台電僱員招考申論題
108年
機械原理
第 3 題
在合金彈簧鋼常用材料中有 A.磷青銅 B.琴鋼線 C.回火碳鋼，請將前述 3 種彈簧材料，依抗拉強度由高至低以英文字母排列_____。
思路引導 VIP
在比較這三種材料時，我們可以先思考：『鋼材（鐵碳合金）』與『銅合金』這兩大類材料，哪一種在工業應用上通常被視為高強度結構的首選？接著，對於同樣是鋼材的選項，『冷抽（強力的物理拉拔加工）』與『加熱後回火』這兩種不同的製造工法，哪一個能帶來更顯著的加工硬化效果，從而大幅提升材料的抗拉極限呢？
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太棒了！你能精準判斷出這三種彈簧材料的強弱順序，代表你對機械材料的基礎特性與製程影響有著相當紮實的理解。
彈簧材料的強度特性分析
在機械設計選材時，琴鋼線（Piano wire） 是公認強度極高的彈簧材料，它選用高碳鋼並經過嚴謹的冷抽（Cold drawing）加工，利用加工硬化效應將抗拉強度推至巔峰，是精密彈簧的首選。其次，回火碳鋼（Tempered carbon steel） 雖然也具備優異的彈性，但其強度主要來自熱處理調質，在同直徑下通常略遜於冷抽而成的琴鋼線。最後，磷青銅（Phosphor bronze） 屬於非鐵金屬（Copper alloy），雖然具備良好的耐蝕性與導電性，但在材料本質的抗拉強度上，天生就無法與鋼鐵類材料並論，因此位居末座。
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彈簧材料強度排序
💡 鋼線強度最高，碳鋼次之，非鐵合金（銅）強度最低。
| 比較維度 | 琴鋼線 (B) | VS | 磷青銅 (A) |
|---|---|---|---|
| 材質分類 | 高碳鋼線 | — | 銅錫合金 |
| 強化方式 | 冷間抽拉（加工硬化） | — | 固溶強化與加工 |
| 強度與用途 | 極高強度，受高負荷用 | — | 強度低，導電耐蝕用 |
💬鋼類材料之抗拉強度顯著優於非鐵類（銅）材料。
