圖解加工材料：兼顧品質╳成本╳交期之外觀與實用性

名人推薦：§設計人專業推薦§

王千睿　（國立臺灣師範大學設計學系教授）

陳德勝　（Xcellent卓嶽設計創意總監）　

潘炯丞　（BenQ數位家居產品事業部處長）

§日本讀者實證推薦§

「文科出身的製造業相關從業人員必讀！將艱深的材料知識以相當淺顯易懂的方式解說；恐怕沒有其他書比這本更讓人容易理解了。」

「以金屬材料為中心一直到非金屬材料都有廣泛的介紹，深入淺出的說明足見作者在實務經驗、學識、論述能力上都有過人的表現。」

「本書介紹業界常用金屬材料的主要特徵，易讀易懂；推薦用來擴大自己的視野跟知識範疇。」

陳德勝 卓嶽設計Xcellent Design創意總監

◎掌握材料，實現主動的設計力

在材料使用與材料知識的面向上，相信很多設計師與我有相同的經驗：大部分的材料選定方式都是依靠設計過程中與工程師討論及參考供應商提供的規格資料所決定的；筆者在從事工業設計30年的歷程中了解到，設計師對於材料的使用一直處於「被運用」的模式中，以致「設計」缺乏材料運用的原創性；當然，很多的「設計」也被侷限在現有材料工藝與「不知其所以然」的「指定運用」的盲點中。

當代設計思維中，創新的材料運用思維，不但可以創造原有產品品項的與眾不同，也大大增加設計的創新內涵。例如筆者所設計的Ader Chair，就是為了達到有韌性回彈的椅背支撐效果，協同材料廠商開發出一種具有韌性回彈的PA（尼龍），創造出全新的椅背支撐模式，並一舉獲得2014年IDEA獎的肯定。在我從業設計領域多年，深刻體悟設計師對於材料運用是一種基本職能，也是可以不斷創新的源泉。

材料的認識與運用對於工業設計師與其設計作品的品質影響巨大，筆者在閱讀完《圖解加工材料》之後，有感而發：用組織圖圖解說明材料的物理化學特性、加工處理過程與運用範疇，這樣的「一目了然」，對於大多數以圖像增加思考能力的設計師們，具有非常深遠的影響與價值。這也讓我在閱讀完這本書後更有感觸。雖然是「硬知識」的說明，卻有「軟置入」的使用者體驗，將生硬的理工知識轉化成為視覺溝通的記憶，這是「工業設計」職人的一項福音，也是我們可以期待工業設計學生或設計師不可或缺的參考資料。

陳德勝 卓嶽設計Xcellent Design創意總監

◎掌握材料，實現主動的設計力

在材料使用與材料知識的面向上，相信很多設計師與我有相同的經驗：大部分的材料選定方式都是依靠設計過程中與工程師討論及參考供應商提供的規格資料所決定的；筆者在從事工業設計30年的歷程中了解到，設計師對於材料的使用一直處於「被運用」的模式中，以致「設計」缺乏材料運用的原創性；當然，很多的「設計」也被侷限在現有材料工藝與「不知其所以然」的「指定運用」的盲點中。

當代設計思維中，創新的材料運用思維，不但可以創造原有產品品項的與眾不同，也大...

推薦序

●前言
‧製作產品時所必備的材料知識
為了解決上述困難
本書的預設讀者群
本書的構成和閱讀方式
本書所介紹的各種材料
關於單位
關於專門用語

目錄

●第一章 材料知識的全貌

‧掌握材料和熱處理的全貌
材料的全貌
熱處理的全貌
掌握主要材料的特徵

‧選擇材料時的重要考量因素
從品質‧費用‧交期的觀點來看
品質的參差程度
加工的容易程度和製造成本
備有多樣的形狀和尺寸
取得容易程度

‧為什麼材料知識是困難的？
妨礙理解的五大障礙
材料種類很多的理由
溶入其他的成分
為減少種類所做的規範
最難應付的結晶構造
材料光用看的沒有辦法判別
JIS規格和實務感覺的落差
只靠知識是很難選定材料的

●第二章 材料的性質和機械性質

‧和日常相同的感覺
以3大切入點檢視材料性質

‧強勁性是什麼？
機械性質的全貌
施力時所產生的彈性‧塑性‧破斷
彈性‧塑性‧破斷各自的活用案例
在「彈性範圍內使用」為結構組件的設計基準
將強勁性以「剛性」和「強度」分開理解
掌握住「剛性」和「強度」的意象
剛性的程度可以從縱彈性係數來理解
拉伸所產生的變形量可以簡單地計算
從降伏強度（耐力）和抗拉強度來理解強度
應力和應變（應用篇）
閱讀應力─應變曲線圖（應用篇）
以形狀和尺寸來對應「剛性」
在一般性的使用條件下，「強勁性」並不需要特別檢核

‧硬度和韌性
在「強勁性」之後理解「硬度」和「韌性」
「硬度」的定義
4種硬度試驗
「強勁性」和「硬度」在使用上的區分
對韌性的定義
「柔軟度」和「韌性」是不一樣的

●第三章 物理性質和化學性質

‧重量、導電率及磁性
靜態性的物理性質
表現重量的密度
表現通電容易程度的導電率
具磁性的材料

‧思考熱的影響
受熱所產生的延展與傳導速度
延展要從線性熱膨脹係數來讀取
計算因熱產生的延展量
圖面上指示的尺寸是以20度為條件
對於減少因熱產生的延展
表現傳熱速度的熱傳導率
關於化學性質─生鏽
對化學反應的性質
生鏽是本來就會有的樣子
發生生鏽的機制
惡性的紅鏽和良性的黑鏽
不鏽鋼和鋁也會生鏽
對紅鏽的對策
完美利用紅鏽的暖暖包

充電站 藉由鑽孔加工來實際感受材料的差異

●第四章 鋼鐵材料

‧從鐵礦石提煉出鋼鐵材料
為什麼鐵被廣泛使用？
在所有產業都被使用的鐵
產出鐵的製鐵和製鋼
以壓延機製作鋼（熱間壓延）
進一步壓延做成薄板（冷間壓延）
鑄造用的鑄鐵
高爐廠商和電爐廠商
從鐵礦石到鋼鐵材料

‧整體掌握鋼鐵材料
含碳量決定鐵的性質
依碳含量變化的各種特徵
主要的五大元素
區分碳鋼與合金鋼
鋼鐵材料的分類
熱間壓延的黑皮材和冷間壓延的磨光材
材料記號的讀法

‧碳鋼
碳鋼的全貌
市售品的形狀
SPC材（冷間壓延鋼板）
SS材（一般結構用壓延鋼材）
S-C材（機械結構用碳鋼鋼材）
S-K材（碳工具鋼鋼材）
其他碳鋼（SM材和SB材）

‧合金鋼
合金鋼的全貌
不鏽鋼（SUS材）的概要
各種不鏽鋼（SUS材）
合金工具鋼鋼材和高速工具鋼鋼材（SK*材）
機械結構用的碳鋼和合金鋼的差別
機械結構用合金鋼（SCr、SCM、SNC、SNC材）
超硬合金
高張力鋼
其他的合金鋼（SUP材、SUJ材）

‧鑄鐵
鑄鐵和鋼的加工方法不同
抗壓強度強但抗拉力強度弱的鑄鐵
FC材（灰口鑄鐵品）

●第五章 非鐵金屬材料及非金屬材料

‧鋁及鋁合金
使用率僅次於鐵的鋁
鋁的JIS記號
比較鐵與鋁的特徵
各種類特徵

‧銅和銅合金
銅的歷史比鐵還久
銅的JIS記號
將銅的特徵和鐵做比較
各種類的特徵

‧其他非鐵金屬材料
鈦和鈦合金
鎂和鎂合金

‧塑膠
塑膠概要
塑膠的分類
塑膠的全體樣貌
通用塑膠（壓克力樹脂和聚氯乙烯）
工程塑膠（聚碳酸酯）
熱固性塑料（酚醛樹脂/Bakelite/電木）

‧陶瓷
陶瓷為燒製品
陶瓷的分類
精密陶瓷

充電站 從切削性和焊接性來看材料特徵


●第六章 熱處理

‧為什麼要做熱處理？
熱處理的目的和全貌
加熱和冷卻的4個要素
各個熱處理的溫度控制

‧淬火回火
提升「硬度」和「韌性」
含碳量0.3%以上才有淬火效果
藉由回火來調整硬度和韌性
施作淬火的判斷
選擇合金鋼時的兩個理由
淬火時的淬裂和應變的對策

‧退火和正火
退火的目的
正火的目的

‧僅施做於表面的熱處理
將表面硬化的高週波淬火
將材料浸入碳素的滲碳處理
充電站最高品質的鐵就是日本傳統的玉鋼

●第七章 材料選定的程序

‧在選定材料時的基本考量
品質、成本和交期
為了使材料標準化

‧基本上用碳鋼，特殊用途則用合金鋼
介紹標準化的一個例子
最初的判斷基準為輕量度
成為通用材的SS400（舊SS41）
做為萬能選手的S45C
使用合金鋼SCr或 SCM的目的
黑皮材和磨光材
3.2mm以下的板金選用SPCC
需要耐磨性時選用SK95（舊SK4）
磨耗激烈時採用合金工具鋼或高速工具鋼
以消耗品來處理磨耗的思考方式
需要耐蝕性實則選用SUS304和SUS303
對應特急件就用SUS430
鋼板的固定尺寸

‧輕量的鋁材料
追求輕量
輕量化可動部位，裝置整體變小變便宜
速度也會變快
使人力作業輕鬆的輕量化
鋁材的選定程序
通用材的A5052和高強度材的A7075
薄板就選用A1100P

‧高自由度的塑膠材料
塑膠材料的選定程序
要更輕就選電木
活用透明性的壓克力樹脂和PVC
射出成型的材料和金屬模具設計及工法有關

‧在強勁性上活用材料力學
在材料知識的學習上不能搞錯的事
思考對張力和壓縮的強勁性對策
思考對彎曲的強勁性對策
薄板要以彎曲加工做為強勁性對策
學習材料力學的訣竅

‧推進材料的標準化
標準化的優點
從材料廠商取得資訊
透過活用尺寸表來降低成本
接著依用途來進行標準化
順利進行標準化的訣竅

‧做為應用篇的參考資訊
減低材料強勁性的主要原因
有關提高信賴程度的安全係數

‧從今以後的向上提升
材料知識只要掌握住基礎就算合格
應用篇的學習放到後頭
最想傳達的標準化
給技術人員
給採購‧營業人員
歸納標準化的優點

後記
參考圖書
附錄
索引

推薦序

●前言
‧製作產品時所必備的材料知識
為了解決上述困難
本書的預設讀者群
本書的構成和閱讀方式
本書所介紹的各種材料
關於單位
關於專門用語

目錄

●第一章 材料知識的全貌

‧掌握材料和熱處理的全貌
材料的全貌
熱處理的全貌
掌握主要材料的特徵

‧選擇材料時的重要考量因素
從品質‧費用‧交期的觀點來看
品質的參差程度
加工的容易程度和製造成本
備有多樣的形狀和尺寸
取得容易程度

‧為什麼材料知識是困難的？
妨礙理解的五大障礙
材料種類很多的理由
溶入其他的成分
為減少種類所做的規範
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