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1、機械材料的規格及選用學習目的1.瞭解機械材料規格的意義。2.瞭解常用的機械材料規格。3.瞭解各種規格編號的意義。4.能選擇適當的金屬材料。1-1 前言規格(Specification) 是產品需求的敘述，也是資料技術溝通的依據。為了適合某一種特別的用途，生產者當然必須促使產品能夠符合需要，這樣就有規範的存在必要。而隨著工業化程度的提高及國際間貿易往來的趨勢，產品的流通愈來愈頻繁，為了增進效率及提供產品零件的互換性，工業規格的訂定更是必然的結果。在機械材料的範疇方面，同樣的必須有一定的規格，以作為生產者及使用者依循的規範。完備的規格應具有以下資料的敘述:1.適用範圍(Scope):包括用途(如：
2、板、線、管)，適用尺寸等。2.化學成分(Chemical Composition):包括各項成分元素的含量範圍或成分代號。3.定性敘述(Quality Statement):指品質方面，例如煉鋼方式或脫氧情況。4.定量需求(Quantitative Requirement):指定化學成分範圍、物理及機械性質需求，以適應使用上經濟的理由。5.其他需求(Other Requirment):如特殊容許差、材料表面狀況等。現今世界各國各依其工業化的發展而有不同的工業規格，例如：美國的 ANS(美國國家標準) 、日本的 JIS(日本工業標準 )、德國的 DIN(德國工業標準)等。而在針對機械材料規格方面
3、，常用的還包括 ASTM(美國材料試驗協會)、AISI(美國鋼鐵協會)、SAE(美國汽車協會 )等，而我國主要則依據 CNS(中國國家標準)訂定。材料的選擇及應用是學習材料規格的重要目的，所以本章最後舉例說明，如何在產品需求及相關考慮之下，選擇適當材料。1-2 材料的規格一種機械材料的規格最主要可以由：材料的種類、成份和機械性質來說明。而為了標準化起見，材料必須經由一套嚴謹的試驗規範，確保其可靠度。世界各國都有其材料試驗的標準程序，我國也不例外，例如：CNS 有關材料試驗部份，其中鋼料之檢驗通則(CNS2608,G2018)規定：本標準主要內容包括：適用範圍、檢驗及重驗三部分適用範圍：本標準適
4、用於鋼料之一般檢驗檢驗部份：說明化學成份試驗和機械性質試驗的試片取樣及檢驗標準方法重驗部份：說明規格部份不合規定的試片，必須經由複驗判定合格及不合格。又如非鐵金屬材料之檢驗通則(CNS4195,H2045)中規定：本標準主要內容包括：適用範圍、檢驗及重驗三部分適用範圍：本標準規定非鐵金屬材料檢查一般事項檢驗部份：規定有關外觀、尺度、化學成份試驗和機械性質試驗的試片取樣及試驗事項重驗部份：說明試驗結果如部份規格與規定不合，必須經由重驗判定合格及不合格。1-3 常用的材料編號一般材料的化學成份與機械性質是息息相關的，因此常用的材料編號大多是以化學成份命名為主，再輔以機械性質(如第七章部分材料的規格
5、敘述)。由於材料範圍很廣，因此本章內容，主要以鋼鐵材料的編號為主，另外輔以部分非鐵金屬及非金屬材料來做說明。在工業上，鋼鐵材料(包括碳鋼在內)必依其化學成份，使用一定的編號以利於選用，這是基本的認識。目前，在我國較常用的規格有三種：中國國家標準(CNS)、日本工業標準(JIS)、美國鋼鐵學會美國汽車工程師學會 (AISI-SAE)。另外德國工業標準(DIN)和美國統一標準編號(UNS) 相關業界有時也會採用。而其它還有常見的各國規格名稱。1中國國家標準(CNS)（1）鋼鐵的規格中國國家標準 CNS 是 Chinese National Standard 的簡寫，CNS 對鋼鐵材料的編號主要依據
6、 CNS 109 G1001(公佈：民國 36 年 3 月，修訂：民國 85 年 3 月)原則上由下列三部分組成：第一部分為材質，鋼鐵材料大部分以 S(Steel 鋼)或 F(Ferrum 鐵) 表示。第二部分有兩種不同的表示法；a表示標準名稱或是製品用途。常用的有P：Plate(薄板) 、 T：Tube(管) 、 U：Use( 特殊用途 )W：Wire(線材) F：Forging( 鍛造) C：Casting(鑄造)例：S P CC：Plate，鋼板(冷軋)。S UP：Use Spring，彈簧用鋼b用於結構的鋼料(包括結構用碳鋼及合金鋼 )，代表主要合金元素或含碳量(結構用碳鋼時) ，表示
7、含碳量時，通常以含碳量之 100 倍數值表示，例：SCM 420：鉻鉬鋼，第 420 種S25C：碳鋼，含碳量 0.25。第三部分為該材料之種類號碼，或是最低抗拉強度、降伏強度。若是表示最小抗拉強度或最小降伏強度，通常以三位數字表示。例：SCM 420 表示鉻鉬鋼中編號 420 的材料STB 340 表示鍋爐及熱交換器用鋼，抗拉強度不低於 340 N/mm2。 以與合金量之表示法有所區別。常用於建築結構用等不須規定含碳量鋼料的場合。註：機械結構用鋼料的符號機械結構用鋼料使用很廣，因此 CNS 2608 G2018 特別在附錄 2 中說明適用範圍及其符號所代表的意義：適用範圍：機械結構用碳鋼鋼料
8、及結構用合金鋼鋼料種類符號之組成。a符號順序為鋼之主要合金元素、主要合金元素含量或代表值、附加符號。其中除鋼之代表符號 S、碳之符號 C 之外。附加符號由第一群及第二群組成，第一群為鋼料為改善其性質(例如切削性)所添加的特殊元素（例）改善切削性之添加元素基本鋼 附加符號鉛添加鋼 L 硫添加鋼 S鈣添加鋼 U第二群為鋼料除化學成份之外的保證特性（例）保證特殊特性之添加符號特性 附加符號硬化能保證鋼 H 表面硬化用鋼 K（例） S 30 C：碳鋼，含碳量 0.30S 20 C 4：碳鋼，含碳量 0.20第四種構造用碳鋼 S(55)C：一般構造用碳鋼，最小抗拉強度 55kg/mm2S85WMo(HS
9、)：含碳量 0.85的鎢鉬高速鋼OS90C(T)：以平爐煉鋼法提煉，含碳量 0.9的工具鋼b碳含量的代表值。（2）鋁及鋁合金的規格鋁及鋁合金之種類及符號係依 CNS 2068 H3021 之規定，適用範圍為鍛鋁、鍛鋁合金(以下簡稱鍛鋁合金) 及鑄鋁、鑄鋁合金(以下簡稱鑄鋁合金)之合金種類及鍊度符號。鍛鋁合金之編號依其合金成分，共分 1xxx8xxx 系，另有 9xxx 系為備用， ，鑄鋁合金之規格亦分 1xxx9xxx 九系，其中 6xxx 系為備用，這些已如第九章所述。而所謂”鍊度”係指” 製造過程中，依加工、熱處理等條件之差異所獲得機械性質之區分”。鍊度符號又分為基本符號與細分符號。基本符
10、號為一字英文字母(大寫) ，細分符號為一位數字或多位數字組合並附在基本符號之後。a基本符號鋁合金的鍊度基本符號分為四種。b細分符號 鋁合金鍊度之基本符號 H 及 T 之細分符號，依下列規定。鍛鋁合金的編號及化學成分。2日本工業標準(JIS)JIS 是 Japanese Industral Standard 的簡稱，JIS 對於鋼鐵材料的的編號大致可分兩大類：（1）一般機械構造用碳鋼：其材料編號方法和 CNS 的第一種表示法相同。（例）S30C 表示含碳量 0.30的機械構造用碳鋼（2）其他用途的碳鋼及合金鋼：這一類鋼的材料編號表示法，大致可分三部分：第一部分為材質，鋼以 S、鐵以 F 表示，其
11、他非鐵類如表 11- 。第二部分表示鋼製品的規格或用途，例如：K 代表工具鋼、 TB 代 表鍋爐用鋼管、PC2 代表冷軋鋼板。第三部分為為鋼料的種別，以 1,2,3 來表示。此外如果需要，可將材料的加工方法、熱處理方式等附註於後，加工方法例如:D(Drawing)抽製、G(Grinding)研磨、T(Turning)車削、Ex(Extruded)擠製。熱處理方法大多記於金屬符號之後，並在二者之間加入-（例）SK2：第二種碳素工具鋼SKS11：第十一種切削用工具鋼SUH301：第 301 種耐熱鋼SUS301-1/2H：第 301 種不銹鋼，1/2 硬質材料3常用的美國材料編號及規格（1）美國鋼
12、鐵學會美國汽車工程師學會 (AISI-SAE)AISI 和 SAE 在 1941 年共同訂定鋼鐵材料的分類，以四個(或五個)數目字為記號來分類。其中第一位數，表示鋼料的種類，如：鎳鋼為 2、鎢鋼為 7。第二位數，為主要合金元素的百分值；0 表示無其他合金元素。第三、四位數(或第三、四、伍位數字)代表含碳量。（例）SAE1045：含碳量 0.45 的碳鋼，與 CNS 中 S45C 鋼料相當。SAE4140：含碳量 0.40 的鉻鉬鋼，與 JIS 中 SCM4 鋼料相當。鋼 種 編 號 鋼 種 編 號碳鋼 1 耐熱鋼 30普通碳鋼 10 鉬鋼 4易削鋼 (加硫) 11 Cr(0.7) 41錳 鋼
13、13 Ni-Cr 43鎳鋼 2 Ni(1.75) 460.50Ni 20 鉻鋼 51.50Ni 21 Cr(1.0) 513.50Ni 23 Cr(1.5) 52鎳鉻鋼 3 鉻釩鋼 61.25Ni0.6Cr 31 鎢鋼 71.75Ni1.0Cr 32 鎳鉻鉬 83.50Ni1.5Cr 33 矽錳鋼 9（2）美國材料協會及美國機械工程師協會 ASTM(ASME)ASTM 是非常廣泛被採用的材料規範，它的特色主要是針對產品的特性及表現而定。ASTM 表示法是以以字母+ 代號表示，再輔以年代之混合標示，ASME 則採用了相當多的 ASTM 規範，並以前置 S 表示。ASTM 表示法:首位字母 表 示
14、 意 義A 鋼鐵類B 非鐵金屬類C 一般測試法例如: ASTM A36-77a 其中 A 36 - 77 a分別表示 (鋼鐵)(結構用)(1977 年)(第一次修訂 )又如: ASTM E8 代表拉伸試驗規範ASME 的表示法：例如: ASME SA213 = ASTM A213而同一編號又可依化學成分(Grade) 加工方式(Type) 成品型態(Class) 來區分。Grade主要敘述其化學性質，Type 指脫氧的情況，Class:指一些其他性質。如：強度、表面光度等。（3）美國統一編號系統 UNSUNS 是 Unified Numbering System 的簡稱，在 1974 年為 A
15、STM 及 SAE 聯合制定，UNS 本身只是一種編號，而非規格，它將金屬分為 17 個系列編號並與原有的體系配合，例如： UNS G10XX0 = SAE 10XX，而有索引、整合、參考的意義，因此而稱統一編號系統。4德國工業標準(DIN)DIN 並不是英文，而是德文 Deutsch Industriell Norm 的縮寫，德國工業標準中鋼鐵材料的規格是在 DIN 17006，補充說明在 DIN 17007，1974 年改為 ISO 制，以 EURONORM 27-74 替代。以英文字母和數字來敘述其特徵，字母規定鋼鐵種類、冶煉方法、合金材料、處理情況等、數字則規定鋼鐵材料的、含碳量、抗拉
16、強度、主合金之成分倍數等。（1）碳鋼一般以碳元素標記及其含碳量表示，如 C60 表示含 0.6C 的碳鋼。另外也有抗拉強度及其他表示法，例如:St50 表示抗拉強度 50kg/mm2 之構造用碳鋼，CK40 表示含磷、硫量甚低之碳鋼，抗拉強度為 40kg/mm2。（2）高級鋼料及低合金鋼以其主要合金元素和含量為標記，但在其中第三部分含量，為避免小數點出現，表示值都己經乘上固定倍數，而以整數型態呈現，所以由編號求取實際含量時必須再除以倍數。第一部分:含碳量第二部分:合金元素種類第三部分:合金元素含量合金元素 倍數Cr、 Co、Mn 、 Ni、Si、W 4Al、Be、Pb、Cu 、Mo 、Nb、Ta、Ti、V 10P、S、N 、Ce、C 100B 1000
