Понимание соглашений о наименовании металлов необходимо инженерам, покупателям и дизайнерам, чтобы ориентироваться на мировом рынке и выбирать подходящие материалы для своих применений.
1 Введение: язык металлов
Системы обозначения металлов предоставляют стандартизированный язык для идентификации и классификации огромного количества металлов и сплавов, используемых в промышленности. Эти коды представляют собой не случайные строки цифр и букв, а структурированы так, чтобы передавать конкретную информацию о химическом составе материала, механических свойствах, методе обработки или их комбинации. Понимание этого языка имеет решающее значение для определения материалов при закупках, обеспечения качества в производстве и обеспечения безопасности в критически важных приложениях в аэрокосмической, строительной и медицинской промышленности.
Эти системы существенно различаются в зависимости от страны и органа по стандартизации, создавая сложную среду для профессионалов, работающих с международными цепочками поставок. Американская унифицированная система нумерации (UNS) значительно отличается от китайских стандартов GB или немецких норм DIN. Несмотря на это разнообразие, большинство систем следуют логическим закономерностям, которые, если их понять, раскрывают встроенную в них информацию. В этом руководстве описаны основные методологии основных мировых систем обозначения металлов, что дает вам возможность принимать обоснованные решения по материалам независимо от используемого стандарта.
2. Основная классификация металлов
Прежде чем углубляться в конкретные соглашения об именах, важно понять широкие категории, на которые классифицируются металлы, поскольку это часто влияет на то, как они обозначаются.
Черные и цветные металлы. Наиболее фундаментальное подразделение отделяет черные металлы, которые содержат железо в качестве основного компонента (например, стали и чугуны), от цветных металлов, в которых железо не является основным компонентом (например, алюминий, медь, титан, цинк). Это различие часто отражается в структуре самой системы обозначений.
Чистые металлы и сплавы. В системах дополнительно различают чистые металлы, которые представляют собой элементы в их металлической форме (например, 99,9% алюминия), и сплавы, которые представляют собой смеси двух или более элементов, где по крайней мере один является металлом. Обозначения сплавов обычно более сложны и содержат информацию о составляющих элементах.
Кованые и литые изделия. Многие системы используют разные префиксы или суффиксы для обозначения формы изделия. Кованым изделиям (например, листам, пруткам, трубам) придается механическая обработка, что часто приводит к получению различных микроструктур и свойств по сравнению с литыми изделиями, которые формируются путем заливки расплавленного металла в форму.
3 основные международные системы стандартизации
В разных странах и регионах созданы свои собственные организации по стандартизации, каждая со своей собственной философией обозначения. Ниже приведены наиболее влиятельные системы, встречающиеся в мировой торговле и машиностроении.
3.1 Американская система (SAE/AISI, ASTM, UNS, AMS)
Американская система — это не единый стандарт, а экосистема взаимодополняющих обозначений.
Обозначения сталей SAE/AISI: на протяжении десятилетий системы Общества инженеров автомобильной промышленности (SAE) и Американского института железа и стали (AISI) были основными методами обозначения углеродистых и легированных сталей в США. Обычно они используют четырехзначный код, где первые две цифры обозначают семейство сплава (например, «10» для углеродистой стали, «41» для хромомолибденовой стали), а последние две цифры представляют номинальное содержание углерода в сотых долях процента. Буква «В», вставленная между второй и третьей цифрами (например, 10В46), указывает на добавление бора для улучшения прокаливаемости.
Единая система нумерации (UNS): UNS была создана для обеспечения базы данных перекрестных ссылок, которая сводит к минимуму путаницу между различными системами нумерации. Номер UNS сам по себе не является спецификацией, а является уникальным идентификатором, который ссылается на определенный состав в других стандартах. Обычно он состоит из одной буквы, за которой следуют пять цифр (например, G10400 для углеродистой стали, C36000 для медного сплава). Буква обозначает семейство металлов: «G» для углеродистых и легированных сталей, «А» для алюминия, «С» для меди, «S» для нержавеющих сталей и «Т» для инструментальных сталей и других.
Обозначения ASTM и AMS: Американское общество по испытаниям и материалам (ASTM) и спецификации аэрокосмических материалов (AMS) часто используют описательные коды, которые могут ссылаться на свойства или применение материала, а не на строгую химическую формулу. Например, сталь «ASTM A36» определяется ее механическими свойствами (в первую очередь минимальным пределом текучести 36 фунтов на квадратный дюйм), а «AMS 4911» определяет форму листового изделия из титанового сплава.
3.2 Китайские национальные стандарты (ГБ)
Китайские стандарты GB, администрируемые Управлением по стандартизации Китая (SAC), используют систематический подход с использованием китайских букв и цифр Пиньинь.
Стали. Для сталей префиксы часто обозначают использование или маршрут обработки. «Q» используется для сталей, основное обозначение которых основано на пределе текучести. Легированные конструкционные стали могут начинаться с цифр, обозначающих содержание углерода, за которыми следуют химические символы основных легирующих элементов и их процентное содержание.
Цветные металлы: в системе используются буквы пиньинь, происходящие от китайского названия основного металла.
Алюминий и его сплавы обозначаются буквой «L» (от «Lü»).
Медь и ее сплавы используют букву «Т» (от «Тонг»).
Последующие буквы и цифры указывают тип, серию и конкретную марку сплава. Например, в слове «LF» «L» означает алюминий, а «F» («Клык») означает, что это антикоррозийный сплав. В литейных алюминиевых сплавах используется буква «ZL» для «Zhu Lü» (литой алюминий).
3.3 Европейские системы (DIN, EN)
Немецкий DIN: Стандарты Немецкого института нормирования (DIN) известны своими подробными и описательными обозначениями. Для сталей в системе часто используется комбинация букв и цифр, где число представляет собой минимальный предел прочности (например, St42 для стали с пределом прочности ≈420 МПа) или код химического состава (например, C15E для углеродистой стали с ~0,15% C, «E» для цементации). Буквенно-цифровые коды очень точны и подробно описывают легирующие элементы и их приблизительные количества.
Европейская норма (EN): Система EN заменяет многие национальные стандарты в Европейском Союзе, стремясь к гармонизации. Она часто использует принцип, аналогичный американской системе UNS, действуя как расширенная версия, которая включает и перекрестно ссылается на старые национальные стандарты, такие как DIN. Стандарты EN имеют свою собственную схему нумерации, но для ясности часто сохраняют ссылку на устаревшие обозначения.
3.4 Японские промышленные стандарты (JIS)
В системе японских промышленных стандартов (JIS) для обозначения категории материала часто используются одиночные или двойные буквы, за которыми следуют цифры. Для сталей префикс «S» обозначает «Сталь». Далее следуют дополнительные буквы для конкретного типа: «SC» для углеродистой стали для конструкций, «SK» для углеродистой инструментальной стали, «SUS» для нержавеющей стали и «SUH» для жаропрочной стали. Следующие цифры обычно обозначают предел прочности, серийный номер или, в случае нержавеющих сталей, часто соответствуют типу AISI (например, SUS304 в целом эквивалентен AISI 304).
3.5 Международная организация по стандартизации (ISO)
Международная организация по стандартизации (ISO) стремится создать глобально гармонизированные стандарты. Его назначения часто направлены на устранение разрывов между основными национальными системами. Например, для сталей серия ISO 683 использует систему, основанную на химическом составе и термической обработке, с обозначениями, которые логичны, но не всегда интуитивно понятны без справочной таблицы. Сила системы ISO заключается в ее роли нейтрального ориентира для международных контрактов и технической документации.
4 Расшифровка конкретных категорий материалов
Логика систем обозначений становится более понятной применительно к конкретным семействам материалов.
4.1 Сталь и сплавы на основе железа
Соглашения об именах сталей являются одними из самых разнообразных и часто смешивают информацию о составе, механических свойствах и применении.
| Префикс/Символ | Стандартная система | Типичное значение/применение |
| 10ХХ, 41ХХ и т. д. | САЭ/АИСИ | Четырехзначный код, где первые две цифры обозначают серию сплава, а последние две — содержание углерода. |
| Q + предел текучести | ГБ (Китай) | Сталь, основное обозначение которой основано на пределе текучести (например, Q235 имеет предел текучести 235 МПа). |
| С + буква | ДЖИС (Япония) | S — сталь, за которой следует буква категории (например, «SC» — углеродистая сталь для конструкций). |
| ул + номер | DIN (Германия) | St означает «Сталь» (сталь) с номером, указывающим минимальную прочность на разрыв (например, St42). |
| Г | УНС (США) | Буквенный префикс для углеродистых и легированных сталей в системе UNS. |
| АИСИ 304/СУС304 | AISI (США)/JIS (Япония) | Обычная марка нержавеющей стали; «300-я серия» обозначает аустенитную структуру. |
Нержавеющие стали. Большинство систем классифицируют нержавеющие стали на такие семейства, как аустенитные (серии 200 и 300), ферритные (серии 400) и мартенситные (серии 400). Широко используемая трехзначная система AISI (например, 304, 316) прямо или косвенно упоминается во многих других национальных стандартах, таких как JIS (как SUS304).
Инструментальные стали: они часто обозначаются по их применению и содержанию сплава. В системе AISI используются такие буквы, как «A» для закалки на воздухе, «O» для закалки в масле, «W» для закалки в воде и «H» для инструментальных сталей для горячей обработки, за которыми следует порядковый номер.
4.2 Алюминий и алюминиевые сплавы
Обозначения алюминия преимущественно регулируются четырехзначной системой, разработанной Алюминиевой ассоциацией и получившей широкое распространение, в том числе в UNS США, а также в качестве основы для других международных стандартов.
Деформируемые сплавы:
Серия 1xxx: минимум 99,00 % алюминия (например, 1050, 1100).
Серия 2xxx: Медь является основным легирующим элементом (например, 2024, используется в самолетах).
Серия 3xxx: Марганец является основным легирующим элементом (например, 3003, для общего использования).
Серия 4xxx: Кремний является основным легирующим элементом (например, 4043, используемый для сварочной проволоки).
Серия 5xxx: Магний является основным легирующим элементом (например, 5052, 5083 для морского применения).
Серия 6ххх: Магний и кремний (для формирования Mg2Si); термообрабатываемые (например, 6061, 6063 для экструзии).
Серия 7xxx: Цинк является основным легирующим элементом (например, 7075, высокопрочный аэрокосмический сплав).
Литые сплавы: используйте аналогичную трехзначную систему плюс десятичную дробь (например, 356,0, A380,0). Первая цифра обозначает группу сплава.
Обозначение состояния. Важнейшей частью обозначения алюминия является состояние, которое указывает на состояние материала. Он следует за номером сплава и отделяется дефисом (например, 6061-T6). Обычные состояния включают «O» для отожженного, «F» для заводского изготовления, «H» для деформационно-упрочненного и «T» для термообработанного.
4.3 Медь и медные сплавы
Медные сплавы в первую очередь обозначаются с использованием системы UNS, которая группирует их по основным легирующим элементам.
Медь (C1xxxx): Нелегированная медь с высокой электропроводностью.
Сплавы с высоким содержанием меди (C16xxx-C19xxx): Сплавы с небольшими добавками других элементов.
Латуни (от C2xxxx до C4xxxx): Сплавы меди и цинка. Номер UNS часто связан со старыми и более знакомыми названиями, такими как «Cartridge Brass» (C26000) или «Naval Brass» (C46400).
Бронзы (от C5xxxx до C6xxxx): исторически сложились медно-оловянные сплавы, но теперь этот термин широко охватывает медные сплавы с элементами, отличными от цинка, в качестве основного сплава, такие как алюминиевые бронзы (C6xxxx), кремниевые бронзы (C64xxx) и фосфористые бронзы (C5xxxx).
Медь-никель (C7xxxx): Сплавы меди и никеля, известные превосходной коррозионной стойкостью (например, C71500).
5 практических приложений и межстандартное использование
Навигация между различными международными стандартами является общей проблемой.
Использование таблиц перекрестных ссылок и справочников. Если чертеж или спецификация требуют материала по незнакомому стандарту, первым делом следует обратиться к надежной таблице перекрестных ссылок или справочнику. В этих ресурсах перечислены эквивалентные или похожие оценки по различным стандартам. Очень важно понимать, что «эквивалент» не всегда означает «идентичный»; могут быть тонкие, но важные различия в допустимых уровнях примесей или требованиях к обработке.
Важные соображения по выбору и замене материалов: Замена материала исключительно на основе совпадения химического состава из таблицы перекрестных ссылок может быть рискованной. Комплексная оценка должна учитывать:
Требования к механическим свойствам. Убедитесь, что заменитель соответствует всем указанным значениям прочности, пластичности и ударной вязкости.
Реакция термообработки: разные маршруты обработки могут привести к получению различной микроструктуры и характеристик.
Коррозионная стойкость: Незначительные различия в составе могут существенно повлиять на коррозионное поведение.
Свариваемость и формуемость. Эти технологические характеристики не всегда полностью отражены в обозначении базовой марки.
Применимые спецификации и сертификаты. В регулируемых отраслях (аэрокосмическая, медицинская, ядерная) материал часто должен быть получен и сертифицирован по определенному стандарту, а не просто «похожему».
