化會提高材料抵抗塑性變形的能力，通常也會使硬度上升。因此，冷作加工後的工件硬度較加工前增加。

所以「硬度增加」屬於冷作加工的優點。

核心觀念

本題考查矽（Si）在鋼中的作用。矽是煉鋼及鑄造中常見的元素，主要作用包括：

• 作為脫氧劑，降低鋼液中的氧含量。
• 減少一氧化碳等氣體形成，防止氣孔與氣泡缺陷。
• 增加鋼液流動性，改善充填及鑄造性能。
• 適量矽可提高鋼的強度與彈性限。

判斷本題的關鍵，在於區分「矽對鋼液及鑄造性能的改善」與「降低碳在鋼中的溶解度」是否屬於一般所稱的優點。

解題方法

逐一檢查各選項是否屬於矽在鋼中的典型正面作用：

1. 若屬於脫氧、減少氣孔、改善鋼液流動等作用，屬於矽的優點。
2. 若不是鋼材性能或鑄造性能的改善，且可能造成成分及組織控制上的不利影響，則不列為矽在鋼中的一般優點。

依此判斷，前三項均為矽常見的有利作用，第四項不屬於一般列舉的優點。

選項分析

(A) 增加流動性：正確

矽可改善鋼液的流動性，使熔融金屬在鑄造時較容易充滿模穴，減少填充不良、冷隔等鑄造缺陷。因此，增加流動性是矽在鋼及鑄造材料中的優點。

核心觀念

氮化法（Nitriding）是將鋼件置於含氮介質中，使氮原子擴散進入工件表面，與鋼中的鋁、鉻、鉬等合金元素形成硬質氮化物，藉此改善表面性質。

氮化處理的主要特點包括：

• 表面硬度極高，耐磨性佳。
• 耐疲勞性與耐蝕性提高。
• 處理溫度較低，且不需急冷淬火，因此變形量很小。
• 氮原子的擴散速度較慢，通常需要較長處理時間。

因此，題目要找的是「不屬於氮化法優點」的敘述。

解題方法

逐一比對各選項與氮化法的典型特性：

1. 氮化是否處理時間短？
2. 是否能獲得極高表面硬度？
3. 是否能提高表面耐蝕、耐酸能力？
4. 是否具有變形量小的優點？

其中，氮化法最大的缺點之一就是處理時間長，因為氮原子在鋼中的擴散速度慢，氮化層形成需要較長時間。因此「氮化時間短」並非其優點。

選項分析

(A) 氮化時間短

錯誤。氮化法通常在約 $500\sim570^\circ\text{C}$ 的溫度下進行，氮原子以固態擴散方式滲入鋼材表面，擴散速度慢，形成有效氮化層需要較長時間。

核心觀念

本題考查鋼的退火種類及其加熱溫度範圍。

亞共析鋼的組織主要為鐵素體與珠光體。若將亞共析鋼加熱至 $Ac_3$ 以上約 $30\sim50^\circ\text{C}$，使原有組織完全轉變為沃斯田鐵，保溫後再隨爐緩慢冷卻，可使鋼材軟化、消除內部應力，並改善切削加工性，此種熱處理稱為完全退火。

其中：

• $Ac_3$：亞共析鋼加熱時，鐵素體完全轉變為沃斯田鐵的臨界溫度。
• 加熱至 $Ac_3+30\sim50^\circ\text{C}$：確保組織完全沃斯田鐵化。
• 保溫：使工件內外溫度均勻，並使相變充分。
• 緩冷：通常採隨爐冷卻，以形成較粗大的珠光體及鐵素體，降低硬度。

解題方法

判斷退火種類時，先抓題幹中的「加熱溫度」與「處理目的」：

1. 題幹指出加熱至亞共析鋼的 $Ac_3$ 以上 $30\sim50^\circ\text{C}$。
2. 保溫後緩冷，表示要使材料充分沃斯田鐵化，再以緩慢冷卻獲得較軟組織。
3. 目的為鋼料軟化及改善切削性，符合完全退火的典型用途。

因此選擇完全退火。

選項分析

(A) 弛力退火：錯誤

弛力退火又稱去除應力退火，主要是將工件加熱至低於下臨界溫度 $A_1$ 的範圍，使殘留應力降低，而不使材料發生完整的相變態。

其主要目的為：

• 消除鑄造、鍛造、焊接或機械加工所產生的殘留應力。
• 降低工件變形或尺寸變化的可能性。

題幹所述的 $Ac_3+30\sim50^\circ\text{C}$ 屬於完全退火的加熱條件，並非弛力退火。

(B) 完全退火：正確

完全退火適用於亞共析鋼，通常加熱至：