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机械材料的规格及选用
作者: 来源:52design.com 发表时间:2007-8-27 16:41:53 浏览:

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。

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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(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: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:
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: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
(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)
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: 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。
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<





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