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1、机械材料的规格及选用学习目的1.了解机械材料规格的意义。2.了解常用的机械材料规格。3.了解各种规格编号的意义。4.能选择适当的金属材料。1-1 前言规格(Specification)是产品需求的叙述，也是资料技术沟通的依据。为了适合某一种特别的用途，生产者当然必须促使产品能够符合需要，这样就有规范的存在必要。而随着工业化程度的提高及国际间贸易往来的趋势，产品的流通愈来愈频繁，为了增进效率及提供产品零件的互换性，工业规格的订定更是必然的结果。在机械材料的范畴方面，同样的必须有一定的规格，以作为生产者及使用者依循的规范。完备的规格应具有以下数据的叙述:1.适用范围(Scope):包括用途 (如：
2、板、线、管) ，适用尺寸等。2.化学成分(Chemical Composition):包括各项成分元素的含量范围或成分代号。3.定性叙述(Quality Statement):指品质方面，例如炼钢方式或脱氧情况。4.定量需求(Quantitative Requirement):指定化学成分范围、物理及机械性质需求，以适应使用上经济的理由。5.其它需求(Other Requirment):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的发展而有不同的工业规格，例如：美国的 ANS(美国国家标准) 、日本的 JIS(日本工业标准)、德国的DIN(德国工业标准)等。而在针对机械材料规格方面，
3、常用的还包括ASTM(美国材料试验协会 )、AISI( 美国钢铁协会)、SAE( 美国汽车协会)等，而我国主要则依据 CNS(中国国家标准 )订定。材料的选择及应用是学习材料规格的重要目的，所以本章最后举例说明，如何在产品需求及相关考虑之下，选择适当材料。1-2 材料的规格一种机械材料的规格最主要可以由：材料的种类、成份和机械性质来说明。而为了标准化起见，材料必须经由一套严谨的试验规范，确保其可靠度。世界各国都有其材料试验的标准程序，我国也不例外，例如：CNS 有关材料试验部份，其中 钢料之检验通则(CNS2608,G2018)规定：本标准主要内容包括：适用范围、检验及重验三部分适用范围：本标
4、准适用于钢料之一般检验检验部份：说明化学成份试验和机械性质试验的试片取样及检验 标准方法重验部份：说明规格部份不合规定的试片，必须经由复验判定合格及不合格。又如非铁金属材料之检验通则(CNS4195,H2045)中规定：本标准主要内容包括：适用范围、检验及重验三部分适用范围：本标准规定非铁金属材料检查一般事项检验部份：规定有关外观、尺度、化学成份试验和机械性质试验的试片取样及试验事项重验部份：说明试验结果如部份规格与规定不合，必须经由重验判定合格及不合格。1-3 常用的材料编号一般材料的化学成份与机械性质是息息相关的，因此常用的材料编号大多是以化学成份命名为主，再辅以机械性质(如第七章部分材料
5、的规格叙述)。由于材料范围很广，因此本章内容，主要以钢铁材料的编号为主，另外辅以部分非铁金属及非金属材料来做说明。在工业上，钢铁材料(包括碳钢在内)必依其化学成份，使用一定的编号以利于选用，这是基本的认识。目前，在我国较常用的规格有三种：中国国家标准(CNS) 、日本工业标准 (JIS)、美国钢铁学会美国汽车工程师学会(AISI-SAE)。另外德国工业标准(DIN)和美国统一标准编号(UNS)相关业界有时也会采用。而其它还有常见的各国规格名称。1中国国家标准(CNS)（1）钢铁的规格中国国家标准 CNS 是 Chinese National Standard 的简写，CNS对钢铁材料的编号主要
6、依据 CNS 109 G1001(公布：民国 36 年 3 月，修订：民国 85 年 3 月)原则上由下列三部分组成：第一部分为材质，钢铁材料大部分以 S(Steel 钢)或 F(Ferrum 铁) 表示。第二部分有两种不同的表示法；a表示标准名称或是制品用途。常用的有P：Plate(薄板) 、 T：Tube( 管 ) 、 U：Use(特殊用途)W：Wire(线材) F：Forging(锻造) C：Casting(铸造)例：S P CC：Plate，钢板( 冷轧) 。S UP：Use Spring，弹簧用钢b用于结构的钢料(包括结构用碳钢及合金钢) ，代表主要合金元素或含碳量(结构用碳钢时)，
7、表示含碳量时，通常以含碳量之 100倍数值表示，例：SCM420：铬钼钢，第 420 种S25C：碳钢，含碳量 0.25。第三部分为该材料之种类号码，或是最低抗拉强度、降伏强度。若是表示最小抗拉强度或最小降伏强度，通常以三位数字表示。 例：SCM 420 表示铬钼钢中编号 420 的材料STB 340 表示锅炉及热交换器用钢，抗拉强度不低于 340 N/mm2。 以与合金量之表示法有所区别。常用于建筑结构用等不须规定含碳量钢料的场合。注：机械结构用钢料的符号机械结构用钢料使用很广，因此 CNS 2608 G2018 特别在附录 2 中说明适用范围及其符号所代表的意义：适用范围：机械结构用碳钢钢
8、料及结构用合金钢钢料种类符号之组成。a符号顺序为钢之主要合金元素、主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组成，第一群为钢料为改善其性质(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钢 附加符号铅添加钢 L 硫添加钢 S钙添加钢 U第二群为钢料除化学成份之外的保证特性（例）保证特殊特性之添加符号特性 附加符号硬化能保证钢 H 表面硬化用钢 K（例） S 30 C：碳钢，含碳量 0.30S 20 C 4：碳钢，含碳量 0.20第四种构造用碳钢 S(55)C：一般构造用碳钢，最小抗拉强度 55kg/mm2S85WMo(
9、HS)：含碳量 0.85的钨钼高速钢OS90C(T)：以平炉炼钢法提炼，含碳量 0.9的工具钢b碳含量的代表值。（2）铝及铝合金的规格铝及铝合金之种类及符号系依 CNS 2068 H3021 之规定，适用范围为锻铝、锻铝合金(以下简称锻铝合金 )及铸铝、铸铝合金(以下简称铸铝合金) 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 1xxx8xxx 系，另有 9xxx系为备用， ，铸铝合金之规格亦分 1xxx9xxx 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、热处理等条件之差异所获得机械性质之区分”。炼度符号又分为基本符号与细分符号。基
10、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基本符号铝合金的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。锻铝合金的编号及化学成分。2日本工业标准(JIS)JIS 是 Japanese Industral Standard 的简称， JIS 对于钢铁材料的的编号大致可分两大类：（1）一般机械构造用碳钢：其材料编号方法和 CNS 的第一种表示法相同。（例）S30C 表示含碳量 0.30的机械构造用碳钢（2）其它用途的碳钢及合金钢：这一类钢的材料编号表示法，大致可分三部分：第一部分为材质，钢以 S、铁以 F 表示
11、，其它非铁类如表 11- 。第二部分表示钢制品的规格或用途，例如：K 代表工具钢、TB代 表锅炉用钢管、PC2 代表冷轧钢板。第三部分为为钢料的种别，以 1,2,3 来表示。此外如果需要，可将材料的加工方法、热处理方式等附注于后，加工方法例如:D(Drawing)抽制、G(Grinding)研磨、T(Turning)车削、Ex(Extruded)挤制。热处理方法大多记于金属符号之后，并在二者之间加入-（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常用的美国材料编号及规格（1）美国钢
12、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的分类，以四个(或五个) 数目字为记号来分类。其中第一位数，表示钢料的种类，如：镍钢为 2、钨钢为 7。第二位数，为主要合金元素的百分值；0 表示无其它合金元素。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 的碳钢，与 CNS 中 S45C 钢料相当。SAE4140：含碳量 0.40 的铬钼钢，与 JIS 中 SCM4 钢料相当。钢 种 编 号 钢 种 编 号碳钢 1 耐热钢 30普通碳钢 10 钼钢 4易削钢(加硫) 11 Cr(0.7) 41锰 钢 1
13、3 Ni-Cr 43镍钢 2 Ni(1.75) 460.50Ni 20 铬钢 51.50Ni 21 Cr(1.0) 513.50Ni 23 Cr(1.5) 52镍铬钢 3 铬钒钢 61.25Ni0.6Cr 31 钨钢 71.75Ni1.0Cr 32 镍铬钼 83.50Ni1.5Cr 33 硅锰钢 9（2）美国材料协会及美国机械工程师协会 ASTM(ASME)ASTM 是非常广泛被采用的材料规范，它的特色主要是针对产品的特性及表现而定。ASTM 表示法是以以字母+代号表示，再辅以年代之混合标示，ASME 则采用了相当多的 ASTM 规范，并以前置S 表示。ASTM 表示法:首位字母 表 示 意
14、义A 钢铁类B 非铁金属类C 一般测试法例如: ASTM A36-77a 其中 A 36 - 77 a分别表示 (钢铁)( 结构用)(1977 年)(第一次修订)又如: ASTM E8 代表拉伸试验规范ASME 的表示法：例如: ASME SA213 = ASTM A213而同一编号又可依化学成分(Grade)加工方式(Type) 成品型态(Class)来区分。Grade 主要叙述其化学性质，Type 指脱氧的情况，Class:指一些其它性质。如：强度、表面光度等。（3）美国统一编号系统 UNSUNS 是 Unified Numbering System 的简称，在 1974 年为 ASTM及
15、 SAE 联合制定， UNS 本身只是一种编号，而非规格，它将金属分为 17 个系列编号并与原有的体系配合，例如： UNS G10XX0 = SAE 10XX，而有索引、整合、参考的意义，因此而称统一编号系统。4德国工业标准(DIN)DIN 并不是英文，而是德文 Deutsch Industriell Norm 的缩写，德国工业标准中钢铁材料的规格是在 DIN 17006，补充说明在 DIN 17007，1974 年改为 ISO 制，以 EURONORM 27-74 替代。以英文字母和数字来叙述其特征，字母规定钢铁种类、冶炼方法、合金材料、处理情况等、数字则规定钢铁材料的、含碳量、抗拉强度、主合金之成分倍数等。（1）碳钢一般以碳元素标记及其含碳量表示，如 C60 表示含 0.6C 的碳钢。另外也有抗拉强度及其它表示法，例如:St50 表示抗拉强度50kg/mm2 之构造用碳钢，CK40 表示含磷、硫量甚低之碳钢，抗拉强度为 40kg/mm2。（2）高级钢料及低合金钢以其主要合金元素和含量为标记，但在其中第三部分含量，为避免小数点出现，表示值都己经乘上固定倍数，而以整数型态呈现，所以由编号求取实际含量时必须再除以倍数。第一部分:含碳量第二部分:合金元素种类第三部分:合金元素含量合金元素 倍数Cr、Co 、Mn、Ni、Si、W 4Al、Be 、Pb、Cu 、Mo 、Nb、Ta、
