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。1-1前言規格(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 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。若是表示最小抗拉強度或最小降伏強度，通常以三位數字表示。 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 低於340 N/mm2。 以與合金量之表示法有所區別。常用於建築結構用等不須規定含碳量鋼料的場合。註：機械結構用鋼料的符號機械結構用鋼料使用很廣，因此CNS 2608 G2018特別在附錄2中說明適用範圍及其符號所代表的意義：適用範圍：機械結構用碳鋼鋼料及結構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，第一群為鋼料為改善其性質(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第四種構造用碳鋼 S(55)C：一般構造用碳鋼，最小抗拉強度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碳含量的代表值。（2）鋁及鋁合金的規格鋁及鋁合金之種類及符號係依CNS 2068 H3021之規定，適用範圍為鍛鋁、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)之合金種類及鍊度符號。鍛鋁合金之編號依其合金成分，共分1xxx8xxx系，另有9xxx系為備用，鑄鋁合金之規格亦分1xxx9xxx九系，其中6xxx系為備用，這些已如第九章所述。而所謂”鍊度”係指”製造過程中，依加工、熱處理等條件之差異所獲得機械性質之區分”。鍊度符號又分為基本符號與細分符號。基本符號為一字英文字母(大寫)，細分符號為一位數字或多位數字組合並附在基本符號之後。a基本符號鋁合金的鍊度基本符號分為四種。b細分符號 鋁合金鍊度之基本符號H及T之細分符號，依下列規定。鍛鋁合金的編號及化學成分。2日本工業標準(JIS)JIS是Japanese Industral Standard 的簡稱，JIS對於鋼鐵材料的的編號大致可分兩大類：（1）一般機械構造用碳鋼： 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的機械構造用碳鋼（2）其他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，鋼以S、鐵以F表示，其他非鐵類如表11- 。第二部分表示鋼製品的規格或用途，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、熱處理方式等附註於後，加工方法例如:D(Drawing)抽製、G(Grinding)研磨、T(Turning)車削、Ex(Extruded)擠製。熱處理方法大多記於金屬符號之後，並在二者之間加入-（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硬質材料3常用的美國材料編號及規格（1）美國鋼鐵學會美國汽車工程師學會(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)數目字為記號來分類。其中第一位數，表示鋼料的種類，如：鎳鋼為2、鎢鋼為7。第二位數，為主要合金元素的百分值；0表示無其他合金元素。第三、四位數(或第三、四、伍位數字)代表含碳量。（例） SAE1045：含碳量0.45的碳鋼，與CNS中S45C鋼料相當。 SAE4140：含碳量0.40的鉻鉬鋼，與JIS中SCM4鋼料相當。鋼 種編 號鋼 種編 號碳鋼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矽錳鋼9（2）美國材料協會及美國機械工程師協會 ASTM(ASME)ASTM是非常廣泛被採用的材料規範，它的特色主要是針對產品的特性及表現而定。ASTM表示法是以以字母+代號表示，再輔以年代之混合標示，ASME則採用了相當多的ASTM規範，並以前置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一般測試法例如: ASTM A36-77a 其中A 36 - 77 a 分別表示 (鋼鐵)(結構用)(1977年)(第一次修訂)又如: ASTM E8 代表拉伸試驗規範ASME的表示法：例如: ASME SA213 = ASTM A213而同一編號又可依化學成分(Grade)加工方式(Type)成品型態(Class)來區分。Grade主要敘述其化學性質，Type指脫氧的情況，Class:指一些其他性質。如：強度、表面光度等。（3）美國統一編號系統 UNSUNS是Unified Numbering System 的簡稱，在1974年為ASTM及SAE 聯合制定，UNS 本身只是一種編號，而非規格，它將金屬分為17個系列編號並與原有的體系配合，例如： UNS G10XX0 = SAE 10XX，而有索引、整合、參考的意義，因此而稱統一編號系統。4德國工業標準(DIN)DIN並不是英文，而是德文Deutsch Industriell Norm的縮寫，德國工業標準中鋼鐵材料的規格是在DIN 17006，補充說明在DIN 17007，1974年改為 ISO制，以 EURONORM 27-74替代