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1、精选优质文档-倾情为你奉上第一章 工業用鋼 通常所指的鋼鐵材料是鋼和鑄鐵的總稱，指所有的鐵碳合金。在工業用鋼中除鐵、碳之外，還含有其他元素。分常存元素；偶存元素；隱存元素和合金元素。常存元素有錳、矽、硫、磷。偶存元素是由於礦石產地不同（有與鐵共存的共生礦混入）及以廢鋼為原料，在冶煉及工藝操作時帶入鋼中，如銅、鈦、釩、稀土元素等。隱存元素是指原子半徑較小的非金屬元素，如氧、氫等。合金元素是指為改變成分特別添加的元素，如鉻、鎳、鎢、鉬、釩等。碳素鋼（簡稱碳鋼）是含碳量大於0.0218%而小於2.11%的鐵碳合金。由於碳鋼具有較好的機械性能和工藝性能，並且產量大、價格較低，因此它是機械工程上應用十分
2、廣泛的金屬材料。但碳鋼也有某些不足之處，如硬化能較低、回火軟化抵抗較差、屈強比低。碳鋼的強度潛力雖經熱處理仍不能充分的發揮。為了滿足現代工業和科學技術的不斷發展，因而發展了合金鋼。合金鋼是在碳鋼的基礎上，添加某些合金元素，用以保證一定的生產和加工技術以及所要求的組織與性能的鐵基合金。合金鋼用量雖少，但卻非常重要。合金鋼有較好的性能，但也有不少缺點。最主要的是由於含有合金元素，其生產和加工工藝比碳鋼差，也比較複雜，價格也較昂貴。因此，在應用碳鋼能夠滿足要求時，一般不使用合金鋼。第一節 鋼的分類 鋼的種類繁多，為了便於生產、使用和研究，可以按照化學成分、冶金品質和用途對鋼進行分類。一、按化學成分分
3、類 1.按鋼材的化學成分可分為碳素鋼和合金鋼兩大類。2.碳素鋼按含碳量多少可分為低碳鋼（C%0.25%）、中碳鋼（C%=0.25%0.60%）和高碳鋼（C%0.6%）三類。 特別極軟鋼（C%0.08%）、極軟鋼（C%0.08%0.12%）、軟鋼（C%0.12%0.20%）、半軟鋼（C%0.20%0.30%）、半硬鋼（C%0.30%0.40%）、硬鋼（C%0.40%0.50%）、最硬鋼（C%0.50%0.60%）。3.合金鋼按合金元素的含量又可分為低合金鋼（合金元素總量10%）三類。4.合金鋼按合金元素的種類可分為錳鋼、鉻鋼、硼鋼、鉻鎳鋼、矽錳鋼、鉻钼鋼、鉻鎳钼等。二、按冶金品質分類1.按鋼中所
4、含有害雜質硫、磷的多少，可分為普通鋼（S%0.055%，P% 0.045%）、優質鋼（S%、P%0.040%）和高級優質鋼（S%0.030%，P%0.035%）三類。2.此外，按冶煉時脫氧程度不同，可將鋼分為輕度脫氧之未凈鋼（rimmed Steel）、充分脫氧之全靜鋼（Killed Steel）和中度脫氧之半靜鋼（Semi- Killed Steel）三類。三、按用途分類1.按鋼的用途可分為結構鋼、工具鋼、特殊鋼三大類。2.結構鋼又分為工程結構件用鋼和機械構造零件用鋼兩部分。工程構件用鋼包括建築工程用鋼、橋樑工程用鋼、船舶工程用鋼、車輛工程用鋼。機械用鋼包括調質鋼、彈簧鋼、滾動軸承鋼、滲碳和
5、滲氮鋼、耐磨鋼等。這類鋼一般屬於低、中碳鋼和低、中合金鋼。3.工具鋼分為刃具鋼、量具鋼、模具鋼。主要用於製造各種刀具、模具和量具，這類鋼一般屬於高碳、高合金鋼。4.特殊性能鋼分為號規用鋼、易切鋼、軸承鋼、彈簧鋼、磁性用鋼、不銹鋼、耐熱鋼等。這類鋼主要用於各種特殊要求的場合，如化學工業用的不鏽耐酸鋼、核電站用的耐熱鋼等。四、按金相組織分類1.按鋼退火態的金相組織可分為亞共析鋼（hypo-eutectiod steel）、共析 鋼 （eutectiod steel）、過共析鋼（hyper- eutectiod steel）三種。2.按鋼正常化態的金相組織可分為波來體鋼（Pearlite steel
6、）、變韌體鋼（Bainite Steel）、麻田散體鋼（Martensite Steel）、沃斯田體鋼（Austenite Steel）等四種。在給鋼的產品命名時，往往把成分、品質和用途幾種分類方法結合起來。如碳素結構鋼、優質碳素結構鋼、碳素工具鋼、高級優質碳素工具鋼、合金結構鋼、合金工具鋼、高速工具鋼等五、鋼的發展趨勢目前，鋼的發展趨勢有以下特點：1新鋼種不斷增加為適應工業和科學技術的發展對鋼提出的日益增高的要求，不斷創造出具有某些特殊性能的新鋼種。鋼的種類在不斷地增加。2舊鋼種不斷減少為了生產、管理和使用的方便，目前大量使用的成熟鋼種又在不斷地減少，集中生產使用效果較好的通用性強的少數品種
7、。3舊的生產工藝不斷改進，鋼的性能不斷提高在發展新鋼種的同時，集中力量改進鋼的生產工藝，提高現有鋼種的質量。例如，在鋼的冶煉上採用真空冶煉，電渣重熔或真空去氣等技術，大大減少鋼中的有害雜質和氣體，提高鋼的性能。因此對於同一種鋼，由於生產工藝的改進，性能也不斷在提高。4鋼的純淨度越來越高為了適應科學技術發展對鋼材性能的要求，發展出了高純淨度鋼。其基本特點是高純淨度，硫、磷含量極低，已經達到百萬分之一數量級。超純淨鋼晶粒非常細小，無應變時效，成形性能極佳，被稱為新一代超級鋼。六、機械工業用新金屬材料及精密陶瓷1. 超高強韌鋼麻田散體鋼、二次硬化鋼（thermo-mechanical treatme
8、nt）、麻時效鋼（marage steel）2. 形狀記憶合金（shape memory alloy）3. 超塑性合金（superplasticity alloy）4. 非晶質合金（amorphous alloy）5. 儲氫合金（hydrogen storage alloy）6. 精密陶瓷（fine ceramics）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
9、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：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
10、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，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
11、：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
12、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
13、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
14、殊用途)、 W：Wire(線材) 、F：Forging(鍛造) C：Casting(鑄造) 例：S P CC：Plate，鋼板(冷軋)。 SUP：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)，表示含碳量時，通常以含碳量之100倍數值表示， 例：SCM420：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
15、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
