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金屬材料的规格及选用
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。
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1-1前言
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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
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一種機械材料的規格最主要可以由: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
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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。
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