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1、Solar Power University,机械材料的规格及选用 &金属热处理,Prepared by: Rock He,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
2、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：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：
3、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，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。,Solar Power University,机械材料的规格及选用,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
4、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
5、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
6、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：,Solar Power University,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：Fo
7、rging(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)，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
8、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,Solar Power University,Solar Power University,（例）改善切削性之添加元素,（例）保证特殊特性之添加符号,第
9、二群为钢料除化学成份之外的保证特性,（例） S 30 C：碳钢，含碳量0.30 S 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/mm2 S85WMo(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
10、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CN
11、S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，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）SK
12、2：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。,Solar Power University,Solar Power University,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） SAE104
13、5：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。,（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。,Solar Power University,ASTM表示法:,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
14、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 UNS UNS是Unified Numbering System 的简称，在1974年为ASTM及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。
15、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
16、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,Solar Power University,例如:含碳量0.34含铬量1的钢材，表示为34Cr4 依此 13CrV53 即表示含碳量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，因此不乘以倍数而直接表示。(如前述，高合金钢通常是指合金总含量在8以上的钢料) 例如:含碳量0.12的不锈钢，含铬量18含镍量8，表示为 X12CrNi18 8 同理 X10CrNi1810 即表示含碳量0.10的高合金钢，含铬量18 含镍量10。,如果要进一步标示其特性，可以在其记号前后加上英文字母表示 例如: M A St42 6 N (1)(2) (3) (
