金属材料的机械性能超全.docx
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金属材料的机械性能超全
機械性能
種類
冷軋或固理狀態
質別
硬度
降伏強度
抗拉強度
伸長
TlloyNo
Quality
HV
H/mm2（kgf/mm2）
N/MM2（kgf/mm2））
％
SUS301&SUS201
1/2H
300-360
510（52）以上
930（95）以上
10以上
3/4H
360-400
745（76）以上
1130（115）以上
5以上
H
400-460
1030（105）以上
1320（136）以上
SUS304
&
SUS202
1/2H
250-300
470（48））以上
780（80）以上
6以上
3/4H
300-360
665（68）以上
930（95）以上
3以上
H
360-400
880（90）以上
1130（115）以上
不锈钢为什么耐腐蚀？
所有金属都和大气中的氧气进行反应，在表面形成氧化膜。
不幸的是，在普通碳钢上形成的氧化铁继续进行氧化，使锈蚀不断扩大，最终形成孔洞。
可以利用油漆或耐氧化的金属（例如，锌，镍和铬）进行电镀来保证碳钢表面，但是，正如人们所知道的那样，这种保护仅是一种薄膜。
如果保护层被破坏，下面的钢便开始锈蚀。
不锈钢的耐腐蚀性取决于铬，但是因为铬是钢的组成部分之一，所以保护方法不尽相同。
在铬的添加量达到10．5％时，钢的耐大气腐蚀性能显著增加，但铬含量更高时，尽管仍可提高耐腐蚀性，但不明显。
原因是用铬对钢进行合金化处理时，把表面氧化物的类型改变成了类似于纯铬金属上形成的表面氧化物。
这种紧密粘附的富铬氧化物保护表面，防止进一步地氧化。
这种氧化层极薄，透过它可以看到钢表面的自然光泽，使不锈钢具有独特的表面。
而且，如果损坏了表层，所暴露出的钢表面会和大气反应进行自我修理，重新形成这种"钝化膜"，继续起保护作用。
因此，所有的不锈钢都具有一种共同的特性，即铬含量均在10．5％以上。
不锈钢的类型
"不锈钢"一词不仅仅是单纯指一种不锈钢，而是表示一百多种工业不锈钢，所开发的每种不锈钢都在其特定的应用领域具有良好的性能。
成功的关键首先是要弄清用途，然后再确定正确的钢种。
有关不锈钢的进一步详细情况可参见由NiDI编制的"不锈钢指南"软盘。
幸而和建筑构造应用领域有关的钢种通常只有六种。
它们都含有17～22％的铬，较好的钢种还含有镍。
添加钼可进一步改善大气腐蚀性，特别是耐含氯化物大气的腐蚀。
耐大气腐蚀
经验表明，大气的腐蚀程度因地域而异。
为便于说明，建议把地域分成四类，即：
乡村，城市，工业区和沿海地区。
乡村是基本上无污染的区域。
该区人口密度低，只有无污染的工业。
城市为典型的居住、商业和轻工业区，该区内有轻度污染，例如交通污染。
工业区为重工业造成大气污染的区域。
污染可能是由于燃油所形成的气体，例如硫和氮的氧化物，或者是化工厂或加工厂释放的其它气体。
空气中悬游的颗粒，像钢铁生产过程中产生的灰尘或氧化铁的沉积也会使腐蚀增加。
沿海地区通常指的是距海边一英里以内的区域。
但是，海洋大气可以向内陆纵深蔓延，在海岛上更是如此，盛行风来自海洋，而且气候恶劣。
例如，英国气候条件就是如此，所以整个国家都属于沿海区域。
如果风中夹杂着海洋雾气，特别是由于蒸发造成盐沉积集聚，再加上雨水少，不经常被雨水冲刷，沿海区域的条件就更加不利。
如果还有工业污染的话，腐蚀性就更大。
美国、英国、法国、意大利、瑞典和澳大利亚所进行的研究工作已经确定了这些区域对各种不锈钢耐大气腐蚀的影响。
有关内容在NiIDI出版的《建筑师便览》中作了简单介绍，该书中的表可以帮助设计人员为各种区域选择成本效益最好的不锈钢。
在进行选择时，重要的是确定是否还有当地的因素影响使用现场环境。
例如，不锈钢用在工厂烟囱的下方，用在空调排气挡板附近或废钢场附近，会存在非一般的条件。
维修及清理
和其它曝露于大气中的材料一样，不锈钢也会脏。
今后的讲座将分析影响维修及清理成本的设计因素。
但是，在雨水冲刷，人工冲洗和已脏表面之间还存在着一种相互关系。
通过把相同的板条直接放在大气中和放在有棚的地方确定了雨水冲刷的效果。
人工冲洗的效果是通过人工用海绵沾上肥皂水每隔六个月擦洗每块板条的右边来确定的。
结果发现，与放在有棚的地方和不被冲洗的地方的板条相比，通过雨水冲刷和人工擦洗去除表面的灰尘和淤积对表面情况有良好的作用。
而且还发现，表面加工的状况也有影响，表面平滑的板条比表面粗糙的板条效果要好。
因此洗刷的间隔时间受多种因素影响，主要的影响因素是所要求的审美标准。
虽然许多不锈钢幕墙仅仅是在擦玻璃时才进行冲洗，但是，一般来讲，用于外部的不锈钢每年洗刷两次。
典型用途
大多数的使用要求是长期保持建筑物的原有外貌。
在确定要选用的不锈钢类型时，主要考虑的是所要求的审美标准、所在地大气的腐蚀性以及要采用的清理制度。
然而，其它应用越来越多的只是寻求结构的完整性或不透水性。
例如，工业建筑的屋顶和侧墙。
在这些应用中，物主的建造成本可能比审美更为重要，表面不很干净也可以。
在干燥的室内环境中使用430不锈钢效果相当好。
但是，在乡村和城市要想在户外保持其外观，就需经常进行清洗。
在污染严重的工业区和沿海地区，表面会非常脏，甚至产生锈蚀。
但要获得户外环境中的审美效果，就需采用含镍不锈钢。
所以，304不锈钢广泛用于幕墙、侧墙、屋顶及其它建筑用途，但在侵蚀性严重的工业或海洋大气中，最好采用316不锈钢。
现在，人们已充分认识到了在结构应用中使用不锈钢的优越性。
有几种设计准则中包括了304和316不锈钢。
因为"双相"不锈钢2205已把良好的耐大气腐蚀性能和高抗拉强度及弹限强度融为一体，所以，欧洲准则中也包括了这种钢。
产品形状
实际上，不锈钢是以全标准的金属形状和尺寸生产制造的，而且还有许多特殊形状。
最常用的产品是用薄板和带钢制成的，也用中厚板生产特殊产品，例如，生产热轧结构型钢和挤压结构型钢。
而且还有圆型、椭圆型、方型、矩型和六角型焊管或无缝钢管及其它形式的产品，包括型材、棒材、线材和铸件。
表面状态
正如后面将谈到的，为了满足建筑师们美学的要求，已开发出了多种不同的商用表面加工。
例如，表面可以是高反射的或者无光泽的；可以是光面的、抛光的或压花的；可以是着色的、彩色的、电镀的或者在不锈钢表面蚀刻有图案，以满足设计人员对外观的各种要求。
保持表面状态是容易的。
只需偶尔进行冲洗就能去除灰尘。
由于耐腐蚀性良好，也可以容易地去除表面的涂写污染或类似的其它表面污染。
设计
六十多年以来，建筑师们一直选用不锈钢来建造成本效益好的永久性建筑物。
现有的许多建筑物充分说明了这种选择的正确性。
有些是非常具有观赏性的，如纽约市的Chrysler大厦。
但在许多其它应用中，不锈钢所起的作用不是那么引人注目，可是在建筑物的美学和性能方面却起着重要作用。
例如，由于不锈钢比其它相同厚度的金属材料更具有耐磨性和耐压痕性，所以在人口流动量大的地方修建人行道时，它是设计人员的首选材料。
不锈钢用作建造新的建筑物和用来修复历史名胜古迹的结构材料已有70多年了。
早期的设计是按照基本原则进行计算的。
今天，设计规范，例如，美国土木工程师学会的标准ANSI/ASCE-8-90"冷成型不锈钢结构件设计规范"和NiDI与EuroInox联合出版的"结构不锈钢设计手册"已简化了使用寿命长，完整性好的建筑用结构件的设计。
未来展望
由于不锈钢已具备建筑材料所要求的许多理想性能，它在金属中可以说是独一无二的，而其发展仍在继续。
为使不锈钢在传统的应用中性能更好，一直在改进现有的类型，而且，为了满足高级建筑应用的严格要求，正在开发新的不锈钢。
由于生产效率不断提高，质量不断改进，不锈钢已成为建筑师们选择的最具有成本效益的材料之一。
不锈钢集性能、外观和使用特性于一身，所以不锈钢仍将是世界上最佳的建筑材料之一。
不锈钢的标识方法
钢的编号和表示方法
①用国际化学元素符号和本国的符号来表示化学成份，用阿拉伯字母来表示成份含量：
如：
中国、俄国12CrNi3A
②用固定位数数字来表示钢类系列或数字；如：
美国、日本、300系、400系、200系；
③用拉丁字母和顺序组成序号，只表示用途。
我国的编号规则
①采用元素符号
②用途、汉语拼音，平炉钢：
P、沸腾钢：
F、镇静钢：
B、甲类钢：
A、T8：
特8、
GCr15：
滚珠
◆合结钢、弹簧钢，如：
20CrMnTi60SiMn、（用万分之几表示C含量）
◆不锈钢、合金工具钢（用千分之几表示C含量），如：
1Cr18Ni9千分之一（即
0.1%C）,不锈C≤0.08%如0Cr18Ni9,超低碳C≤0.03%如0Cr17Ni13Mo
国际不锈钢标示方法
美国钢铁学会是用三位数字来标示各种标准级的可锻不锈钢的。
其中：
①奥氏体型不锈钢用200和300系列的数字标示，
②铁素体和马氏体型不锈钢用400系列的数字表示。
例如，某些较普通的奥氏体不锈钢
是以201、304、316以及310为标记，
③铁素体不锈钢是以430和446为标记，马氏体不锈钢是以410、420以及440C为标
记，双相（奥氏体－铁素体），
④不锈钢、沉淀硬化不锈钢以及含铁量低于50%的高合金通常是采用专利名称或商标命名。
4）．标准的分类和分级
4-1分级：
①国家标准GB
②行业标准YB
③地方标准
④企业标准Q/CB
4-2分类：
①产品标准
②包装标准
③方法标准
④基础标准
4-3标准水平（分三级）：
Y级：
国际先进水平
I级：
国际一般水平
H级：
国内先进水平
4-4国标
GB1220-84不锈棒材（I级）
GB4241-84不锈焊接盘园（H级）
GB4356-84不锈焊接盘园（I级）
GB1270-80不锈管材（I级）
GB12771-91不锈焊管（Y级）
GB3280-84不锈冷板（I级）
GB4237-84不锈热板（I级）
GB4239-91不锈冷带（I级）
不锈钢
不锈耐酸钢简称不锈钢，它是由不锈钢和耐酸钢两大部分组成的，简言之，能抵抗大气腐蚀的钢叫不锈钢，而能抵抗化学介质腐蚀的钢叫耐酸钢。
一般说来，含硌量Wcr大于12%的钢就具有了不锈钢的特点不锈钢按热处理后的显微组织又可分为五大类：
即铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体-铁素体不锈钢及沉淀碳化不锈钢文字
不锈钢带硬度的检测方法
不锈钢带的厚度大于1.2mm采用洛氏硬度计，测试HRB、HRC硬度。
厚度为0.2～1.2mm的不锈钢带采用表面洛氏硬度计测试HRT、HRN硬度。
厚度小于0.2mm的不锈钢带，采用表面洛氏硬度计配金刚石砧座，测试HR30Tm硬度。
在不锈钢带的生产过程中，有一个十分重要的工序，这就是退火－精整处理。
不锈钢的退火－精整处理通常是在连续退火机组上进行的，不锈钢带以某一速度连续运动，不锈钢带的硬度主要依靠改变运动速度或调节精整压下率来调整。
不锈钢带材的硬度是一项十分重要的质量指标，它关系到以不锈钢带为原料的冲压、焊管及其他变形或非变形加工的产品质量和工作效率。
如何能在不停机的条件下，在生产现场快速无损地检测不锈钢带的硬度，通过现场调整工艺参数保证最终产品的硬度在规定范围之内。
这是不锈钢带生产，以及冷轧钢带生产中一项亟待解决的难题。
沈阳天星试验仪器有限公司最新生产的W－B75型韦氏硬度计较好地解决了这一问题。
这种仪器有20个刻度，它采用洛氏硬度值为90HRB的标准洛氏硬度块来校正仪器，这一硬度值被设定在仪器13～14的范围内，这种仪器可以当作一台简单的HRB洛氏硬度计来使用。
它可以有效地区分退火不锈钢带的软态、1/8硬、1/4硬、1/2硬及全硬状态。
仪器重量不到1kg，它象一把钳子一样（俗称钳式硬度计或硬度钳），在不锈钢带上掐一下即可。
测试后在不锈钢带上只留下一个极小的压痕，这个压痕既不影响外观，又不影响使用，可认为是无损检测。
整个操作过程只需要1秒钟时间。
这种仪器的采用可能有效地解决不锈钢带硬度的在线检测，在线控制问题。
可以有效地提高不锈钢带产品的合格率，降低不锈钢带产品硬度的分散性，提高工厂的质量管理水平。
我们相信这种新改进的W－B75型韦氏硬度计，在不锈钢加工行业一定会受到广泛的欢迎
PHR系列便携式洛氏硬度计
概 述
* PHR系列便携式洛氏硬度计是硬度计制造领域的一项技术进步。
该硬度计在不降低测试精度的条件下，实现了小型化，轻便化。
重量只有普通台式洛氏硬度计的百分之一，最小重量0.7公斤。
*PHR系列便携式洛氏硬度计测试范围包括很软的铝、锌、铅、锡、金、银，中等硬度的铝合金、铜、铜合金、低碳钢、不锈钢、钛及很硬的淬火钢、深层渗碳钢、硬质合金等，涵盖了几乎全部常见金属。
*该洛氏硬度计压痕小，可作为无损检测直接测试工件。
*该洛氏硬度计操作简便，使用灵活。
可以象千分尺一样使用。
各种中小尺寸的金属零件以及不便移动的板、带、棒、管等大型材料都可以测试，应用范围十分广阔。
仪器适于对成批加工的成品或半成品工件做逐件检测，可用于生产现场、销售现场和材料仓库。
*该洛氏硬度计可以直接测试管材硬度，还可以测试管材内壁硬度。
*该洛氏硬度计有5种型号，试样最大尺寸分别是25mm、50mm、100mm、200mm。
*洛氏硬度值可通过查表换算成维氏（HV）、布氏（HB）硬度值或抗拉强度（σb）值。
技术规格
硬度标尺：
洛氏硬度A、B、C、D、E、F、G、H、K、L、M、P、R、S、V等1
5个标尺
试验力：
初试验力10kg
总试验力60kg、100kg、150kg
精 度：
符合标准GB/T230、ISO6508、ASTME18
分辨率：
0.5HR
开口尺寸：
见“仪器选型”
重 量：
见“仪器选型”
试样尺寸：
板材厚度：
0.8mm-200mm
管材壁厚：
0.8mm-180mm
棒材直径：
2.5mm-180mm
球体直径：
2.5mm-170mm
标准配置
主机：
1台 平砧座：
1个
支承座：
1个 V型砧座：
1个
金刚石压头：
1支（120°圆锥） 点式砧座：
1个
钢球压头：
2支（Ø1.588mm） 接长杆：
1-2个
标准硬度块：
4块 仪器箱：
1个
可选附件
标准硬度块：
HRA、HRB（高值）、HRC（高值）、HRC（中值）、HRC（低值）
钢球压头：
（Ø3.175mm、Ø6.35mm、Ø12.7mm） 用于测试更软的金属材料
测球砧座：
（1/2˝、1˝、1-1/3˝） 用于测试Ø2.5mm~Ø80mm球
凹柱面砧座：
（1/2"、3/4"、1"） 用于测试凹曲面板或大直径的轴类试样
凸柱面砧座：
（1/2"、3/4"、1" ） 用于测试凸曲面板或大直径管材试样
退火技术
退火是将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却的一种金属热处理工艺。
退火热处理分为完全退火，不完全退火和去应力退火。
退火材料的力学性能可以用拉伸试验来检测，也可以用硬度试验来检测。
许多钢材都是以退火热处理状态供货的，钢材硬度检测可以采用洛氏硬度计，测试HRB硬度，对于较薄的钢板、钢带以及薄壁钢管，可以采用表面洛氏硬度计，检测HRT硬度.
退火的目的在于：
①改善或消除钢铁在铸造、锻压、轧制和焊接过程中所造成的各种组织缺陷以及残余应力，防止工件变形、开裂。
②软化工件以便进行切削加工。
③细化晶粒，改善组织以提高工件的机械性能。
④为最终热处理（淬火、回火）作好组织准备。
常用的退火工艺有：
①完全退火。
用以细化中、低碳钢经铸造、锻压和焊接后出现的力学性能不佳的粗大过热组织。
将工件加热到铁素体全部转变为奥氏体的温度以上30～50℃，保温一段时间，然后随炉缓慢冷却，在冷却过程中奥氏体再次发生转变，即可使钢的组织变细。
②球化退火。
用以降低工具钢和轴承钢锻压后的偏高硬度。
将工件加热到钢开始形成奥氏体的温度以上20～40℃，保温后缓慢冷却，在冷却过程中珠光体中的片层状渗碳体变为球状，从而降低了硬度。
③等温退火。
用以降低某些镍、铬含量较高的合金结构钢的高硬度，以进行切削加工。
一般先以较快速度冷却到奥氏体最不稳定的温度，保温适当时间，奥氏体转变为托氏体或索氏体，硬度即可降低。
④再结晶退火。
用以消除金属线材、薄板在冷拔、冷轧过程中的硬化现象（硬度升高、塑性下降）。
加热温度一般为钢开始形成奥氏体的温度以下50～150℃，只有这样才能消除加工硬化效应使金属软化。
⑤石墨化退火。
用以使含有大量渗碳体的铸铁变成塑性良好的可锻铸铁。
工艺操作是将铸件加热到950℃左右，保温一定时间后适当冷却，使渗碳体分解形成团絮状石墨。
⑥扩散退火。
用以使合金铸件化学成分均匀化，提高其使用性能。
方法是在不发生熔化的前提下，将铸件加热到尽可能高的温度，并长时间保温，待合金中各种元素扩散趋于均匀分布后缓冷。
⑦去应力退火。
用以消除钢铁铸件和焊接件的内应力。
对于钢铁制品加热后开始形成奥氏体的温度以下100～200℃，保温后在空气中冷却，即可消除内应力。
冲压件硬度的检测方法
冲压件的硬度检测采用洛氏硬度计。
小型的、具有复杂形状的冲压件，可以用来测试平面很小，无法在普通台式洛氏硬度计上检测。
PHP系列便携式表面洛氏硬度计十分适用于测试这些冲压件的硬度。
冲压件是金属加工、机械制造领域最常用的零件。
冲压件加工是利用模具使金属板带发生分离或成形的加工方法。
其应用范围十分广阔。
冲压件加工包括冲裁、弯曲、拉深、成形、精整等工序。
冲压件加工的材料主要是热轧或冷轧（以冷轧为主）的金属板带材料，例如碳钢板、合金钢板、弹簧钢板、镀锌板、镀锡板、不锈钢板、铜及铜合金板、铝及铝合金板等。
金属材料的硬度检测在冲压件加工过程中具有十分重要的意义。
冲压行业的硬度检测可分为如下三部分：
1、原材料的进厂检测。
2、模具的硬度检测。
3、冲压件中间产品和冲压件成品的硬度检测。
现分别介绍如下：
1、冲压件材料的硬度检测
冲压件材料的硬度检测，其主要目的就是确定购入的金属板材退火程度是否适于随后将要进行的冲压件加工，不同种类的冲压件加工工艺，需要不同硬度级别的板材。
热轧钢板通常较厚，钢材标准中一般规定用布氏硬度计来检测硬度。
洛氏硬度计检测热轧钢板也是可行的，可以采用HRB标尺。
便携式洛氏硬度计用于测试热轧钢板，可以在不取样的条件下进行测试，操作很简便。
各种用于冲压件加工的冷轧钢板主要采用洛氏硬度计来检测硬度，通常用HRB标尺，较硬的用HRC标尺。
薄板材料可以用韦氏硬度计，也可以用表面洛氏硬度计HRN或HRT标尺。
用于冲压件加工的黄铜板的硬度可以用洛氏硬度计的HRB标尺进行检测。
较软的黄铜板和紫铜板采用HRF标尺。
较薄的板材采用HRT标尺。
用于冲压件加工的铝合金板可用韦氏硬度计检测，材料厚度大于13mm时可改用巴氏硬度计，纯铝板或低硬度铝合金板应采用巴氏硬度计。
用于冲压件加工的各种金属的极薄板材都可以采用表面洛氏硬度计的HR30T标尺并配合金刚石点砧座，用这种方式测试HR30Tm硬度值。
测试的薄板厚度可小于0.05mm。
这种试验方法在国家标准GB/T230.1-2004的附录A中被规定。
也可以采用表面洛氏硬度的HR15T和HR45T标尺，测试后换算成HR30Tm硬度值。
沈阳天星公司生产的PHR系列便携式洛氏/表面洛氏硬度计可以在材料仓库或销售现场使用，对入厂的板材进行检验可以不必取样。
它还可以将原材料的检验前移到采购阶段。
可以携带仪器到钢材厂或钢材市场去选购材料，确认板材硬度符合要求后再采购。
2、冲压件模具的硬度检测
冲压件模具的主要材料是模具钢（包括工具钢和高速钢），有时还要用到硬质合金。
冲压件模具通常要求具有很高的硬度和耐磨性，热处理是必不可少的。
模具钢的硬度检测主要采用洛氏硬度计，测试HRC硬度值。
当模具较大，不便移动时可采用里氏硬度计。
硬质合金的硬度检测采用洛氏硬度HRA标尺。
为了得到高的表面硬度和耐磨性，许多冲压件模具和冲压件模具配件都要进行表面热处理，例如表面渗氮。
对于这样的模具人们非常关心它的表面硬度和硬化层深度。
对于体积不太大，移动方便的冲压件模具，可直接在表面洛氏硬度计上测试其表面硬度HRN值。
体积较大，不易移动的只好采用切割试样的办法，取样后在表面洛氏硬度计上测试HRN值。
也可以用维氏硬度计测试HV值。
还有一种办法是用相同材料制成小块试片，在相同条件下进行热处理，然后测出试片的硬度值，以此来估计冲压件模具的硬度。
本公司生产的PHR系列便携式表面洛氏硬度计可以用于一部分小型冲压件模具表面硬度的测试。
遗憾的是这种仪器的最大开口只有50mm，许多大一些的冲压件模具无法测试。
开口为100mm和200mm的表面洛氏硬度计正在研制中，届时很大一部分冲压件模具都可以在现场测试了。
表面热处理冲压件模具的硬化层深度可以用维氏或努氏硬度计检测。
检测方法可参考网站上笔者的其他文章。
在测试经过表面热处理的冲压件模具钢硬度时，有一种错误的做法值得纠正。
这就是在这种场合不适当地使用里氏硬度计。
里氏硬度计的优点是轻便，带有电脑，使用简单，换算成各种硬度值都很方便。
但是它的问题是只能测试厚重的工件，测试具有单一材质的工件。
对于具有表面硬化层的工件无法测试出准确的硬度值，因为这种工件已经不是单一材质了。
这是由里氏硬度计的原理决定的。
布、洛、维三种常用硬度计都是采用静态测试原理，都是将一个硬质压头缓慢地压入试样表面，然后测试压痕深度或尺寸，确定硬度值的大小。
而里氏硬度计采用的是动态测试原理。
它是将一个规定质量的球体以规定速度冲击试样表面，测试它初速度与反弹后速度之差，以此来确定试样的硬度值。
里氏硬度计是靠测试材料的反弹力确定硬度的。
它施加给试样的动能要沿作用力方向传递到很深的部位（至少要深达几厘米）。
要理解这一点，只要看一下里氏硬度计的标准硬度块有多厚就清楚了。
假如，有两个同样尺寸，同样硬度的工件，表面又用相同的工艺进行了氮化处理，氮化层硬度相同，只是厚度一个为0.5mm，另一个为1.0mm。
这时如果用里氏硬度计测试工件的硬度，显然会得出不同的结果。
很明显它测出来的硬度值既不是氮化层的硬度，也不是基材的硬度，而是二者共
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