遼寧2011高考試卷

1、機(jī)械材料的規(guī)格及選用學(xué)習(xí)目的1.了解機(jī)械材料規(guī)格的意義。2.了解常用的機(jī)械材料規(guī)格。3.了解各種規(guī)格編號(hào)的意義。4.能選擇適當(dāng)?shù)慕饘俨牧稀?-1前言規(guī)格(Specification)是產(chǎn)品需求的敘述，也是資料技術(shù)溝通的依據(jù)。為了適合某一種特別的用途，生產(chǎn)者當(dāng)然必須促使產(chǎn)品能夠符合需要，這樣就有規(guī)范的存在必要。而隨著工業(yè)化程度的提高及國(guó)際間貿(mào)易往來的趨勢(shì)，產(chǎn)品的流通愈來愈頻繁，為了增進(jìn)效率及提供產(chǎn)品零件的互換性，工業(yè)規(guī)格的訂定更是必然的結(jié)果。在機(jī)械材料的范疇方面，同樣的必須有一定的規(guī)格，以作為生產(chǎn)者及使用者依循的規(guī)范。完備的規(guī)格應(yīng)具有以下數(shù)據(jù)的敘述:1.適用范圍(Scope):包括用途(如：板、

2、線、管)，適用尺寸等。2.化學(xué)成分(Chemical Composition):包括各項(xiàng)成分元素的含量范圍或成分代號(hào)。3.定性敘述(Quality Statement):指品質(zhì)方面，例如煉鋼方式或脫氧情況。4.定量需求(Quantitative Requirement):指定化學(xué)成分范圍、物理及機(jī)械性質(zhì)需求，以適應(yīng)使用上經(jīng)濟(jì)的理由。5.其它需求(Other Requirment):如特殊容許差、材料表面狀況等?，F(xiàn)今世界各國(guó)各依其工業(yè)化的發(fā)展而有不同的工業(yè)規(guī)格，例如：美國(guó)的ANS(美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn))、日本的JIS(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))、德國(guó)的DIN(德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))等。而在針對(duì)機(jī)械材料規(guī)格方面，常用的還包括

3、ASTM(美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì))、AISI(美國(guó)鋼鐵協(xié)會(huì))、SAE(美國(guó)汽車協(xié)會(huì))等，而我國(guó)主要?jiǎng)t依據(jù)CNS(中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn))訂定。材料的選擇及應(yīng)用是學(xué)習(xí)材料規(guī)格的重要目的，所以本章最后舉例說明，如何在產(chǎn)品需求及相關(guān)考慮之下，選擇適當(dāng)材料。1-2材料的規(guī)格一種機(jī)械材料的規(guī)格最主要可以由：材料的種類、成份和機(jī)械性質(zhì)來說明。而為了標(biāo)準(zhǔn)化起見，材料必須經(jīng)由一套嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑囼?yàn)規(guī)范，確保其可靠度。世界各國(guó)都有其材料試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)程序，我國(guó)也不例外，例如：CNS有關(guān)材料試驗(yàn)部份，其中鋼料之檢驗(yàn)通則(CNS2608,G2018)規(guī)定： 本標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容包括：適用范圍、檢驗(yàn)及重驗(yàn)三部分適用范圍：本標(biāo)準(zhǔn)適用于鋼料之一般檢驗(yàn)檢驗(yàn)

4、部份：說明化學(xué)成份試驗(yàn)和機(jī)械性質(zhì)試驗(yàn)的試片取樣及檢驗(yàn) 標(biāo)準(zhǔn)方法重驗(yàn)部份：說明規(guī)格部份不合規(guī)定的試片，必須經(jīng)由復(fù)驗(yàn)判定 合格及不合格。又如非鐵金屬材料之檢驗(yàn)通則(CNS4195,H2045)中規(guī)定：本標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容包括：適用范圍、檢驗(yàn)及重驗(yàn)三部分適用范圍：本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定非鐵金屬材料檢查一般事項(xiàng)檢驗(yàn)部份：規(guī)定有關(guān)外觀、尺度、化學(xué)成份試驗(yàn)和機(jī)械性質(zhì)試驗(yàn) 的試片取樣及試驗(yàn)事項(xiàng)重驗(yàn)部份：說明試驗(yàn)結(jié)果如部份規(guī)格與規(guī)定不合，必須經(jīng)由重驗(yàn) 判定合格及不合格。1-3常用的材料編號(hào) 一般材料的化學(xué)成份與機(jī)械性質(zhì)是息息相關(guān)的，因此常用的材料編號(hào)大多是以化學(xué)成份命名為主，再輔以機(jī)械性質(zhì)(如第七章部分材料的規(guī)格敘述)。由于材

5、料范圍很廣，因此本章內(nèi)容，主要以鋼鐵材料的編號(hào)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(yè)上，鋼鐵材料(包括碳鋼在內(nèi))必依其化學(xué)成份，使用一定的編號(hào)以利于選用，這是基本的認(rèn)識(shí)。目前，在我國(guó)較常用的規(guī)格有三種：中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(CNS)、日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)、美國(guó)鋼鐵學(xué)會(huì)美國(guó)汽車工程師學(xué)會(huì)(AISI-SAE)。另外德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(DIN)和美國(guó)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)(UNS)相關(guān)業(yè)界有時(shí)也會(huì)采用。而其它還有常見的各國(guó)規(guī)格名稱。1中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(CNS)（1）鋼鐵的規(guī)格中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)CNS是Chinese National Standard的簡(jiǎn)寫，CNS對(duì)鋼鐵材料的編號(hào)主要依據(jù)CNS 109 G1001(

6、公布：民國(guó)36年3月，修訂：民國(guó)85年3月)原則上由下列三部分組成：第一部分為材質(zhì)，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(biāo)準(zhǔn)名稱或是制品用途。常用的有P：Plate(薄板) 、 T：Tube(管) 、 U：Use(特殊用途) W：Wire(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用于結(jié)構(gòu)的鋼料(包括結(jié)構(gòu)用碳鋼及合金鋼)，代表主要合金元素或含碳量(結(jié)構(gòu)用碳鋼時(shí))，表示含碳量時(shí)，通常以含碳量之100倍數(shù)值表示， 例：SCM

7、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(hào)碼，或是最低抗拉強(qiáng)度、降伏強(qiáng)度。若是表示最小抗拉強(qiáng)度或最小降伏強(qiáng)度，通常以三位數(shù)字表示。 例：SCM 420 表示鉻鉬鋼中編號(hào)420的材料 STB 340 表示鍋爐及熱交換器用鋼，抗拉強(qiáng)度不 低于340 N/mm2。 以與合金量之表示法有所區(qū)別。常用于建筑結(jié)構(gòu)用等不須規(guī)定含碳量鋼料的場(chǎng)合。注：機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼料的符號(hào)機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼料使用很廣，因此CNS 2608 G2018特別在附錄2中說明適用范圍及其符號(hào)所代表的意義：適用范圍：機(jī)械結(jié)構(gòu)用碳鋼鋼料及結(jié)構(gòu)用合金鋼鋼料種類符號(hào)之組成。 a符號(hào)順序?yàn)殇撝饕辖鹪?、主?/p>

8、合金元素含量或代表值、附加符號(hào)。其中除鋼之代表符號(hào)S、碳之符號(hào)C之外。附加符號(hào)由第一群及第二群組成，第一群為鋼料為改善其性質(zhì)(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(hào)鉛添加鋼L 硫添加鋼S鈣添加鋼U第二群為鋼料除化學(xué)成份之外的保證特性（例）保證特殊特性之添加符號(hào)特性附加符號(hào)硬化能保證鋼H 表面硬化用鋼K（例） S 30 C：碳鋼，含碳量0.30 S 20 C 4：碳鋼，含碳量0.20第四種構(gòu)造用碳鋼 S(55)C：一般構(gòu)造用碳鋼，最小抗拉強(qiáng)度55kg/mm2 S85WMo(HS)：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

9、碳含量的代表值。（2）鋁及鋁合金的規(guī)格鋁及鋁合金之種類及符號(hào)系依CNS 2068 H3021之規(guī)定，適用范圍為鍛鋁、鍛鋁合金(以下簡(jiǎn)稱鍛鋁合金)及鑄鋁、鑄鋁合金(以下簡(jiǎn)稱鑄鋁合金)之合金種類及煉度符號(hào)。鍛鋁合金之編號(hào)依其合金成分，共分1xxx8xxx系，另有9xxx系為備用，鑄鋁合金之規(guī)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”煉度”系指”制造過程中，依加工、熱處理等條件之差異所獲得機(jī)械性質(zhì)之區(qū)分”。煉度符號(hào)又分為基本符號(hào)與細(xì)分符號(hào)。基本符號(hào)為一字英文字母(大寫)，細(xì)分符號(hào)為一位數(shù)字或多位數(shù)字組合并附在基本符號(hào)之后。a基本符號(hào)鋁合金的煉度基本符號(hào)分為四種。b

10、細(xì)分符號(hào) 鋁合金煉度之基本符號(hào)H及T之細(xì)分符號(hào)，依下列規(guī)定。鍛鋁合金的編號(hào)及化學(xué)成分。2日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)JIS是Japanese Industral Standard 的簡(jiǎn)稱，JIS對(duì)于鋼鐵材料的的編號(hào)大致可分兩大類：（1）一般機(jī)械構(gòu)造用碳鋼： 其材料編號(hào)方法和CNS的第一種表示法相同。（例）S30C表示含碳量0.30的機(jī)械構(gòu)造用碳鋼（2）其它用途的碳鋼及合金鋼： 這一類鋼的材料編號(hào)表示法，大致可分三部分：第一部分為材質(zhì)，鋼以S、鐵以F表示，其它非鐵類如表11- 。第二部分表示鋼制品的規(guī)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,

11、2,3來表示。此外如果需要，可將材料的加工方法、熱處理方式等附注于后，加工方法例如:D(Drawing)抽制、G(Grinding)研磨、T(Turning)車削、Ex(Extruded)擠制。熱處理方法大多記于金屬符號(hào)之后，并在二者之間加入-（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(zhì)材料3常用的美國(guó)材料編號(hào)及規(guī)格（1）美國(guó)鋼鐵學(xué)會(huì)美國(guó)汽車工程師學(xué)會(huì)(AISI-SAE) AISI和SAE在1941年共同訂定鋼鐵材料的分類，以四個(gè)(或五個(gè))數(shù)目字為記號(hào)來分類。其中第一位數(shù)，表示鋼料的種類，

12、如：鎳鋼為2、鎢鋼為7。第二位數(shù)，為主要合金元素的百分值；0表示無其它合金元素。第三、四位數(shù)(或第三、四、伍位數(shù)字)代表含碳量。（例） SAE1045：含碳量0.45的碳鋼，與CNS中S45C鋼料相當(dāng)。 SAE4140：含碳量0.40的鉻鉬鋼，與JIS中SCM4鋼料相當(dāng)。鋼 種編 號(hào)鋼 種編 號(hào)碳鋼1耐熱鋼30普通碳鋼10鉬鋼4易削鋼(加硫)11Cr(0.7)41錳 鋼13Ni-Cr43鎳鋼2Ni(1.75)460.50Ni20鉻鋼51.50Ni21Cr(1.0)513.50Ni23Cr(1.5)52鎳鉻鋼3鉻釩鋼61.25Ni0.6Cr31鎢鋼71.75Ni1.0Cr32鎳鉻鉬83.50Ni

13、1.5Cr33硅錳鋼9（2）美國(guó)材料協(xié)會(huì)及美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì) ASTM(ASME)ASTM是非常廣泛被采用的材料規(guī)范，它的特色主要是針對(duì)產(chǎn)品的特性及表現(xiàn)而定。ASTM表示法是以以字母+代號(hào)表示，再輔以年代之混合標(biāo)示，ASME則采用了相當(dāng)多的ASTM規(guī)范，并以前置S表示。 ASTM表示法:首位字母表 示 意 義A鋼鐵類B非鐵金屬類C一般測(cè)試法例如: ASTM A36-77a 其中A 36 - 77 a 分別表示 (鋼鐵)(結(jié)構(gòu)用)(1977年)(第一次修訂)又如: ASTM E8 代表拉伸試驗(yàn)規(guī)范ASME的表示法：例如: ASME SA213 = ASTM A213而同一編號(hào)又可依化學(xué)成分(Gr

14、ade)加工方式(Type)成品型態(tài)(Class)來區(qū)分。Grade主要敘述其化學(xué)性質(zhì)，Type指脫氧的情況，Class:指一些其它性質(zhì)。如：強(qiáng)度、表面光度等。（3）美國(guó)統(tǒng)一編號(hào)系統(tǒng) UNSUNS是Unified Numbering System 的簡(jiǎn)稱，在1974年為ASTM及SAE 聯(lián)合制定，UNS 本身只是一種編號(hào)，而非規(guī)格，它將金屬分為17個(gè)系列編號(hào)并與原有的體系配合，例如： UNS G10XX0 = SAE 10XX，而有索引、整合、參考的意義，因此而稱統(tǒng)一編號(hào)系統(tǒng)。4德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(DIN)DIN并不是英文，而是德文Deutsch Industriell Norm的縮寫，德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

15、中鋼鐵材料的規(guī)格是在DIN 17006，補(bǔ)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(shù)字來敘述其特征，字母規(guī)定鋼鐵種類、冶煉方法、合金材料、處理情況等、數(shù)字則規(guī)定鋼鐵材料的、含碳量、抗拉強(qiáng)度、主合金之成分倍數(shù)等。（1）碳鋼一般以碳元素標(biāo)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(qiáng)度及其它表示法，例如:St50 表示抗拉強(qiáng)度50kg/mm2之構(gòu)造用碳鋼，CK40表示含磷、硫量甚低之碳鋼，抗拉強(qiáng)度為40kg/mm2。（2）高級(jí)鋼料及低合金鋼以其主要合金元素和含量為標(biāo)記，但在其中第三部分含量，為避免小數(shù)點(diǎn)出現(xiàn)，表示值

16、都己經(jīng)乘上固定倍數(shù)，而以整數(shù)型態(tài)呈現(xiàn)，所以由編號(hào)求取實(shí)際含量時(shí)必須再除以倍數(shù)。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(shù)Cr、Co、Mn、Ni、Si、W4Al、Be、Pb、Cu、Mo、Nb、Ta、Ti、V10P、S、N、Ce、C100B1000例如:含碳量0.34含鉻量1的鋼材，表示為34Cr4 依此 13CrV53 即表示含碳量0.13，含鉻量5/4=1.25 ，含釩量3/10=0.3（3）高合金鋼在標(biāo)記前加上x，此外由于合金元素含量己高，因此不乘以倍數(shù)而直接表示。(如前述，高合金鋼通常是指合金總含量在8以上的鋼料)例如:含碳量0.12的不銹鋼，含鉻量18含鎳量

17、8，表示為 X12CrNi18 8同理 X10CrNi1810 即表示含碳量0.10的高合金鋼，含鉻量18 含鎳量10。如果要進(jìn)一步標(biāo)示其特性，可以在其記號(hào)前后加上英文字母表示例如: M A St42 6 N (1)(2) (3) (4)(5)其中除(3)為主標(biāo)記外，(1)(2)(4)(5)分別表示:熔煉方式、產(chǎn)品特性、保證性能類別、熱處理情況等。 （4）鑄鐵、鑄鋼以前置標(biāo)記G代表一般鑄件，另外加上其它字母來表示種類，隨后之標(biāo)示與鋼的編號(hào)相同，如表1所示。例如:GS-C30為鑄鋼，含碳量0.30 G-X120Mn12表示含碳量1.20的鑄鐵，含錳量12。表1 德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DIN 之鑄鐵分類GS

18、 = 鑄鋼GG = 一般灰鑄鐵GGL = 片狀石墨鑄鐵GGG = 球狀石墨鑄鐵GT = 一般展性鑄鐵GTS = 展性灰鑄鐵GTW = 展性白鑄鐵1-4材料的選用1-4-1 材料選擇的根據(jù)材料的種類繁多，而且性質(zhì)互異，因此無論鐵金屬和非鐵金屬材料，或者隨后即將討論的非金屬材料自然都有不同的應(yīng)用場(chǎng)合。一項(xiàng)產(chǎn)品在選用材料時(shí)，會(huì)因使用場(chǎng)合(例如：強(qiáng)度的要求、環(huán)境的因素、成本的考慮等)而不同，而各種材料由于結(jié)構(gòu)的不同，也有其適當(dāng)?shù)挠猛?，因此如何使材料的?yīng)用能適材適所，就是材料選用的最大準(zhǔn)則。本章將提出材料選擇的幾個(gè)重要考慮因素，并舉實(shí)例具體說明。 (一)材料的規(guī)格要符合使用的需求選擇材料最基本的考慮，就

19、在滿足產(chǎn)品的特性及要求，例如抗拉強(qiáng)度、切削性、耐蝕性等。許多材料似乎都可以滿足使用的需求，但是如果選擇具有正字標(biāo)記或符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的材料，例如：我國(guó)的CNS 日本的JIS 美國(guó)的ASTM、 SAE、 AISI、 UNS 德國(guó)的DIN等，由于其化學(xué)成分及機(jī)械性質(zhì)都經(jīng)過試驗(yàn)，有一定的保證，因此品質(zhì)將更有保障。(二)材料的價(jià)格要合理價(jià)格是選擇材料的另一個(gè)重要因素。因?yàn)閮?yōu)秀的材料如果價(jià)格高昂，產(chǎn)品的成本勢(shì)必提高，競(jìng)爭(zhēng)力就會(huì)降低。因此如果材料不是唯一的選擇，那么價(jià)格合理的同級(jí)材料或以開發(fā)新產(chǎn)品替代都是不錯(cuò)的解決方案。 (三)材料的品質(zhì)要一致產(chǎn)品如果是單一的就不必考慮一致性的問題，但是如果是屬于大量生產(chǎn)的東

20、西，材料的供應(yīng)就必須穩(wěn)定而且品質(zhì)一定才行，否則因產(chǎn)品不良造成退貨或是賠償，無論是金錢及信譽(yù)的損失可能都將難以彌補(bǔ)，因此在選擇材料供應(yīng)之初，材料品質(zhì)的一致和來源的穩(wěn)定性也是重要的考慮因素。1-4-2 鋼鐵材料的選用以上提到的是材料選用的原則。而鋼鐵材料由于在機(jī)械上使用廣泛，因此必須針對(duì)其特性考量。鋼鐵材料的選用，常遭遇的還有三個(gè)問題：(一)使用碳鋼或合金鋼(二)局部或全部淬火(三)用鑄造品或鍛造品。碳鋼的價(jià)錢便宜，但合金鋼易于淬火、硬化深度大、抗回火軟化佳。承受的負(fù)荷則關(guān)系局部或全部淬火，負(fù)荷大的零件以全部淬火為宜，表面淬火則可承受耐疲勞及磨耗的場(chǎng)合。鍛造與鑄造在制造一直是競(jìng)爭(zhēng)不止，傳統(tǒng)的鑄造品

21、雖可以制造復(fù)雜或有內(nèi)孔的零件，但被認(rèn)為偏析、氣孔、韌性差，鍛造品則較強(qiáng)韌，但鑄造技術(shù)及材料的進(jìn)步，己可以達(dá)到均質(zhì)、強(qiáng)韌，加以鑄造有一次成型的優(yōu)點(diǎn)，因此目前鑄件占較有利的趨勢(shì)。1-4-3 應(yīng)用實(shí)例(一)引擎材料的選用機(jī)械產(chǎn)生動(dòng)力來自于引擎，常見的引擎如：空壓機(jī)、汽機(jī)車、電機(jī)原動(dòng)力廠等。引擎各部份零件承受不同的負(fù)荷、溫度等工作條件，因此有不同的材料選擇考慮。以下僅以其中較重要的汽缸體、曲柄軸及進(jìn)排氣閥加以說明。1. 1. 汽缸體汽缸由于形狀復(fù)雜，又有冷卻管路，因此只能用鑄造方式，汽缸由于要求良好強(qiáng)度大、耐磨、耐蝕、導(dǎo)熱性佳、膨脹系數(shù)低。因此灰鑄鐵就是很好的選擇，唯一問題是比重稍大。如果需要輕量化，

22、使動(dòng)力提高，就可以考慮鋁合金。唯鋁合金的磨耗性較差，這一點(diǎn)也要考慮。2. 2. 曲柄軸 雖然曲柄軸的形狀也很復(fù)雜，不過也并不是非用鑄造不可，曲柄軸的受力很大，因此鍛造鋼品是傳統(tǒng)上的選擇，不過延性鑄鋼(球墨鑄鐵)的發(fā)展，使得鑄造品在中小型汽車上也占一席之地。如果使用鍛鋼，必須考慮硬化能的問題，因此常用的有鉻鉬鋼(SAE 4140)或中碳鋼SAE 1035及SAE 1050。3. 3. 進(jìn)排氣閥進(jìn)排氣門最重要的是耐高溫和耐腐蝕，尤其是排氣閥的工作溫度，往往700以上，而且必須 承受燃料燃燒后產(chǎn)生的水氣和腐蝕性鉛化合物，因此采用耐熱鋼是最初的考慮，其后陸續(xù)有使用沃斯田鐵系不銹鋼或英高鎳(Incone

23、l)者。(二)材料的取代和新材料的選用由于材料的改良和新材料的不斷發(fā)展，許多制品原來使用的材料，可以替代而性能更佳，價(jià)格更便宜。以日常應(yīng)用來說，例如：二十年前的眼鏡框，使用白銅或鍍層，其后因?yàn)楦g問題而改用不銹鋼，至今更因?yàn)殁伒妮p量化、高強(qiáng)度比且耐蝕而再度取代。近年來由于航天工業(yè)，輕量及高強(qiáng)度的要求，因此在機(jī)件上鈦的使用也很廣，而外裝上，復(fù)合材料(尤其是碳纖維和玻璃纖維強(qiáng)化塑料)則大量的應(yīng)用。另外，為了極高速航具和航天飛機(jī)的需要，工程陶瓷應(yīng)用在承受高溫的部分的包覆(Ceramic Tiles)更是不可或缺。摘 要1規(guī)格(Specification)是產(chǎn)品需求的敘述，也是資料技術(shù)溝通的依據(jù)為了增

24、進(jìn)效率及提供產(chǎn)品零件的互換性，必須制定的規(guī)格，以作為生產(chǎn)者及使用者依循的規(guī)范。2在工業(yè)上，鋼鐵材料必依其化學(xué)成份，使用一定的編號(hào)以利于選用。目前，在我國(guó)較常用的規(guī)格有三種：中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(CNS)、日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)、美國(guó)鋼鐵學(xué)會(huì)美國(guó)汽車工程師學(xué)會(huì)(AISI-SAE)。另外德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(DIN)和美國(guó)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)(UNS)相關(guān)業(yè)界有時(shí)也會(huì)采用。3CNS之鋼鐵材料的編號(hào)，主要由下列三部分組成：第一部分為材質(zhì)，鐵以F表示，鋼以S表示。第二部分表示標(biāo)準(zhǔn)名稱或是制品用途或主要合金元素或含碳量(結(jié)構(gòu)用碳鋼時(shí))。第三部分為該材料之種類號(hào)碼，或是最低抗拉強(qiáng)度、降伏強(qiáng)度。若是表示最小抗拉強(qiáng)度或最小降伏強(qiáng)度，

25、通常以三位數(shù)字表示，常用于建筑結(jié)構(gòu)用等不須規(guī)定含碳量鋼料的場(chǎng)合。4AISI和SAE以四個(gè)(或五個(gè))數(shù)目字為記號(hào)來分類。其中第一位數(shù)，表示鋼料的種類。第二位數(shù)，為主要合金元素的百分值；0表示無其它合金元素。第三、四位數(shù)(或第三、四、伍位數(shù)字)代表含碳量。鋼 種編 號(hào)鋼 種編 號(hào)碳鋼1耐熱鋼30普通碳鋼10鉬鋼4易削鋼(加硫)11Cr(0.7)41錳 鋼13Ni-Cr43鎳鋼2Ni(1.75)460.50Ni20鉻鋼51.50Ni21Cr(1.0)513.50Ni23Cr(1.5)52鎳鉻鋼3鉻釩鋼61.25Ni0.6Cr31鎢鋼71.75Ni1.0Cr32鎳鉻鉬83.50Ni1.5Cr33硅錳鋼

26、95材料選擇的考慮因素主要有：(一)材料的規(guī)格要符合使用的需求(二)材料的價(jià)格要合理(三)材料的品質(zhì)要一致合金鋼及特殊鋼學(xué)習(xí)目的1.了解合金鋼與特殊鋼的意義。2.認(rèn)識(shí)合金鋼與特殊鋼的種類。3.認(rèn)識(shí)工具鋼的種類和用途。4.認(rèn)識(shí)耐蝕鋼的種類和用途。5.了解其它特殊鋼的種類和用途。1-1前言碳鋼具有不錯(cuò)的機(jī)械性質(zhì)，能實(shí)施熱處理，而且在一般用途上都能勝任。不過在某些需求特別的場(chǎng)合，使用上碳鋼的性能仍嫌不足，例如：需要耐蝕的埸合、需要在高溫強(qiáng)度、需要更高的硬度以做為切削刀具，或是具有疲勞強(qiáng)度等。這些時(shí)候就必須有各種不同性質(zhì)的合金鋼，例如：不銹鋼、耐熱鋼、工具鋼、彈簧鋼等，來滿足實(shí)際上的需求。由于這些合金

27、鋼材的性質(zhì)和一般鋼材并不相同，因此在市面上，許多販?zhǔn)酆辖痄摬牧系牡胤?，也稱為特殊鋼材料行。合金鋼是指碳鋼添加一種或一種以上合金元素所形成的鋼料。通常鋼的合金元素，除碳以外，若含錳量在1.65%以上、含硅量在0.60%以上，或含銅量在0.06%以上等，就可以認(rèn)定是屬于合金鋼，其它元素刻意加入碳鋼中者亦同。碳鋼如果依不同用途再加入鎳、鉻、釩、鎢、.等元素，以達(dá)到需要的效果，就成為合金鋼。例如：微量的鉻可以使鋼具有極佳的硬化能，而12%以上時(shí)，鋼就不易腐蝕，成為耐蝕鋼。加入18%鎢、4%鉻、1%釩時(shí)即為高速鋼。除用途外，合金鋼也可依加入元素種類來區(qū)分。由于任何鋼中均含鐵、碳兩種元素，因此，如再加入一

28、種元素即稱為三元鋼，例如：鎳鋼、鉬鋼等。加入二種元素稱為四元鋼，例如：鎳鉬鋼，其余依此類推。如果以合金含量來區(qū)分，合金鋼中合金元素的總含量在6%以上稱為高合金鋼，合金元素總含量在6%以下稱為低合金鋼。有些埸合會(huì)將合金量在1.5%5.5%之間的，再細(xì)分為中合金鋼，而以1.5%以下者為低合金鋼，不過這些都是粗略的分法，并沒有實(shí)質(zhì)的意義。合金鋼的種類很多，而其性質(zhì)主要又由合金元素來決定，因此研究合金鋼最有效的方法，就必須由了解合金元素對(duì)于鋼性質(zhì)的影響開始。在合金鋼中所添加的合金元素，主要有鎳Ni、鉻 Cr、鎢W、釩V、錳Mn、鉬Mo、鈷Co、硅Si、鈦Ti、硼B(yǎng)等。1-1-1鋼中主要合金元素的功用1

29、鉻 Cr 鉻在鋼中的角色多元且重要，它會(huì)形成安定而硬的碳化物，而且具抗蝕性，其主要作用有： a增進(jìn)鋼的硬化能和滲碳作用。 b使鋼在高溫畤仍具高強(qiáng)度。 c能增加耐磨耗性。 d增高鋼之淬火溫度。 f能增進(jìn)鋼的抗腐蝕性。2鎳Ni 鎳在鋼中的影響有: a增進(jìn)鋼的硬化能。 b能降低熱處理時(shí)的淬火溫度，因之在處理時(shí)變形小。 c能增加鋼的韌性。 d高鎳合金鋼能耐腐蝕，例如：不銹鋼就含有8%左右的鎳。3鎢W 鎢能耐高溫，而且溶于鋼中會(huì)與碳形成碳化物稱為碳化鎢，能提高鋼的強(qiáng)度。此外， a鎢可以提高鋼之淬火溫度。 b加強(qiáng)鋼之?dāng)嗝娼M織細(xì)微化，抵抗回火軟化。 c可以降低淬火時(shí)鋼之晶粒生長(zhǎng)之趨勢(shì)。 d鎢鋼刀具有紅熱硬度

30、。 e可增加鋼之保磁性，故可配入鋼中而制造永久磁鋼。4釩V 釩可以無限量固溶入鐵中，并阻止沃斯田鐵晶粒的成長(zhǎng)，釩在鋼中有脫酸除氧之能力，故含釩之鋼其斷面結(jié)晶密實(shí)，此外釩的作用還有： a能提高淬火溫度。 b改善硬化能，高溫淬火加熱時(shí)，能防止其晶粒生長(zhǎng)。 c有助于鋼之結(jié)晶組織細(xì)微化。5錳Mn 錳亦為鋼中重要元素，其作用及影響如下: a在適量下，錳量增加可增加鋼之最大強(qiáng)度及硬度。 b錳有脫氧及脫疏功效，故錳能發(fā)撣鋼之鍛造性與可塑性。 c錳在鋼中含量多，可降低鋼之淬火溫度。 d可增進(jìn)鋼之硬化深度，尤其在含碳量高之油硬性錳鋼為最顯著。6鉬Mo 鉬可增加鋼之最大強(qiáng)度及硬度，因此在合金鋼中也頗為重要。 a能

31、改善鋼在高溫之抗拉及潛變強(qiáng)度。 b在工作紅熱情況下，能使鋼之硬度保持不變。 c高速工具鋼含鉬，可予以較佳之切割性能。 d合金鋼中加入鉬可去除回火脆性。7鈷Co 鈷為制造合金鋼之重要元素，在鋼中可以生成碳化物，但也可能有不良影響，它具有以下特性： a鈷可代替鎳，如增加強(qiáng)度及耐熱等性能。 b會(huì)降低鋼的硬化能。 c能提高鋼之淬火溫度。 d增加鋼之保磁能力，故為制造磁石鋼之主要元素。8鈦Ti 鈦在鋼中易與碳形成碳化物TiC，其它特性： a鈦在不銹鋼中，可以防止高溫時(shí)鉻量的局部減少，維持其 防蝕的能力 b可以防止合金鋼由高溫徐冷時(shí)的脆化現(xiàn)象。9銅Cu 合金鋼中銅之含量不可以超過1.5%，否則會(huì)使鋼變脆，

32、此外 a銅在鋼中有抵抗大氣腐蝕之性能。低碳鋼內(nèi)含銅1%，其抵抗大 氣腐蝕性約較不含銅者高出四倍。在不銹鋼中加銅 3-4%，亦有助不銹鋼之防蝕作用。 b可以增加鋼的強(qiáng)度，但不宜超過0.2%。10鋁Al a極易與氧結(jié)合形成氧化鋁，是一種強(qiáng)脫氧劑。 b能抑制晶粒成長(zhǎng)。 c是氮化用鋼的重要元素。11硫S 硫在鋼中為有害之雜質(zhì)，硫與鐵化合成為FeS，與錳化合成MnS，其結(jié)果： a會(huì)增加鋼的熱脆性 b硫含量0.2%以上，就會(huì)嚴(yán)重影響鋼的強(qiáng)度和韌性 c硫可使鋼強(qiáng)度降低，因此有利于鋼的切削，但除了易切鋼之外，極少利用。12硅Si 硅在鋼中其作用如下 : a硅能增加鋼之電磁傳導(dǎo)率，故適于制造電氣材料。 b硅會(huì)加

33、速鋼之結(jié)晶生長(zhǎng)變粗，因此含量約在0.050.30%。 c硅能增高淬火溫度。 d會(huì)阻礙碳元素溶于鋼中。 e對(duì)于炭量較高之鋼，硅多則增加脆性， f增加耐熱鋼的氧化性，可用為脫酸性。 綜合各種合金元素對(duì)于碳鋼的影響，而選擇添加合金元素時(shí)必須考慮元素特性及應(yīng)用場(chǎng)合的需要，適材適所才是最重要的，如果不暸解特性貿(mào)然選擇，不但可能增加成本，效果也可能適得其反。1-1-2 合金鋼的分類合金鋼因其添加元素和量的不同而特性迥異，就用途來區(qū)分，合金鋼大致可以分為一般構(gòu)造用合金鋼和特殊鋼。構(gòu)造用合金鋼是使用于普通機(jī)械的構(gòu)成組件或土木建筑等構(gòu)造，普遍來說其合金量較低，而特殊鋼大多是使用在需要高溫硬度、耐蝕、耐熱、磁性等

34、特別的場(chǎng)合，大多是屬于高合金量，如表1所示。(一)構(gòu)造用合金鋼： (a)非熱處理型：大致是低合金量，包括高強(qiáng)度低合金鋼及易切鋼。 (b)熱處理型：大致是中合金量，含合金總量稍高，約在1.5%5.5%之間，經(jīng)熱處理后可以大幅提高強(qiáng)度，通常用于不需焊接場(chǎng)合的強(qiáng)韌機(jī)件，稱為熱處理用中合金鋼(或強(qiáng)韌鋼) 。 (c)表面硬化鋼(二)特殊鋼： (a)合金工具鋼： (b)耐蝕鋼： (c)其它用途特殊鋼：包括耐熱鋼、軸承鋼、彈簧鋼、電氣用鋼、磁石鋼、超高強(qiáng)度鋼等。表1 合金鋼的用途分 類鋼 種主要合金用 途構(gòu)造用合金鋼高強(qiáng)度低合金鋼低Mn、低Si-Mn汽車車身、構(gòu)造用機(jī)件、船體熱處理用中合金鋼(強(qiáng)韌鋼)Ni、

35、Cr、Ni-Cr、Cr-Mo、Ni-Cr-Mo曲柄軸、螺栓、齒輪、大型軸表面硬化鋼滲 碳 鋼Ni、Ni-Cr、Cr-Mo、Ni-Cr-Mo齒輪、汽車工業(yè)變速箱、差速器氮 化 鋼Al-Cr、Al-Cr-Mo、Al-Cr-Mo-Ni、汽缸套、車床主軸、銑床零件特殊鋼工具鋼切削用鋼W、Cr-W、Cr-Mn牙攻、車刀、銑刀耐沖擊用鋼Cr-W、Cr-W-V沖頭、鉚釘具耐磨用鋼高C-高Cr、Cr-W、Cr-Mo-V號(hào)規(guī)、拉線模、整緣模具熱加工用鋼Mn、Cr-W-V、Ni-Cr-Mo、Mn-Cr熱輥軋模、壓鑄模耐蝕鋼不 銹 鋼Cr、Cr-Ni餐具、外科刀具耐 酸 鋼Ni、Cr-Ni、高Si化學(xué)工業(yè)耐熱鋼Cr

36、、Cr-Ni、Si-Cr、Cr-Al進(jìn)氣閥、排氣閥、輪機(jī)葉片彈簧鋼Si-Mn、Si-Cr、Cr-V車輛、鐘表及各式彈簧軸承鋼高C高Cr、高C-Cr-Mn球軸承、滾軸承等非摩擦式軸承電氣用鋼非磁性鋼(避磁鋼)Ni、Cr-Ni、Cr-Mn輸配線支撐、羅盤外殼磁性鋼Si(硅鋼)變壓器鐵心磁石鋼Cr、W、Cr-W-Co永久磁鐵超高強(qiáng)度鋼高Ni、Cr-Ni-Mo、Ni-Co鋼梁、飛機(jī)骨架1-2構(gòu)造用合金鋼構(gòu)造用合金鋼是指使用在構(gòu)成機(jī)械的零件或建筑土木等各項(xiàng)工程結(jié)構(gòu)上的鋼料，例如：大型機(jī)械軸、壓力容器、高層建筑、橋梁鋼架或高強(qiáng)度螺栓、齒輪等。這些場(chǎng)合所需要的材料特性為：較高的抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、沖擊值、疲勞

37、限度等，同時(shí)也需要具備良好的鑄造、鍛制、切削或焊接的能力，以符合應(yīng)用上的需要。實(shí)用上，構(gòu)造用合金鋼由于使用的場(chǎng)合不同，一般區(qū)分為非熱處理型和熱處理型兩類，前者大多是屬于低含碳量和低合金量，構(gòu)成之后也無法再實(shí)施熱處理，大多用于車架或車箱、火車及船體，它包括高強(qiáng)度低合金鋼、易切鋼等。后者多屬于熱處理用中合金鋼，大多用于機(jī)械組件例如：曲柄軸、高強(qiáng)度螺栓等，其中加入合金元素，主要是可以增進(jìn)鋼的硬化能及降低質(zhì)量效果，而經(jīng)由熱處理則可以得到更強(qiáng)韌的機(jī)械性質(zhì)，這類鋼料包括鎳鋼、鉻鋼、鎳鉻鋼、鉻鉬鋼、鎳鉻鉬鋼等。1-2-1高強(qiáng)度合金鋼(HSLA Steel)高強(qiáng)度低合金鋼主要是替代在構(gòu)造上使用的低碳鋼，由于工

38、程結(jié)構(gòu)上使用的鋼料大多需要焊接，如果使用高碳鋼，容易使焊道在焊接冷卻時(shí)產(chǎn)生淬火脆化的麻田散鐵組織，因此為避免材料因熱影響而轉(zhuǎn)劣，必須使用較低含碳量但強(qiáng)度較高的材料，高強(qiáng)度低合金鋼就是一此要求而發(fā)展出來。這種鋼料是將少量特殊元素固溶在鋼中，尤其是在低碳鋼中占絕大部分的肥粒鐵基地，使之強(qiáng)化而改變鋼的機(jī)械性質(zhì)，增進(jìn)其機(jī)械強(qiáng)度。由于大型結(jié)構(gòu)物焊接完成之后都難以熱處理，所以在正?；蚴擒堁訝顟B(tài)就要有高強(qiáng)度，也就是以固溶的方式在制造材料時(shí)就已完成強(qiáng)化。高強(qiáng)度低合金鋼的種類很多，一般抗拉強(qiáng)度必須在50kg/mm2以上，高強(qiáng)度低合金鋼的分類通常是以機(jī)械性質(zhì)如：抗拉強(qiáng)度、降伏強(qiáng)度、延伸率等區(qū)分，而不是以成份來區(qū)

39、分。添加的元素為以Mn、Si、Nb、V、N影響較大，Co、Cr的影響較小。高強(qiáng)度低合金鋼由于強(qiáng)度高出普通碳鋼甚多，因此對(duì)于同樣的負(fù)荷而言，可以使用較小的斷面，因而整體重量也可以減輕。 使HSLA鋼之強(qiáng)度增強(qiáng)的方法，除了加入少量的合金元素，在軋鋼廠中經(jīng)由特殊的軋延及冷卻過程中也可以加入。具備良好加工成形性的HSLA鋼除了特有的合金元素外，另外還加入有稀土金屬元素，例如：Ce、Nb、La等，此外，如: Co、V、 Ti也有效果。制程方面，也可由降低加工硬化的速度或降低對(duì)應(yīng)變速度、微化晶粒等來改進(jìn)加工成形性。加工成形性的需求，主要是為了適應(yīng)諸如：汽車、船舶等結(jié)構(gòu)成形的需要。早期HSLA鋼在耐蝕性表現(xiàn)

40、甚佳，但是為了改善加工成形性，因而必須犧牲一些防蝕能力，以換取較佳的成形性，又由于HSLA 鋼所做成的機(jī)件比由普通碳鋼所做成的機(jī)件更薄，因此一旦生銹，氧化的銹層會(huì)使HSLA鋼能承受荷重的斷面大受影響。因此需加入像Cu 等能改進(jìn)大氣耐蝕性的元素進(jìn)行，但由于會(huì)增加成本，因此后來的作法，是在HSLA鋼之表面鍍鋅或其它防銹的表面處理，以增加其耐蝕性。HSLA鋼在汽車工業(yè)的應(yīng)用上，它不但可以取代傳統(tǒng)的普通低碳鋼，也更可以使用較薄的斷面而不致于降低強(qiáng)度、耐蝕性及抗拉強(qiáng)度，目前小汽車所使用的高張力鋼板就屬于HSLA鋼，其厚度約在0.6mm或更厚。其它如：貨車、營(yíng)建機(jī)械和其它重噸位車輛皆可使用HSLA鋼的薄板

41、或厚板來做車架或車體構(gòu)件。用于這些用途的HSLA之鋼板原大致為1.5mm或更厚。構(gòu)造用HSLA鋼，且可用于沿海之鉆油機(jī)、電力輸送機(jī)、火車及船體。1-2-2易切鋼(Free-machining steel)易切鋼是為了改善切削性和切削加工表面而發(fā)展的一種鋼料，主要使用于在強(qiáng)度較低的小型零件。由于經(jīng)濟(jì)及迅速切削的需求，加上自動(dòng)切削機(jī)械的發(fā)展，因此在不特別要求強(qiáng)度的小型零件，就可以采用此種鋼來制造。改善鋼切削性的方法有：在鋼中加入合金元素，以弛力退火減少殘留應(yīng)力或調(diào)整顯微組織的性質(zhì)等，而易切鋼主要就是在鋼中添加磷、硫、鉛等合金元素的方法。加硫0.10.25%的易切鋼稱為硫易切鋼，加鉛0.10.3%的

42、易切鋼稱為鉛易切鋼。由于加硫可以與鋼中的錳形成MnS，使得切屑變小且沒有粘滯性，因此可以改良切削性，添加磷可以使鋼質(zhì)變脆，可以增加切削加工面的光滑度，加鉛也可以使切屑變小，并有潤(rùn)滑作用，但由于硫及磷對(duì)機(jī)械性質(zhì)有害，因此這種鋼料多用在不重視強(qiáng)度的螺絲及螺帽等。此外，如鈣Ca、碲Te、硒Se、鉍Bi也都有改善切削性的功能，Ca易切鋼是煉鋼時(shí)用Ca脫氧，其能形成易切的原理與S、P和Pb不同，Ca易切鋼是脫氧時(shí)的生成物，在切削時(shí)熔著于切刃邊，能產(chǎn)生減少磨擦的作用，而且具有保護(hù)刀具，增加刀具壽命的功能。1-2-3熱處理用合金鋼上一節(jié)曾經(jīng)提到，在肥粒鐵基地中加入合金元素，可以改良在正?；癄顟B(tài)使用的鋼之性質(zhì)

43、，但是如果要更充分的發(fā)揮這一類合金鋼的機(jī)械性質(zhì)，以得到更高的硬度、強(qiáng)度和韌性，就應(yīng)該實(shí)施淬火及回火處理，只是由于大型結(jié)構(gòu)物可焊性的要求和不易實(shí)施熱處理的特性，因此合金元素的作用主要是在固溶于肥粒鐵，而達(dá)到強(qiáng)化的目的(這樣的方式稱為固溶強(qiáng)化)。熱處理用合金鋼大多是應(yīng)用于機(jī)械構(gòu)成的零件，例如：曲柄軸、齒輪、強(qiáng)力螺栓、鍵、銷等，這些組件注重強(qiáng)度，而且接合的方式也大多不使用焊接，因此假如能利用熱處理，使這一類合金鋼形成回火麻田散鐵的組織而加以應(yīng)用，就可以得到兼具強(qiáng)、韌的效果。熱處理用合金鋼就是在碳鋼中加入合金元素，并且經(jīng)由熱處理而可以得到強(qiáng)韌性質(zhì)的鋼料，因此也稱為強(qiáng)韌鋼。碳鋼如果用于構(gòu)造上有兩個(gè)主要的

44、缺點(diǎn)：一是硬化能較差、質(zhì)量效果大，另一是回火時(shí)機(jī)械強(qiáng)度降低甚大。前面提過，硬化能是指淬火后，距離淬火端硬度降低的程度。質(zhì)量效果是指當(dāng)尺寸較大的零件，在淬火時(shí)其中心部份得到硬化效果的難易程度。質(zhì)量效果大的材料，淬火時(shí)中心的硬度降低甚快，這樣的現(xiàn)象在碳鋼比較顯著。而如果碳鋼中加入了特殊元素，恒溫變態(tài)曲線(S曲線)就會(huì)右移，如此在相同的冷速下，中心也可以得到相當(dāng)?shù)挠捕?。因此加入適當(dāng)?shù)暮辖鹪鼐涂梢允逛摿先菀椎玫酱慊鸬男Ч?，增高硬化能而減少質(zhì)量效果。其次，某些特殊元素不但可以改善硬化能，發(fā)揮淬火的效果，在回火處理時(shí)也可以減少硬度、強(qiáng)度受到的影響，即使回火到較高的溫度，也可以得到強(qiáng)度及韌性高的組織?，F(xiàn)在

45、我們已經(jīng)暸解，在構(gòu)造用合金鋼中加入合金元素的目的，主要是增進(jìn)硬化能及抵抗回火軟化。在合金鋼所加入的元素中，Cr、 Mn、Mo的效果較大，其次是Ni，由于Ni的價(jià)格較高，因此如果只為減小質(zhì)量效果或增加硬化能，就不需要添加Ni，而添加價(jià)格較低且效果好的Mn、Cr、Mo。合金元素對(duì)硬化能的影響，大致可以由硬化能倍數(shù)(multiplying factor)看出，硬化能倍數(shù)大的元素，增加鋼的硬化能也愈大。許多合金元素如P、Si對(duì)于鋼硬化能也有助益，但是有其添加的限制，所以并不適合。在鋼中添加Si也可以減緩回火軟化的現(xiàn)象，但是與Cr或Mo比較就可以發(fā)現(xiàn)，添加Cr或Mo除了使回火軟化減緩之外，在較高溫回火的

46、情況下，還會(huì)產(chǎn)生二次硬化的現(xiàn)象，而使硬度能夠再度上升。這種二次硬化的現(xiàn)象，在鎢W、釩V等元素也有類似的現(xiàn)象，W、V是合金工具鋼的重要元素，二次硬化的現(xiàn)象對(duì)于工具鋼會(huì)產(chǎn)生特殊的切削效果，這一部份將在下一節(jié)詳細(xì)說明。熱處理用合金鋼，因其使用目的的不同，所添加的合金元素和合金含量也不同，常用的熱處理用合金鋼有：鎳鋼、鉻鋼、鉬鋼、鎳鉻鋼、鉻鉬鋼、鎳鉻鉬鋼等。要特別注意的是，即使在這里合金元素的種類與隨后要說明的某些特殊鋼(例如：不銹鋼)類似，但含量較少，所以效果也不一樣。1Ni鋼鋼中添加鎳可以增加鋼的強(qiáng)度，但是在淬火硬度上并沒有很大的改善，同時(shí)在回火軟化的抵抗性質(zhì)上也并沒有明顯增加，加上鎳的價(jià)格較高，

47、因此單純加鎳的鎳鋼最近已不常用，Ni鋼在鋼料編號(hào)上是屬于SAE 2XXX系，JIS對(duì)鎳鋼則不作規(guī)定。Ni鋼中鎳的添加量約為35%，主要優(yōu)點(diǎn)是可以增加鋼的低溫強(qiáng)度降低鋼的轉(zhuǎn)脆溫度(Transition temp.)，同時(shí)也可以作為滲碳用鋼。2Cr鋼碳鋼中加入1%鉻左右，可以增加鋼的硬化能和回火軟化抵抗性，鉻鋼一般是由830880淬火于油中，再回火于550650附近，由于這種鋼料在回火時(shí)容易產(chǎn)生材質(zhì)變脆的現(xiàn)象(稱為回火脆性)，所以在回火之后必須冷卻于水中或油中以避免產(chǎn)生回火脆性，這類鋼的直徑如果大于60mm，就不容易得到充分的淬火效果。鉻鋼在鋼的編號(hào)上屬于SAE 5XXX系，JIS編號(hào)為SCrxx

48、。鉻鋼經(jīng)熱處理淬火、回火后，硬度高、耐磨而且耐沖擊，主要的用途有：挖土機(jī)重機(jī)械的鋼齒、機(jī)斗、碎石機(jī)械等。3Mo鋼Mo的硬化能效果很大，因此淬火硬化的有效距離很大。Mo對(duì)于回火時(shí)軟化的抵抗性也很好，因此可以經(jīng)過高溫回火，而得到極佳的強(qiáng)度和韌性。鉬鋼含Mo量約0.2%0.3%，另外含有少量Mn等元素，焊接性好，在鋼料編號(hào)上屬于SAE4XXX系，主要用途有：手工具、小型機(jī)械零件、螺栓等。4Ni-Cr鋼鋼中加鉻可以增加硬化能，但是Cr含量在超過1%以上時(shí)，效果就不會(huì)再增加，因此如果需要更好的硬化能，添加Ni是一種方法，因?yàn)镹i能有效的增加肥粒鐵的強(qiáng)度和韌性。Ni-Cr鋼的鎳含量約1%3. 5%，鉻含量

49、約0.5%1.0%。另外，由于鉻及鎳加入鋼中，還有防腐蝕的效果，當(dāng)鉻、鎳含量更高時(shí)，最主要的效果就變成以防蝕為主，而不是硬化能。在耐蝕鋼中，含鉻18%、鎳8%的高合金鋼，我們稱為18-8鋼，就是一種常用的不銹鋼。Ni-Cr鋼在鋼料編號(hào)上屬于SAE3XXX及SAE43XX系，JIS編號(hào)為SNCXX，在構(gòu)造用合金鋼中，Ni-Cr鋼是其中較為常用的，通常用于制造曲柄軸、連桿、齒輪等。5Cr-Mo鋼含有鉻和鉬的合金鋼硬化能大、回火抵抗性高，而且較不會(huì)產(chǎn)生回火脆性，所以是一種用途很廣的材料。Cr-Mo鋼是在含Cr量1的鋼料中，再添加0.15%0.30%的Mo，某些場(chǎng)合可以替代Ni-Cr鋼，在鋼料的編號(hào)上

50、是屬于SAE41XX系，JIS編號(hào)為SCMXX。Cr-Mo鋼使用的場(chǎng)合，例如：汽車曲軸、鍛造或機(jī)制的軸、軸環(huán)和葉輪等。6Ni-Cr-Mo鋼Ni-Cr-Mo鋼是綜合Ni、Cr、Mo三種合金元素的優(yōu)點(diǎn)，其中添加元素分別為0.4%3.5%Ni、0.4%3.5%Cr、0.15%0.70%Mo。Ni-Cr-Mo鋼具有極佳的硬化能，淬火有效直徑可以達(dá)200mm，淬火效果很好，此外Ni-Cr-Mo鋼對(duì)于回火軟化的抵抗性大，又因Mo可以顯著改善Ni-Cr鋼高溫回火脆性的缺點(diǎn)，因此能回火至相當(dāng)?shù)母邷?，而得到?yōu)良的強(qiáng)韌性，所以Ni-Cr-Mo鋼可以說是構(gòu)造用合金鋼中最優(yōu)秀的。Ni-Cr-Mo鋼質(zhì)量效果小，從淬火溫

51、度以空氣冷卻也可以淬硬，因此又稱為 自硬性鋼 (self hardening steel)或 風(fēng)硬性鋼 (air hardening steel)，一般由850950冷卻于空氣中或淬火于油中，再回火于550650，如果含Mo量高，回火后不須急冷。Ni-Cr-Mo鋼也適于大型零件，其鋼料編號(hào)為SAE 8XXX，JIS編號(hào)為SNCMXX，用于大型軸、曲柄軸、高強(qiáng)度螺栓，以致于中小型軸或內(nèi)燃機(jī)連桿等。表2 碳鋼與典型鎳鉻鉬鋼機(jī)械性質(zhì)的比較鋼種主 要 成 分 (%)熱處理抗拉強(qiáng)度kg/mm2沖擊值kg-m /mm2Brinell硬度CNiCrMoMn碳鋼0.400.50-0.400.85淬火回火708

52、201 269S30NiCrMo2鋼0.250.352.503.572.503.500.500.700.350.60淬火回火1108302 3521-3合金工具鋼能夠使用于制造工具、切削刀具或模具的材料大致包括：高碳工具鋼、合金工具鋼、高速鋼、工具用非鐵硬質(zhì)合金等。除硬質(zhì)合金之外，其它都是屬于鋼料，而在一般工具用鋼中，以高碳工具鋼的合金量少，價(jià)錢比較便宜，高合金量的工具鋼或高速鋼，價(jià)錢則較昂貴。工具鋼必須強(qiáng)韌、耐磨耗、且具有常溫及高溫硬度等特性，以其合金成份和構(gòu)造用合金鋼相較，則除了含碳量增加之外，Cr、Mo、Ni等仍然為基本元素(或是增加其含量)，另外必要時(shí)在添加耐高溫的W、V及Co等。工具

53、鋼是屬于高級(jí)鋼料，因此必須是由全靜鋼錠制造，同時(shí)要特別要求合金元素在熔煉過程中的均質(zhì)化，以使后續(xù)鍛造及熱加工能得到良好的品質(zhì)。由于工具鋼多需利用熱處理以達(dá)到材料的最佳性質(zhì)，因此尺寸要求精密的機(jī)件，必須先實(shí)施半加工成形(semifinished)，經(jīng)熱處理，再完成加工(finished)。1-3-1高碳工具鋼高碳工具鋼的成份為含碳量0.6%1.5%，另外含有0.5%以下的Mn以提高其硬化能力。高碳工具鋼價(jià)格便宜，其機(jī)械性質(zhì)主要是以含碳量多少來決定，由于一般淬火于水中，因此屬于水硬性鋼，其缺點(diǎn)則是硬化深度較淺，在高溫時(shí)強(qiáng)度較差。由于僅經(jīng)淬火的麻田散鐵組織太脆，耐磨性不佳，為了增加耐磨性，高碳工具鋼在淬火前必須實(shí)施球化處理，淬火至室溫之后，再加以150200的低溫回火，其結(jié)果可以得到球狀雪明碳鐵散布于低溫回火麻田散鐵，硬度夠而且耐磨耗的組織。高碳工具鋼使用于刀具、工具或沖模，但因合金工具鋼的發(fā)展，使用場(chǎng)合已較少。1-3-2合金工具鋼高碳工具鋼由于硬化能較差，因此必須以水淬急冷的方式得到較高的硬度，但因水淬容易變形和產(chǎn)