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学习目机械材料规格及选用1.理解机械材料规格意义。2.理解惯用机械材料规格。3.理解各种规格编号意义。4.能选取恰当金属材料。1-1前言规格(Specification)是产品需求论述，也是资料技术沟通根据。为了适合某一种特别用途，生产者固然必要促使产品可以符合需要，这样就有规范存在必要。而随着工业化限度提高及国际间贸易往来趋势，产品流通愈来愈频繁，为了增进效率及提供产品零件互换性，工业规格订定更是必然成果。在机械材料范畴方面，同样必要有一定规格，以作为生产者及使用者依循规范。完备规格应具备如下数据论述:1.合用范畴(Scope):涉及用途(如：板、线、管)，合用尺寸等。2.化学成分(ChemicalComposition):涉及各项成分元素含量范畴或成分代号。3.定性论述(QualityStatement):指质量方面，例如炼钢方式或脱氧状况。4.定量需求(QuantitativeRequirement):指定化学成分范畴、物理及机械性质需求，以适应使用上经济理由。5.其他需求(OtherRequirment):如特殊容许差、材料表面状况等。现今世界各国各依其工业化发展而有不同工业规格，例如：美国ANS(美国国标)、日本JIS(日本工业原则)、德国DIN(德国工业原则)等。而在针对机械材料规格方面，惯用还涉及ASTM(美国材料实验协会)、AISI(美国钢铁协会)、SAE(美国汽车协会)等，而国内重要则根据CNS(中华人民共和国国标)订定。材料选取及应用是学习材料规格重要目，因此本章最后举例阐明，如何在产品需求及有关考虑之下，选取恰当材料。1-2材料规格一种机械材料规格最重要可以由：材料种类、成分和机械性质来阐明。而为了原则化起见，材料必要经由一套严谨实验规范，保证其可靠度。世界各国均有其材料实验原则程序，国内也不例外，例如：CNS关于材料实验部份，其中「钢料之检查通则」(CNS2608,G)规定：本原则重要内容涉及：合用范畴、检查及重验三某些合用范畴：本原则合用于钢料之普通检查检查部份：阐明化学成分实验和机械性质实验试片取样及检查原则办法重验部份：阐明规格部份不合规定试片，必要经由复验鉴定合格及不合格。又如「非铁金属材料之检查通则」(CNS4195,H2045)中规定：本原则重要内容涉及：合用范畴、检查及重验三某些合用范畴：本原则规定非铁金属材料检查普通事项检查部份：规定关于外观、尺度、化学成分实验和机械性质实验试片取样及实验事项重验部份：阐明实验成果如部份规格与规定不合，必要经由重验鉴定合格及不合格。1-3惯用材料编号普通材料化学成分与机械性质是息息有关，因而惯用材料编号大多是以化学成分命名为主，再辅以机械性质(如第七章某些材料规格论述)。由于材料范畴很广，因而本章内容，重要以钢铁材料编号为主，此外辅以某些非铁金属及非金属材料来做阐明。在工业上，钢铁材料(涉及碳钢在内)必依其化学成分，使用一定编号以利于选用，这是基本结识。当前，在国内较惯用规格有三种：中华人民共和国国标(CNS)、日本工业原则(JIS)、美国钢铁学会－美国汽车工程师学会(AISI-SAE)。此外德国工业原则(DIN)和美国统一原则编号(UNS)有关业界有时也会采用。而其他尚有常用各国规格名称。1.中华人民共和国国标(CNS)（1）钢铁规格中华人民共和国国标CNS是ChineseNationalStandard简写，CNS对钢铁材料编号重要根据CNS109G1001(发布：民国36年3月，修订：民国85年3月)原则上由下列三某些构成：第一某些为材质，钢铁材料大某些以S(Steel钢)或F(Ferrum铁)表达。第二某些有两种不同表达法；a.表达原则名称或是制品用途。惯用有－P：Plate(薄板)、T：Tube(管)、U：Use(特殊用途)W：Wire(线材)F：Forging(锻造)C：Casting(锻造)例：SPCC：Plate，钢板(冷轧)。SUP：UseSpring，弹簧用钢b.用于构造钢料(涉及构造用碳钢及合金钢)，代表重要合金元素或含碳量(构造用碳钢时)，表达含碳量时，普通以含碳量之100倍数值表达，例：SCM420：铬钼钢，第420种S25C：碳钢，含碳量0.25％。第三某些为该材料之种类号码，或是最低抗拉强度、降伏强度。若是表达最小抗拉强度或最小降伏强度，普通以三位数字表达。例：SCM420表达铬钼钢中编号420材料STB340表达锅炉及热互换器用钢，抗拉强度不低于340N/mm2。以与合金量之表达法有所区别。惯用于建筑构造用等不须规定含碳量钢料场合。注：机械构造用钢料符号机械构造用钢料使用很广，因而CNS2608G特别在附录2中阐明合用范畴及其符号所代表意义：合用范畴：机械构造用碳钢钢料及构造用合金钢钢料种类符号之构成。a.符号顺序为钢之重要合金元素、重要合金元素含量或代表值、附加符号。其中除钢之代表符号S、碳之符号C之外。附加符号由第一群及第二群构成，第一群—为钢料为改进其性质(例如切削性)所添加特殊元素基本钢附加符号铅添加钢L硫添加钢S钙添加钢U特性附加符号硬化能保证钢H表面硬化用钢K（例）改进切削性之添加元素第二群—为钢料除化学成分之外保证特性（例）保证特殊特性之添加符号（例）S30C：碳钢，含碳量0.30﹪S20C4：碳钢，含碳量0.20﹪第四种构造用碳钢S(55)C：普通构造用碳钢，最小抗拉强度55kg/mm2S85WMo(HS)：含碳量0.85﹪钨钼高速钢OS90C(T)：以平炉炼钢法提炼，含碳量0.9﹪工具钢b.碳含量代表值。（2）铝及铝合金规格铝及铝合金之种类及符号系依CNS2068H3021之规定，合用范畴为锻铝、锻铝合金(如下简称锻铝合金)及铸铝、铸铝合金(如下简称铸铝合金)之合金种类及炼度符号。锻铝合金之编号依其合金成分，共分1xxx~8xxx系，另有9xxx系为备用，，铸铝合金之规格亦分1xxx~9xxx九系，其中6xxx系为备用，这些已如第九章所述。而所谓”炼度”系指”制造过程中，依加工、热解决等条件之差别所获得机械性质之区别”。炼度符号又分为基本符号与细分符号。基本符号为一字英文字母(大写)，细分符号为一位数字或多位数字组合并附在基本符号之后。a.基本符号铝合金炼度基本符号分为四种。b.细分符号铝合金炼度之基本符号H及T之细分符号，依下列规定。锻铝合金编号及化学成分。2.日本工业原则(JIS)JIS是JapaneseIndustralStandard简称，JIS对于钢铁材料编号大体可分两大类：（1）普通机械构造用碳钢：其材料编号办法和CNS第一种表达法相似。（例）S30C表达含碳量0.30﹪机械构造用碳钢（2）其他用途碳钢及合金钢：这一类钢材料编号表达法，大体可分三某些：第一某些为材质，钢以S、铁以F表达，其他非铁类如表11-。第二某些表达钢制品规格或用途，例如：K代表工具钢、TB代钢种编号钢种编号碳钢1×××耐热钢30×××普通碳钢10××钼钢4×××表锅炉用钢管、PC2代表冷轧钢板。第三某些为为钢料种别，以1,2,3来表达。此外如果需要，可将材料加工办法、热解决方式等附注于后，加工办法例如:D(Drawing)抽制、G(Grinding)研磨、T(Turning)车削、Ex(Extruded)挤制。热解决办法大多记于金属符号之后，并在两者之间加入-（例）SK2：第二种碳素工具钢SKS11：第十一种切削用工具钢SUH301：第301种耐热钢SUS301-1/2H：第301种不锈钢，1/2硬质材料3.惯用美国材料编号及规格（1）美国钢铁学会－美国汽车工程师学会(AISI-SAE)AISI和SAE在1941年共同订定钢铁材料分类，以四个(或五个)数目字为记号来分类。其中第一位数，表达钢料种类，如：镍钢为2、钨钢为7。第二位数，为重要合金元素百分值；0表达无其他合金元素。第三、四位数(或第三、四、伍位数字)代表含碳量。（例）SAE1045：含碳量0.45碳钢，与CNS中S45C钢料相称。SAE4140：含碳量0.40铬钼钢，与JIS中SCM4钢料相称。易削钢(加硫)11××Cr(0.7﹪)41××锰钢13××Ni-Cr43××首位字母表示意义A钢铁类B非铁金属类C普通测试法镍钢2×××Ni(1.75﹪)46××0.50﹪Ni20××铬钢5×××1.50﹪Ni21××Cr(1.0﹪)51××3.50﹪Ni23××Cr(1.5﹪)52××镍铬钢3×××铬钒钢6×××1.25﹪Ni0.6﹪Cr31××钨钢7×××1.75﹪Ni1.0﹪Cr32××镍铬钼8×××3.50﹪Ni1.5﹪Cr33××硅锰钢9×××（2）美国材料协会及美国机械工程师协会ASTM(ASME)ASTM是非常广泛被采用材料规范，它特色重要是针对产品特性及体现而定。ASTM表达法是以以字母+代号表达，再辅以年代之混合标示，ASME则采用了相称多ASTM规范，并此前置S表达。ASTM表达法:例如：ASTMA36-77a其中A36-77a分别表达(钢铁)(构造用)(1977年)(第一次修订)又如：ASTME8代表拉伸实验规范ASME表达法：例如：ASMESA213=ASTMA213而同一编号又可依化学成分(Grade)加工方式(Type)成品型态(Class)来区别。Grade重要论述其化学性质，Type指脱氧状况，Class:指某些其他性质。如：强度、表面光度等。（3）美国统一编号系统UNSUNS是UnifiedNumberingSystem简称，在1974年为ASTM及SAE联合制定，UNS自身只是一种编号，而非规格，它将金属分为17个系列编号并与原有体系配合，例如：UNSG10XX0=SAE10XX，而有索引、整合、参照意义，因而而称统一编号系统。4.德国工业原则(DIN)DIN并不是英文，而是德文DeutschIndustriellNorm缩写，德国工业原则中钢铁材料规格是在DIN17006，补充阐明在DIN17007，1974年改为ISO制，以EURONORM27-74代替。以英文字母和数字来论述其特性，字母规定钢铁种类、冶炼办法、合金材料、解决状况等、数字则规定钢铁材料、含碳量、抗拉强度、主合金之成分倍数等。（1）碳钢普通以碳元素标记及其含碳量表达，如C60表达含0.6％C碳钢。此外也有抗拉强度及其他表达法，例如:St50表达抗拉强度50kg/mm2之构造用碳钢，CK40表达含磷、硫量甚低之碳钢，抗拉强度为40kg/mm2。（2）高档钢料及低合金钢合金元素倍数Cr、Co、Mn、Ni、Si、W4Al、Be、Pb、Cu、Mo、Nb、Ta、Ti、V10P、S、N、Ce、C100B1000以其重要合金元素和含量为标记，但在其中第三某些含量，为避免小数点浮现，表达值都己经乘上固定倍数，而以整数型态呈现，因此由编号求取实际含量时必要再除以倍数。第一某些:含碳量第二某些:合金元素种类第三某些:合金元素含量例如:含碳量0.34％含铬量1％钢材，表达为34Cr4依此13CrV53即表达含碳量0.13％，含铬量5/4=1.25％，含钒量3/10=0.3％（3）高合金钢在标记前加上x，此外由于合金元素含量己高，因而不乘以倍数而直接表达。(如前述，高合金钢普通是指合金总含量在8％以上钢料)例如:含碳量0.12％不锈钢，含铬量18％含镍量8％，表达为X12CrNi188同理X10CrNi1810即表达含碳量0.10％高合金钢，含铬量18％含镍量10。如果要进一步标示其特性，可以在其记号先后加上英文字母表达例如：MASt426N(1)(2)(3)(4)(5)其中除(3)为主标记外，(1)(2)(4)(5)分别表达:熔炼方式、产品特性、保证性能类别、热解决状况等。（4）铸铁、铸钢此前置标记G代表普通铸件，此外加上其他字母来表达种类，随后之标示与钢编号相似，如表1所示。例如:GS-C30为铸钢，含碳量0.30％G-X120Mn12表达含碳量1.20％铸铁，含锰量12％。表1德国工业原则DIN之铸铁分类GS=铸钢GG=普通灰铸铁GGL=片状石墨铸铁GGG=球状石墨