钢铁材料规格和选用标准手册.doc
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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：
板、线、管），适用尺寸等。
2.化学成分（ChemicalComposition）:
包括各项成分元素的含量范围或成分代号。
3.定性叙述（QualityStatement）:
指质量方面，例如炼钢方式或脱氧情况。
4.定量需求（QuantitativeRequirement）:
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（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，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ChineseNationalStandard的简写，CNS对钢铁材料的编号主要依据CNS109G1001（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：
SPCC：
Plate，钢板（冷轧）。
SUP：
UseSpring，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：
SCM420表示铬钼钢中编号420的材料
STB340表示锅炉及热交换器用钢，抗拉强度不
低于340N/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CNS2608G2018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
（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）
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：
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CNS2068H3021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JapaneseIndustralStandard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，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
13××
Ni-Cr
43××
镍钢
2×××
Ni（1.75﹪）
46××
0.50﹪Ni
20××
铬钢
5×××
1.50﹪Ni
21××
Cr（1.0﹪）
51××
3.50﹪Ni
23××
Cr（1.5﹪）
52××
镍铬钢
3×××
铬钒钢
6×××
1.25﹪Ni0.6﹪Cr
31××
钨钢
7×××
1.75﹪Ni1.0﹪Cr
32××
镍铬钼
8×××
3.50﹪Ni1.5﹪Cr
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
表示意义
A
钢铁类
B
非铁金属类
C
一般测试法
例如:
ASTMA36-77a其中A36-77a
分别表示（钢铁）（结构用）（1977年）（第一次修订）
又如:
ASTME8代表拉伸试验规范
ASME的表示法：
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UnifiedNumberingSystem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：
UNSG10XX0=SAE10XX，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DeutschIndustriellNorm的缩写，德国工业标准中钢铁材料的规格是在DIN17006，补充说明在DIN17007，1974年改为ISO制，以EURONORM27-74
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