工程材料考古題｜歷屆國考試題彙整

請列出： 金屬合金析出強化之熱處理製程。（3 分） 具有析出強化之合金所需具備之特性。（4 分） 下圖是鈦金屬在常溫拉力試驗中，三個不同應變量（2%、4%、8%）下的變形應力與 晶粒直徑d 的關係，請說明圖中鈦金屬之『強化機制』。（6 分） 是什麼原因造成碳鋼之麻田散鐵（Martensite）又硬且脆？如何降低其脆性？（6 分）

對於Fe-0.8 wt% C 共析鋼而言： 波來鐵（Pearlite）、麻田散鐵（Martensite）、球形Fe3C（spheroiditic Fe3C）三種微結構 中，那一種結構最安定？那一種結構最不安定？請說明其原因。（6 分） 在600℃下，可以由波來鐵相變化成球形Fe3C，或由麻田散鐵相變化成球形Fe3C，那一種 比較容易進行？為什麼？（6 分）

AISI-304（Fe-19Cr-8Ni-0.08C）不鏽鋼是屬於沃斯田鐵型（Austenitic）不鏽鋼： 為什麼不鏽鋼不會生鏽？（2 分） AISI-304 不鏽鋼焊接後，極易在鄰近焊道處發生沿晶腐蝕的現象，說明其原因。如何 加以防治？（10 分）

下列晶體受到塑性變形（plastic deformation），請列出其滑動系統（slip systems）： 面心立方單晶（FCC single crystal）。（3 分） 體心立方單晶（BCC single crystal）。（3 分） 六方最密推積單晶（HCP single crystal）。（3 分） 鋁為一面心立方（FCC）晶體，其晶格參數（Lattice parameter）是3.2 × 10-10m，寫出其 完整差排（Perfect dislocation）之布格向量（Bugers vector）之方向與大小。（6 分） 101年公務人員特種考試外交領事人員外交行政人員考試、101年 公務人員特種考試國際經濟商務人員考試、101年公務人員特種考 試法務部調查局調查人員考試、101年公務人員特種考試國家安全 局國家安全情報人員考試、101年公務人員特種考試民航人員考 試、101年公務人員特種考試經濟部專利商標審查人員考試試題 代號： 考 試 別： 專利商標審查人員 類 科 組： 機械工程 全一張 （背面） 80170

依據Cu-Ag 相圖（如下圖所示）： 對於共晶組成CE（71.9 wt% Ag - 28.1 wt% Cu），在稍低於共晶溫度下（如778℃）， 計算α相與β相的重量百分比。（4 分） 依據圖中之4 種組成，分別繪製其理想的冷卻曲線（即溫度vs 時間之曲線）。（8 分） 圖中之成份(2)（組成約為Cu - 7 wt% Ag）由液相凝固時，其鑄造晶粒會發生核心結構 （coring）的微偏析(microsegregation)，請解釋其原因，並略述其形貌。如何消除或減 少晶粒的微偏析？（6 分） (1) (2) (3) (4) 六、固溶體（solid solution）合金是由溶質（solute）原子與溶劑（solvent）原子所組成： 固溶體合金可以分為那幾類？那一類固溶體合金之溶質原子與溶劑原子有可能完全互 溶？（6 分） 固溶體合金之溶質原子與溶劑原子要完全互溶，需要具備那些條件？（6 分） 七、由下列資料繪製金屬A 和B 在600℃～1000℃之間的假想相圖，相圖內請註明各區域之相 的名稱。（12 分） •金屬A之熔點是900℃、金屬B之熔點是850℃。 •在所有溫度範圍內，A 在B 中的固溶度（Solubility）可忽略。 •在600℃與750℃下，B 在A 中的固溶度分別是10 wt% B 與20 wt% B。 •兩個共晶（eutectic）點位於（750℃, 40 wt% B - 60 wt% A）與（700℃, 75 wt% B - 25 wt% A）。 •壹個共軛（congruent）熔點位於（800℃, 50 wt% B - 50 wt% A）。 •壹個金屬間化合物（intermetallic compound）AB 之組成是（50 wt% B - 50 wt% A）。

請回答以下有關金屬材料缺陷的問題：（12 分） 說明疊差（stacking fault）形成的原因。 何謂孿晶（twin）？說明孿晶發生在材料的例子。 利用金相顯微鏡觀察一已研磨浸蝕的退火狀態極低碳鋼試片之金相，在放大倍率 100 倍，統計出每平方英吋平均有128 個晶粒，請用美國材料試驗學會晶粒號碼 （ASTM grain size number）表示這個極低碳鋼試片的平均晶粒大小（grain size）。

高分子材料在一般的環境下使用，其機械性質會產生劣化（deterioration），請說明 產生劣化的原因，並說明改善的方法。（12 分）

請回答以下有關鋼鐵材料熱處理的問題：（12 分） 說明亞共析鋼材做正常化處理的目的，及繪出其熱處理循環（annealing cycle）圖 （含加熱循環及冷卻循環），並說明在加熱及冷卻階段鋼材顯微組織的變化。 冷軋後的鋼片須做製程退火（process annealing），請說明製程退火可分為幾個階 段？在每個階段其顯微組織和硬度的變化。

延性金屬材料在拉伸試驗時，其工程應力（σ）-工程應變（ε）圖在達到最高值後 因頸縮現象，而使工程應力開始下降，與實際材料行為不符。為解決此問題，須將 工程應力-工程應變圖轉換成真實應力（true stress, σT）-真實應變（true strain, εT） 圖；請回答以下問題：（12 分） 說明如何將工程應力-工程應變圖轉換成真實應力-真實應變圖，並用數學式說明 真實應力σT與σ、ε的關係以及真實應變εT與σ、ε的關係。 轉換後之真實應力σT-真實應變εT圖，其均勻變形區，請用數學式表示σT與εT 的關係，並定義相關的參數。

根據鐵-碳化鐵（Fe-Fe3C）相圖，請回答下列問題：（12 分） 在共晶反應（eutectic reaction）點，寫出其反應式，及對應的碳含量（wt%）和 溫度（℃）？ 在包晶反應（peritectic reaction）點，寫出其反應式，及對應的碳含量（wt%）和 溫度（℃）？ 在共析反應（eutectoid reaction）點，寫出其反應式，及對應的碳含量（wt%）和 溫度（℃）？ 沃斯田鐵相（austenite phase）可溶解最大的碳含量（wt%）？α-肥粒鐵相（α- ferrite phase）可溶解最大的碳含量（wt%）？ 99年公務人員特種考試海岸巡防人員考試、99年公務人員特種考試基層警察人員考試、 99年公務人員特種考試關務人員考試、99年公務人員特種考試經濟部專利商標審查人員考試、 99年第一次公務人員特種考試司法人員考試及99年國軍上校以上軍官轉任公務人員考試試題 類(科)別： 機械工程 全一張 (背面) 六、金屬材料有那幾種強化機構（strengthening mechanism）？請說明各種強化機構強化 的原因。（15 分） 七、請回答以下有關鋁合金的問題：（15 分） 美鋁協會規格的AA2024 是Al-Cu 系合金，請問AA3003，AA5052，AA6063， AA7075 等四種材料各屬於那一系合金？ 規格AA3004-H18，請說明“H18＂代表的意義。 規格AA7075-T6，請說明“T6＂代表的意義。 八、熱機處理（thermomechanical treatment）常應用在金屬材料的製造，何謂熱機處理？ 請舉例說明熱機處理在工業上應用的例子。（10 分）

材料的韌性（Toughness）如何定義？有那些方法可測量材料的韌性？（8 分）

於工廠實務上，常用那些方法來使鑄件晶粒細化？（10 分）

請以密勒指標（Miller index）依序寫出圖一的4 個晶向（lattice direction）指標和圖 二的3 個晶面（lattice plane）指標。需遵照密勒指標規定，例如括弧形式、負數、 有無分數、需不需要約分等。（注意：圖一之方向D 是從原點出發）（14 分）

試繪出共析鋼的恆溫變態圖（temperature time transformation diagram, TTT 圖）， 並註明橫軸、縱軸刻度及其定義，與圖內各線/區的意義。（假設TTT 圖的鼻部 （nose）位於0.5 秒/550℃，共析溫度位於727℃，麻田散鐵變態開始溫度250℃） （18 分）

機械強度測試中最常使用的抗拉試驗中，基本上最少可得到彈性係數（modulus of elasticity, Young’s modulus），降伏強度（yield strength），抗拉強度（tensile strength），伸長率（percentage of elongation）和斷面縮率（percentage of area reduction）等五個結果。（14 分） 請繪出典型延性材料的荷重-伸長曲線。其中荷重單位為公斤重（kgf），伸長量 單位為公厘（mm）。 說明如何將荷重-伸長曲線轉換成應力-應變曲線。 於抗拉試驗中可得的上述五個結果（參數），請說明此五個結果的定義和其單位 ，並在應力-應變曲線上標出降伏強度、抗拉強度、伸長率。 六、接觸腐蝕（Contact corrosion）又稱加凡尼腐蝕（Galvanic corrosion），請問什麼 是接觸腐蝕？（8 分） 圖一 圖二 A x 2 1 y 2 1 4 3 z D C B z 3 1 2 1 x B C A y 96 年公務人員特種考試經濟部專利商標審查人員考試試題 代號： 類 科： 機械工程 全一張 （背面） 30250 七、鑄鐵（cast iron）和一般的碳鋼（steel）如何分別？鑄鐵依其石墨的型態可分為灰 鑄鐵（gray cast iron），球狀石墨鑄鐵（spheroidal graphite cast iron），展性鑄鐵 （ductile cast iron, malleable cast iron），蠕墨鑄鐵（vermicular cast iron）等。請問 灰鑄鐵和球狀石墨鑄鐵的特性有何不同？並請分別列舉其可能的應用。（12 分） 八、鎂合金是近年來用於3C 產品的熱門材料，一般而言，鎂合金有那些特點（含優、 缺點）？（4 分） 九、請說明熱塑性塑膠（thermoplastic resins）和熱固性塑膠（thermosetting resins），並 就其特性做一比較。（12 分）