電機材料資料

1、。機械材料的規(guī)格及選用學(xué)習(xí)目的1. 了解機械材料規(guī)格的意義。2. 了解常用的機械材料規(guī)格。3. 了解各種規(guī)格編號的意義。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)化程度的提高及國際間貿(mào)易往來的趨勢，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)

2、: 包括用途 ( 如：板、線、管 ) ，適用尺寸等。2. 化學(xué)成分 (Chemical Composition): 包括各項成分元素的含量范圍或成分代號。3. 定性敘述 (Quality Statement):指質(zhì)量方面，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、物理及機械性質(zhì)需求，以適應(yīng)使用上經(jīng)濟的理由。5. 其它需求 (Other Requirment):如特殊容許差、材料表面狀況等。精選資料，歡迎下載?，F(xiàn)今世界各國各依其工業(yè)化的發(fā)展而有不同的工業(yè)規(guī)格，例如：美國的ANS(美國國家標(biāo)準(zhǔn) ) 、日本的JIS( 日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

3、 ) 、德國的DIN(德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) )等。而在針對機械材料規(guī)格方面，常用的還包括ASTM(美國材料試驗協(xié)會) 、AISI( 美國鋼鐵協(xié)會 ) 、SAE(美國汽車協(xié)會 ) 等，而我國主要則依據(jù)CNS(中國國家標(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)格一種機械材料的規(guī)格最主要可以由：材料的種類、成份和機械性質(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)脑囼炓?guī)范，確保其可靠度。世界各國都有其材料試驗的標(biāo)準(zhǔn)程序， 我國也不例外，例如：CNS有關(guān)材料試驗部份，其中鋼料之檢驗通則 (CNS2608,G2

4、018)規(guī)定：本標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容包括：適用范圍、檢驗及重驗三部分適用范圍：本標(biāo)準(zhǔn)適用于鋼料之一般檢驗檢驗部份：說明化學(xué)成份試驗和機械性質(zhì)試驗的試片取樣及檢驗標(biāo)準(zhǔn)方法重驗部份：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(guī)定：本標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容包括：適用范圍、檢驗及重驗三部分適用范圍：本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定非鐵金屬材料檢查一般事項檢驗部份：規(guī)定有關(guān)外觀、尺度、化學(xué)成份試驗和機械性質(zhì)試驗精選資料，歡迎下載。的試片取樣及試驗事項重驗部份：說明試驗結(jié)果如部份規(guī)格與規(guī)定不合，必須經(jīng)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(xué)成份與機械性

5、質(zhì)是息息相關(guān)的，因此常用的材料編號大多是以化學(xué)成份命名為主，再輔以機械性質(zhì)( 如第七章部分材料的規(guī)格敘述) 。由于材料范圍很廣，因此本章內(nèi)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(yè)上，鋼鐵材料( 包括碳鋼在內(nèi) ) 必依其化學(xué)成份，使用一定的編號以利于選用，這是基本的認(rèn)識。目前，在我國較常用的規(guī)格有三種：中國國家標(biāo)準(zhǔn)(CNS)、日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS) 、美國鋼鐵學(xué)會美國汽車工程師學(xué)會 (AISI-SAE) 。另外德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) (DIN) 和美國統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)編號 (UNS)相關(guān)業(yè)界有時也會采用。而其它還有常見的各國規(guī)格名稱。1中國國家標(biāo)準(zhǔn) (CNS)（1）鋼鐵的規(guī)格

6、中國國家標(biāo)準(zhǔn) CNS是 Chinese National Standard 的簡寫， CNS對鋼鐵材料的編號主要依據(jù) CNS109 G1001(公布：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(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 ：精選資料，歡迎下載。Tube(管)、 U：Use(特殊用途 )W：Wire( 線材 ) F ：Forging( 鍛造 ) C ：Casting( 鑄造 )例： S P CC：Pla

7、te ，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 ) ，表示含碳量時，通常以含碳量之 100 倍數(shù)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(shù)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2低于 340 N/mm。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

8、料的場合。注：機械結(jié)構(gòu)用鋼料的符號機械結(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所代表的意義：適用范圍：機械結(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，精選資料，歡迎下載。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特性附加符號硬化能保證鋼H表面硬化

9、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2S(55)C：一般構(gòu)造用碳鋼，最小抗拉強度55kg/mmS85WMo(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碳含量的代表值。（2）鋁及鋁合金的規(guī)格精選資料，歡迎下載。鋁及鋁合金之種類及符號系依CNS 2068 H3021之規(guī)定，適用范圍為鍛鋁、鍛鋁合金 ( 以下簡稱鍛鋁合金 ) 及鑄鋁、鑄鋁合金 ( 以下簡稱鑄鋁合金 ) 之合金種類及煉度符號。鍛鋁合金之編號依其合金成分，共分1xxx8xxx 系，另有 9xxx 系為備用，鑄鋁合

10、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械性質(zhì)之區(qū)分 ”。煉度符號又分為基本符號與細(xì)分符號?；痉枮橐蛔钟⑽淖帜?( 大寫 ) ，細(xì)分符號為一位數(shù)字或多位數(shù)字組合并附在基本符號之后。a基本符號鋁合金的煉度基本符號分為四種。b細(xì)分符號鋁合金煉度之基本符號H及 T 之細(xì)分符號，依下列規(guī)定。鍛鋁合金的編號及化學(xué)成分。2日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) (JIS)JIS 是 Japanese Industral Standard的簡稱， JIS 對于鋼鐵材料的的編號大致可分兩大類：（1）一般機械構(gòu)造用碳鋼：

11、其材料編號方法和CNS的第一種表示法相同。（例） S30C表示含碳量 0.30 的機械構(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- 。精選資料，歡迎下載。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1,2,3 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

12、方法大多記于金屬符號之后，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常用的美國材料編號及規(guī)格（1）美國鋼鐵學(xué)會美國汽車工程師學(xué)會(AISI-SAE)AISI和 SAE在 1941 年共同訂定鋼鐵材料的分類，以四個( 或五個 ) 數(shù)目字為記號來分類。其中第一位數(shù)，表示鋼料的種類，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

13、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)。鋼種編號鋼種編號碳鋼1耐熱鋼30精選資料，歡迎下載。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 )460.50 Ni20鉻鋼51.50 Ni21Cr(1.0 )513.50 Ni23Cr(1.5 )52鎳鉻鋼3鉻釩鋼61.25Ni0.6 Cr31鎢鋼71.75Ni1.0 Cr32鎳鉻鉬83.50Ni1.5 Cr33硅錳鋼9（2）美國材料協(xié)會及美國機械工程師協(xié)會ASTM(ASME)ASTM是非常廣泛被采用的材料規(guī)范，它的特

14、色主要是針對產(chǎn)品的特性及表現(xiàn)而定。 ASTM表示法是以以字母 +代號表示，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一般測試法精選資料，歡迎下載。例如 : ASTM A36-77a其中 A36 -77a分別表示 ( 鋼鐵 )( 結(jié)構(gòu)用 )(1977 年)( 第一次修訂 )又如 : ASTM E8代表拉伸試驗規(guī)范ASME的表示法：例如 : ASME SA213 = ASTM A213而同一編號又可依化學(xué)成分(Grade) 加工方式 (Type) 成品型態(tài) (Class) 來區(qū)分。 Grade 主要

15、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：強度、表面光度等。（3）美國統(tǒng)一編號系統(tǒng)UNSUNS是 UnifiedNumbering System 的簡稱，在 1974 年為 ASTM及 SAE 聯(lián)合制定， UNS 本身只是一種編號，而非規(guī)格，它將金屬分為17 個系列編號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)一編號系統(tǒng)。4德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) (DIN)DIN 并不是英文，而是德文Deutsch Industriell Norm的縮寫，德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中鋼鐵材料的規(guī)格是在DIN 17006，補充說明在 D

16、IN 17007，1974 年改為 ISO制，以 EURONORM27-74 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 0.6 C 的碳鋼。另外2也有抗拉強度及其它表示法， 例如 :St50表示抗拉強度 50kg/mm之構(gòu)造用碳鋼，2CK40表示含磷、硫量甚低之碳鋼，抗拉強度為40kg/mm。精選資料，歡迎下載。（2）高級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)點出現(xiàn)，表示值都己經(jīng)乘上固定倍數(shù)，而

17、以整數(shù)型態(tài)呈現(xiàn)，所以由編號求取實際含量時必須再除以倍數(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 0.1

18、2 的不銹鋼，含鉻量18含鎳量 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。精選資料，歡迎下載。如果要進(jìn)一步標(biāo)示其特性，可以在其記號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

19、量 1.20 的鑄鐵，含錳量12。表 1德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) DIN 之鑄鐵分類GS=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 =展性白鑄鐵精選資料，歡迎下載。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)用場合。一項產(chǎn)品在選用材料時，會因使用場合 ( 例如：強度的要求、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重要考

20、慮因素，并舉實例具體說明。( 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，就在滿足產(chǎn)品的特性及要求，例如抗拉強度、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)記或符合國家標(biāo)準(zhǔn)的材料，例如：我國的CNS 日本的 JIS 美國的 ASTM、SAE、 AISI 、 UNS 德國的 DIN等，由于其化學(xué)成分及機械性質(zhì)都經(jīng)過試驗，有一定的保證，因此質(zhì)量將更有保障。( 二) 材料的價格要合理價格是選擇材料的另一個重要因素。因為優(yōu)秀的材料如果價格高昂，產(chǎn)品的成本勢必提高，競爭力就會降低。因此如果材料不是唯一的選擇，那么價格合理的同級材料或以開發(fā)新產(chǎn)品替代都是不錯的解決

21、方案。( 三) 材料的質(zhì)量要一致產(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)的東西，材料的供應(yīng)就必須穩(wěn)定而且質(zhì)量一定才行，否則因產(chǎn)品不良造成退貨或精選資料，歡迎下載。是賠償，無論是金錢及信譽的損失可能都將難以彌補，因此在選擇材料供應(yīng)之初，材料質(zhì)量的一致和來源的穩(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械上使用廣泛，因此必須針對其特性考慮。鋼鐵材料的選用，常遭遇的還有三個問題：( 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)

22、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合。鍛造與鑄造在制造一直是競爭不止，傳統(tǒng)的鑄造品雖可以制造復(fù)雜或有內(nèi)孔的零件，但被認(rèn)為偏析、氣孔、韌性差，鍛造品則較強韌，但鑄造技術(shù)及材料的進(jìn)步，己可以達(dá)到均質(zhì)、強韌，加以鑄造有一次成型的優(yōu)點，因此目前鑄件占較有利的趨勢。1-4-3應(yīng)用實例( 一) 引擎材料的選用機械產(chǎn)生動力來自于引擎， 常見的引擎如：空壓機、汽機車、電機原動力廠等。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. 汽缸體精選資料，歡迎下載。汽缸由于形狀復(fù)

23、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，使動力提高，就可以考慮鋁合金。唯鋁合金的磨耗性較差，這一點也要考慮。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

24、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(Inconel)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，其后因為腐蝕問題而改用不銹鋼，至今更因為鈦的輕量化、高強度比且耐蝕而再度取代。近年來由于航天工業(yè)，輕量及高強度的要求，因此在機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化塑料) 則大量的應(yīng)用。另外，為了極高速航具和航天飛

25、機的需要，工程陶瓷應(yīng)用在承受高溫的部分的精選資料，歡迎下載。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，也是數(shù)據(jù)技術(shù)溝通的依據(jù)為了增進(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，使用一定的編號以利于選用。目前，在我國較常用的規(guī)格有三種：中國國家標(biāo)準(zhǔn) (CNS)、日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) (JIS) 、美國鋼鐵學(xué)會美國汽車工程師學(xué)會 (AISI-SAE) 。另外德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) (DIN) 和美國統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)編號 (UNS)相關(guān)業(yè)界有時也會采用。3CNS之鋼鐵材料的編號，主要由下列三

26、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 ) 。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(shù)字表示， 常用于建筑結(jié)構(gòu)用等不須規(guī)定含碳量鋼料的場合。4AISI 和 SAE以四個 ( 或五個 ) 數(shù)目字為記號來分類。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。鋼種編號鋼種編號碳鋼1耐熱鋼30普通碳鋼10鉬鋼4精選資料，歡迎下載。易削鋼(加硫 )1

27、1Cr(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61.25 Ni0.6 Cr31鎢鋼71.75 Ni1.0 Cr32鎳鉻鉬83.50 Ni1.5 Cr33硅錳鋼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) 材料的價格要合理 ( 三) 材料的質(zhì)量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)識合金鋼與特殊鋼的種類。3. 認(rèn)識工具鋼的種類和用途。4. 認(rèn)識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

28、前言碳鋼具有不錯的機械性質(zhì)，能實施熱處理，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、需要在高溫強度、需要更高的硬度以做為切削刀具，或是具有疲勞強度等。這些時候就必須有各種不同性質(zhì)的合金鋼，例如：不銹鋼、耐熱鋼、工具精選資料，歡迎下載。鋼、彈簧鋼等，來滿足實際上的需求。由于這些合金鋼材的性質(zhì)和一般鋼材并不相同，因此在市面上，許多販賣合金鋼材料的地方，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

29、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，鋼就不易腐蝕，成為耐蝕鋼。加入18%鎢、 4%鉻、 1%釩時即為高速鋼。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 。有些埸合會將合金量在1.5%5.5%之間的，再細(xì)分

30、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 等。1-1-1 鋼中主要合金元素的功用1鉻 Cr精選資料，歡迎下載。鉻在鋼中的角色多元且重要，它會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

31、腐蝕性。2鎳 Ni鎳在鋼中的影響有 :a 增進(jìn)鋼的硬化能。b 能降低熱處理時的淬火溫度，因之在處理時變形小。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，而且溶于鋼中會與碳形成碳化物稱為碳化鎢，能提高鋼的強度。此外，a 鎢可以提高鋼之淬火溫度。b 加強鋼之?dāng)嗝娼M織細(xì)微化，抵抗回火軟化。c 可以降低淬火時鋼之晶粒生長之趨勢。d 鎢鋼刀具有紅熱硬度。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，釩在鋼中有脫酸精選資料，歡迎下載。除氧之能力，故含釩之鋼其斷面結(jié)晶密實，此外釩的作用還有：a

32、 能提高淬火溫度。b 改善硬化能，高溫淬火加熱時，能防止其晶粒生長。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度及硬度，因此在合金鋼中也頗為重要。a 能改善鋼在高溫之抗拉及潛變強度。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

33、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，如增加強度及耐熱等性能。b 會降低鋼的硬化能。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。精選資料，歡迎下載。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%，否則會使鋼變脆，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 可以增加鋼的強度

34、，但不宜超過0.2%。10鋁 Ala 極易與氧結(jié)合形成氧化鋁，是一種強脫氧劑。b 能抑制晶粒成長。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 會增加鋼的熱脆性b 硫含量 0.2%以上，就會嚴(yán)重影響鋼的強度和韌性c 硫可使鋼強度降低， 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。精選資料，歡迎下載。b 硅會加速鋼之結(jié)晶生長變粗，因此含量約在0.050.30%。c 硅能增高淬火溫度。d 會阻礙碳元素溶于鋼中。e 對于炭量較高之鋼，硅多則增加脆性

35、，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于碳鋼的影響，而選擇添加合金元素時必須考慮元素特性及應(yīng)用場合的需要，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、磁性等特別的場合，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 高強度低合金鋼 及易切鋼

36、。(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度，通常用于不需焊接場合的強韌機件，稱為 熱處理用中合金鋼 ( 或強韌鋼 )。(c) 表面硬化鋼( 二) 特殊鋼：精選資料，歡迎下載。(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、超高強度鋼等。表 1 合金鋼的用途分類鋼 種高強度低合金構(gòu)鋼造熱處理用中合用金鋼(強韌鋼)合滲 碳表面金鋼硬化鋼氮 化鋼鋼切削用鋼工耐沖擊用鋼特具耐磨用鋼殊鋼熱加工用鋼鋼不 銹 鋼耐蝕鋼耐 酸 鋼主要合金用途低 Mn、低 Si-Mn 汽車車身、構(gòu)造用機件、船

37、體Ni 、Cr、Ni-Cr 、 曲柄軸、螺栓、Cr-Mo、Ni-Cr-Mo 齒輪、大型軸 Ni 、Ni-Cr 、Cr-Mo、齒輪、汽車工業(yè)Ni-Cr-Mo變速箱、差速器Al-Cr 、 Al-Cr-Mo 、汽缸套、車床主Al-Cr-Mo-Ni 、軸、銑床零件W、Cr-W、Cr-Mn牙攻、車刀、銑刀Cr-W、Cr-W-V沖頭、鉚釘具高 C-高 Cr、Cr-W、號規(guī)、拉線模、Cr-Mo-V整緣模具M(jìn)n、Cr-W-V、熱輥軋模、壓鑄Ni-Cr-Mo 、Mn-Cr 模Cr、Cr-Ni餐具、外科刀具Ni 、Cr-Ni 、高 Si 化學(xué)工業(yè)精選資料，歡迎下載。Cr、Cr-Ni 、Si-Cr 、進(jìn)氣閥、排氣閥

38、、耐熱鋼Cr-Al輪機葉片彈簧鋼Si-Mn、Si-Cr 、 車輛、鐘表及各Cr-V式彈簧軸承鋼高 C高 Cr、高球軸承、滾軸承C-Cr-Mn等非摩擦式軸承非磁性鋼Ni 、Cr-Ni 、Cr-Mn輸配線支撐、羅電氣用鋼(避磁鋼 )盤外殼磁性鋼Si( 硅鋼 )變壓器鐵心磁石鋼Cr、W、Cr-W-Co永久磁鐵高 Ni 、Cr-Ni-Mo 、超高強度鋼鋼梁、飛機骨架Ni-Co1-2 構(gòu)造用合金鋼構(gòu)造用合金鋼是指使用在構(gòu)成機械的零件或建筑土木等各項工程結(jié)構(gòu)上的鋼料，例如：大型機械軸、壓力容器、高層建筑、橋梁鋼架或高強度螺栓、齒輪等。這些場合所需要的材料特性為：較高的抗拉強度、伸長率、沖擊值、疲勞限度等，

39、同時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。實用上，構(gòu)造用合金鋼由于使用的場合不同，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)成之后也無法再實施熱處理，大多用于車架或車箱、火車及船體，它包括高強度低合金鋼、易切鋼等。精選資料，歡迎下載。后者多屬于熱處理用中合金鋼，大多用于機械組件例如：曲柄軸、高強度螺栓等，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韌的機械性質(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 高強度合金鋼(HSLA Steel)高強度低合金鋼主要是替代在構(gòu)造上使用

40、的低碳鋼，由于工程結(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度較高的材料，高強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，使之強化而改變鋼的機械性質(zhì)，增進(jìn)其機械強度。由于大型結(jié)構(gòu)物焊接完成之后都難以熱處理，所以在正常化或是軋延狀態(tài)就要有高強度，也就是以固溶的方式在制造材料時就已完成強化。2高強度低合金鋼的種類很多，一般抗拉強度必須在50kg/mm 以上，高強度低合金鋼的分類通常是以機械性質(zhì)如：抗拉強度、降伏強度、延伸率等區(qū)分

41、，而不是以成份來區(qū)分。添加的元素為以 Mn、Si 、Nb、V、N影響較大， Co、Cr 的影響較小。高強度低合金鋼由于強度高出普通碳鋼甚多，因此對于同樣的負(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鋼之強度增強的方法，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 :精選資料，歡迎下載。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

42、車、船舶等結(jié)構(gòu)成形的需要。早期 HSLA鋼在耐蝕性表現(xiàn)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 鋼所做成的機件比由普通碳鋼所做成的機件更薄，因此一旦生銹，氧化的銹層會使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度、耐蝕性及抗拉強度，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

43、更厚。其它如：貨車、營建機械和其它重噸位車輛皆可使用HSLA鋼的薄板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、電力輸送機、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，主要使用于在強度較低的小型零件。由于經(jīng)濟及迅速切削的需求，加上自動切削機械的發(fā)展，因此在不特別要求強度的小型零件，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

44、精選資料，歡迎下載。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黏滯性， 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，并有潤滑作用，但由于硫及磷對機械性質(zhì)有害，因此這種鋼料多用在不重視強度的螺絲及螺帽等。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易切鋼是脫氧時的生成物，在切削時熔著于切刃邊，能產(chǎn)生減少磨擦的作用，而且具有保護(hù)刀

45、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，可以改良在正常化狀態(tài)使用的鋼之性質(zhì)，但是如果要更充分的發(fā)揮這一類合金鋼的機械性質(zhì)，以得到更高的硬度、強度和韌性，就應(yīng)該實施淬火及回火處理，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)到強化的目的( 這樣的方式稱為固溶強化) 。熱處理用合金鋼大多是應(yīng)用于機械構(gòu)成的零件，例如：曲柄軸、齒輪、強力螺栓、鍵、銷等，這些組件注重強度，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、韌的效果。熱處理用合金鋼就是