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文檔簡介
硬度知識
一、硬度簡介:
硬度表示材料抵抗硬物體壓入其表面的能力。它是金屬材料的重要性能指標(biāo)之一。一般硬度越高,耐磨
性越好。常用的硬度指標(biāo)有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。
1.布氏硬度(HB)
以一定的載荷(一般3000kg)把一定大?。ㄖ睆揭话銥?0mm)的淬硬鋼球壓入材料表面,保持一段時間,去
載后,負(fù)荷與其壓痕面積之比值,即為布氏硬度值(HB),單位為公斤力/mm2(N/mn?)。
2.洛氏硬度(HR)
當(dāng)HB>450或者試樣過小時,不能采用布氏硬度試驗(yàn)而改用洛氏硬度計量。它是用一個頂角120°的金
剛石圓錐體或直徑為1.59、3.18mm的鋼球,在一定載荷下壓入被測材料表面,由壓痕的深度求出材料的
硬度。根據(jù)試驗(yàn)材料硬度的不同,分三種不同的標(biāo)度來表示:
?HRA:是采用60kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度,用于硬度極高的材料(如硬質(zhì)合金等)。
?HRB:是采用100kg載荷和直徑1.58mm淬硬的鋼球,求得的硬度,用于硬度較低的材料(如退火
鋼、鑄鐵等)。
?HRC:是采用150kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度,用于硬度很高的材料(如淬火鋼等)。
3維氏硬度(HV)
以120kg以內(nèi)的載荷和頂角為136°的金剛石方形錐壓入器壓入材料表面,用材料壓痕凹坑的表面積除
以載荷值,即為維氏硬度HV值(kg「mn?)。蜜
############################################^##############榭################################
注:
洛氏硬度中HRA、HRB、HRC等中的A、B、C為三種不同的標(biāo)準(zhǔn),稱為標(biāo)尺A、標(biāo)尺B、標(biāo)尺C。
洛氏硬度試驗(yàn)是現(xiàn)今所使用的幾種普通壓痕硬度試驗(yàn)之一,三種標(biāo)尺的初始壓力均為98.07N(合lOkgf),最后
根據(jù)壓痕深度計算硬度值。標(biāo)尺A使用的是球錐菱形壓頭,然后加壓至588.4N(合60kgf);標(biāo)尺B使用的是直徑
為1.588mm(l/16英寸)的鋼球作為壓頭,然后加壓至980.7N(合lOOkgf);而標(biāo)尺C使用與標(biāo)尺A相同的球錐菱
形作為壓頭,但加壓后的力是1471N(合150kgf)。因此標(biāo)尺B適用相對較軟的材料,而標(biāo)尺C適用較硬的材料。
實(shí)踐證明,金屬材料的各種硬度值之間,硬度值與強(qiáng)度值之間具有近似的相應(yīng)關(guān)系。因?yàn)橛捕戎凳巧狡鹗妓苄?/p>
變形抗力和繼續(xù)塑性變形抗力決定的,材料的強(qiáng)度越高,塑性變形抗力越高,硬度值也就越高。但各種材料的換
算關(guān)系并不一致。本站《硬度對照表》一文對鋼的不同硬度值的換算給出了表格,請查閱。
什rrrrr什rrr7什TTr什rrrrr什rrrr什TTT甘rrTT甘rrrrr甘rrr7卅T7r卅rrrr廿frrrr廿rTTr廿Trrr廿rr七rr甘rT甘rr什r7什T7什T7什r什rr什TfT什TT什T什TT什rrT什r什fr班r77/r什rrr什rr什rT什T什rr什TT什rr什rr什rr什rr什rrr什rT什T班rrnrr什rr什ZT什Tr什rr什rr什rr什rr力nr七t甘rt甘rt冊rrrtr#r#什rrr什rt什Tt什rtr什tT什TT什Tr什rrT什TT州TTT出T1r丹t丹rt比rTt什TT什T
二、硬度對照表:
根據(jù)德國標(biāo)準(zhǔn)DIN50150,以下是常用范圍的鋼材抗拉強(qiáng)度與維氏硬度、布氏硬度、洛氏硬度的對照表。
抗拉強(qiáng)度維氏硬度布氏硬度洛氏硬度
RmHVHBHRC
N/mm2
2508076.0-
2708580.7-
2859085.2-
3059590.2-
32010095.0-
33510599.8-
350110105-
370115109-
380120114-
400125119-
415130124-
430135128-
450140133-
465145138-
480150143-
490155147-
510160152-
530165156-
545170162-
560175166-
575180171-
595185176-
610190181-
625195185-
640200190-
660205195-
675210199-
690215204-
705220209-
720225214-
740230219-
755235223-
77024022820.3
78524523321.3
80025023822.2
82025524223.1
83526024724.0
85026525224.8
86527025725.6
88027526126.4
90028026627.1
91528527127.8
93029027628.5
95029528029.2
96530028529.8
99531029531.0
103032030432.2
106033031433.3
109534032334.4
112535033335.5
111536034236.6
119037035237.7
122038036138.8
125539037139.8
129040038040.8
132041039041.8
135042039942.7
138543040943.6
142044041844.5
145545042845.3
148546043746.1
152047044746.9
1555480(456)47.7
1595490(466)48.4
1630500(475)49.1
1665510(485)49.8
1700520(494)50.5
1740530(504)51.1
1775540(513)51.7
1810550(523)52.3
1845560(532)53.0
1880570(542)53.6
1920580(551)54.1
1955590(561)54.7
1995600(570)55.2
2030610(580)55.7
2070620(589)56.3
2105630(599)56.8
2145640(608)57.3
2180650(618)57.8
66058.3
67058.8
68059.2
69059.7
70060.1
72061.0
74061.8
76062.5
78063.3
80064.0
82064.7
84065.3
86065.9
88066.4
90067.0
92067.5
94068.0
硬度試驗(yàn)是機(jī)械性能試驗(yàn)中最簡單易行的?種試驗(yàn)方法。為了能用硬度試驗(yàn)代替某些機(jī)械性能試驗(yàn),生
產(chǎn)上需要一個比較準(zhǔn)確的硬度和強(qiáng)度的換算關(guān)系。
實(shí)踐證明,金屬材料的各種硬度值之間,硬度值與強(qiáng)度值之間具有近似的相應(yīng)關(guān)系。因?yàn)橛捕戎凳怯善?/p>
始塑性變形抗力和繼續(xù)塑性變形抗力決定的,材料的強(qiáng)度越高,塑性變形抗力越高,硬度值也就越高。
下面是本站根據(jù)由實(shí)驗(yàn)得到的經(jīng)驗(yàn)公式制作的快速計算器,有?定的實(shí)用價值,但在要求數(shù)據(jù)比較精確
時.,仍需要通過試驗(yàn)測得。
三、硬度換算公式
1.肖氏硬度(HS尸勃式硬度(BHN)/10+12
2.肖式硬度(HS尸洛式硬度(HRC)+15
3.勃式硬度(BHN尸洛克式硬度(HV)
4.洛式硬度(HRC尸勃式硬度(BHN)/10-3
硬度測定靶圉:
HS<100
HB<500
HRC<70
HV<1300
洛氏硬度布氏硬度HB10/3000維氏硬度HV
HRCHRA
59.580.7676
59.080.5666
58.580.2655
58.080.0645
57.579.7635
57.079.5625
56.579.2615
56.078.9605
55.578.6596
55.078.4538587
54.578.1532578
54.077.9526569
53.576.6520560
53.076.3515551
52.576.1509543
52.076.9503535
51.576.6497527
51.076.3492520
50.576.1486512
50.075.8480504
硬度換算表
HVHRCHBSHVHRCHBSHVHRCHBS
940685605330029.8284
92067.555052.350529529.2280
9006754051.749629028.5275
88066.453051.148828527.8270
86065.952050.548028027.1265
84065.351049.847327526.4261
82064.750049.146527025.6256
8006449048.445626524.8252
78063.348047.744826024247
76062.547046.944125523.1243
74061.846046.143325022.2238
7206145045.342524521.3233
70060.144044.541524020.3228
69059.743043.640523018
68059.242042.739722015.7
67058.841041.838821013.4
66058.340040.837920011
65057.839039.83691908.5
64057.338038.83601806
63056.837037.73501703
62056.336036.63411600
61055.735035.5331
60055.234034.4322
59054.733033.3313
58054.132032.2303
57053.631031294
附錄G鋼的硬度值換算(續(xù))
表1鋼的維氏硬度(HV)與其他硬度和強(qiáng)度的近似換算值"(續(xù))
布氏硬度
10—mm鋼表面洛氏硬度
球洛氏硬度"
表面金剛石圓錐壓頭
3000-kg
維負(fù)荷b肖抗拉強(qiáng)度維
氏氏(近似值)氏
鴇
硬一A.標(biāo)尺?標(biāo)?標(biāo)15-N30-N硬Mpa硬
?標(biāo)尺45-N
標(biāo)
硬尺尺
60-kg
度準(zhǔn)度(lOOOpsi)度
質(zhì)標(biāo)尺標(biāo)尺
100-kg標(biāo)尺
負(fù)荷100-kg100-kg
鋼
合負(fù)荷
負(fù)荷負(fù)荷15-30-
金
球45-kg
金剛
金剛圓kgkg
鋼圓錐金剛圓金剛圓
錐壓頭負(fù)荷
球壓頭錐壓頭錐壓頭負(fù)荷負(fù)荷
HVHBSHBWHRAHRBHRCHRDHR15NHR30NHR45NHSObHV
12345678910111213
37035035069.2—37.753.679.257.440.4—1170(170)370
36034134168.7(109.0)36.652.878.656.439.1501130(164)360
35033133168.1——35.551.978.055.437.8—1095(159)350
34032232267.6(108.0)34.451.177.454.436.5471070(155)340
33031331367.0—33.350.276.853.635.2—1035(150)330
32030330366.4(107.0)32.349.476.252.333.9451005(146)320
31029429465.8——31.048.475.651.332.5—980(142)310
30028428465.2(105.5)29.847.574.950.231.142950(138)300
29528028065.8—29.247.174.649.730.4—935(136)295
29027527564.5(104.5)28.546.574.249.029.541915(133)290
28527027064.2—27.846.073.848.428.7—905(131)285
28026526563.8(103.5)27.145.373.447.827.940890(129)280
27526126163.5—26.444.973.047.227.1—875(127)275
27025625663.1(102.0)25.644.372.646.426.238855(124)270
26525225262.7—24.843.772.145.725.2—840(122)265
26024724762.4(101.0)24.043.171.645.024.337825(120)260
25524324362.0—23.142.271.144.223.2—805(117)255
36
25023823861.699.522.241.770.643.422.2795(115)250
24523323361.2—21.341.170.142.521.1780(113)245
34
24022822860.798.120.340.369.641.719.9765(111)240
33
230219219—96.7(18.0)————730(106)230
32
220209209—95.0(15.7)————695(101)220
30
210200200—93.4(13.4)————670(97)210
29
200190190—91.5(11.0)————635(92)200
28
190181181—89.5(8.5)————605(88)190
26
180171171—87.1(6.0)————580(84)180
25
170162162—85.0(3.0)————545(79)170
24
160152152—81.7(0.0)————515(75)160
22
150143143—78.7—————490(71)150
21
140133133—75.0—————455(66)140
20
130124124——71.2—————425(62)130
120114114—66.7———————390(57)120
110105105——62.3———————110
1009595—56.2——一一——100
959090—52.0——————95
908686—48.0———————90
858181——41.0————————85
a)在本表中用黑體字表示的值與按ASTM—E140表1的硬度轉(zhuǎn)換值一致,由相應(yīng)的SAE—ASM—ASTM
聯(lián)合會列出的。
b)括號里的數(shù)值是超出范圍的,只是提供參考。
利用布氏硬度壓痕直徑直接換算出工件的洛氏硬度
在生產(chǎn)現(xiàn)場,山于受檢測儀器的限制,經(jīng)常使用布氏硬度計測量大型淬火件的硬度。如果想知道該
工件的洛氏硬度值,通常的方法是,先測量出布氏硬度值,然后根據(jù)換算表,查出相對應(yīng)的洛氏硬度值,
這種方式顯然有些繁瑣。那么,能否根據(jù)布氏硬度計的壓痕直徑,直接計算出工件的洛氏硬度值呢?答
案當(dāng)然是肯定的。根據(jù)布氏硬度和洛氏硬度換算表,可歸納出一個計算簡單且容易記住的經(jīng)驗(yàn)公式:HRC
=(479-100D)/4,其中D為①10mm鋼球壓頭在30KN壓力下壓在工件上的壓痕直徑測量值。該公式計
算出的值與換算值的誤差在0.5?-1范圍內(nèi),該公式在現(xiàn)場用起來十分方便,您不妨試?試。
附錄:
金屬工藝學(xué)
金屬工藝學(xué)是一門研究有關(guān)制造金屬機(jī)件的工藝方法的綜合性技術(shù)學(xué)科.
主要內(nèi)容:1常用金屬材料性能
2各種工藝方法本身的規(guī)律性及應(yīng)用.
3金屬機(jī)件的加工工藝過程、結(jié)構(gòu)工藝性。
熱加工:金屬材料、鑄造、壓力加工、焊接
目的、任務(wù):使學(xué)生了解常用金屬材料的性質(zhì)及其加工工藝的基礎(chǔ)知識,為學(xué)習(xí)其它相關(guān)課程及以后從事機(jī)
械設(shè)計和制造方面的工作奠定必要的金屬工藝學(xué)的基礎(chǔ)。
[以綜合為基礎(chǔ),通過綜合形成能力]
第一篇金屬材料
第一章金屬材料的主要性能
兩大類:1使用性能:機(jī)械零件在正常工作情況下應(yīng)具備的性能。
包括:機(jī)械性能、物理、化學(xué)性能
2工藝性能:鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、熱處理性能、切削性能等。
第一節(jié)金屬材料的機(jī)械性能
指力學(xué)性能一受外力作用反映出來的性能。
一彈性和塑性:
1彈性:金屬材料受外力作用時產(chǎn)生變形,當(dāng)外力去掉后能恢復(fù)其原來形狀的性能。
力和變形同時存在、同時消失.如彈簧:彈簧靠彈性工作。
2塑性:金屬材料受外力作用時產(chǎn)生永久變形而不至于引起破壞的性能。(金屬之間的連續(xù)性沒破壞)
塑性大小以斷裂后的塑性變形大小來表示。
塑性變形:在外力消失后留下的這部分不可恢復(fù)的變形。
3拉伸圖
金屬材料在拉伸過程中彈性變形、塑性變形直到斷裂的全部力學(xué)性能可用拉伸圖形象地表示出來。
以低碳鋼為例
Ob
Ok
a
Ge
£(Al)
將金屬材料制成標(biāo)準(zhǔn)式樣。
在材料試驗(yàn)機(jī)上對試件軸向施加靜壓力P,為消除試件尺寸對材料性能的影響,分別以應(yīng)力。(即單位面積上的
拉力4P/7td2)和應(yīng)變(單位長度上的伸長量Al/lo)來代替P和Al,得到應(yīng)力——應(yīng)變圖
1)彈性階段oe
d——彈性極限
2)屈服階段:過e點(diǎn)至水平段右端
伍一塑性極限,s—屈服點(diǎn)
過s點(diǎn)水平段——說明載荷不增加,式樣仍繼續(xù)伸長。
(P一定,o=P/F一定,但真實(shí)應(yīng)力P/F1因?yàn)樽冃?,F(xiàn)'p
發(fā)生永久變形
3)強(qiáng)化階段:水平線右斷至b點(diǎn)Pf變形f
ob—強(qiáng)度極限,材料能承受的最大載荷時的應(yīng)力。
4)局部變形階段bk
過b點(diǎn),試樣某一局部范圍內(nèi)橫向尺寸突然急劇縮小。
“縮頸”(試樣橫截面變小,拉力1)
4延伸率和斷面收縮率:——表示塑性大小的指針
1)延伸率:5=/0——式樣原長,/1——拉深后長
2)斷面收縮率:Fo—原截面,F(xiàn)1—拉斷后截面
*1)3、w越大,材料塑性越好
2)£與3區(qū)別:拉伸圖中e=£如+£逑,8=emas塑
3)?般3〉5%為塑性材料,5〈5%為脆性材料。
5條件屈服極限Go.2
有些材料在拉伸圖中沒有明顯的水平階段。通常規(guī)定產(chǎn)生0.2塑性變形的應(yīng)力作為屈服極限,稱為條件屈服極限.
二剛度
金屬材料在受力時抵抗彈性變形的能力一
1材料本質(zhì)
彈性模量一在彈性范圍內(nèi),應(yīng)力與應(yīng)變的比值.其大小主要決定材料本身.相當(dāng)于單位元元變形所需要的應(yīng)力.
O=E£,E=o/e=tga
2兒何尺寸'形狀'受力
相同材料的E相同,但尺寸不同,則其剛度也不同.所以考慮材料剛度時要把E\形狀'尺寸同時考慮.還要考慮受
力情況.
三強(qiáng)度
強(qiáng)度指金屬材料在外力作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力.
按作用力性質(zhì)的不同,可分為:
抗拉強(qiáng)度5抗壓強(qiáng)度a抗彎強(qiáng)度ow
抗剪強(qiáng)度Tb抗扭強(qiáng)度5
常用來表示金屬材料強(qiáng)度的指標(biāo):
屈服強(qiáng)度:(PaN/m2)Ps-產(chǎn)生屈服時最大外力,Fo-原截面
抗拉強(qiáng)度(PaN/m2)斷裂前最大應(yīng)力.
Os\仇在設(shè)計機(jī)械和選擇評定材料時有重要意義.因金屬材料不能在超過G的條件下工作,否則會塑變.超過5工
作,機(jī)件會斷裂.
G-7之間塑性變形,壓力加工
四硬度
金屬抵抗更硬的物體壓入其內(nèi)的能力一
是材料性能的綜合物理量,表示金屬材料在一個小的體積范圍內(nèi)的抵抗彈性變形'塑性變形或斷裂的能力.
1布式硬度HB
用直徑D的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球,在一定壓力P下,將鋼球垂直地壓入金屬表面,并保持壓力到規(guī)定的時間后卸
荷,測壓痕直徑d(用刻度放大鏡測)則
HB=P/F(N/mm2)單位一-般不寫.F-壓痕面積.
HBS—壓頭用淬火鋼球,HBW-壓頭用硬質(zhì)合金球
1因鋼球存在變形問題,不能測太硬的材料,適于HBS<450,如鑄鐵,有色金屬,軟鋼等.而HBW<650.
I特點(diǎn):壓痕大,代表性全面
1應(yīng)用:不適宜薄件和成品件
2洛式硬度HR
用金剛石圓錐在壓頭或鋼球,在規(guī)定的預(yù)載荷和總載荷下,壓入材料,卸載后,測其深度h,由公式求出,
可在硬度計上直接讀出,無單位.
不同壓頭應(yīng)用范圍不同如下表:
HRBd=1.588淬火鋼球980.7退火鋼灰鐵有色金屬
HRC1471淬火回火件
120°金剛石圓錐
HRA588.4硬質(zhì)合金碳化物
優(yōu)點(diǎn):易操作,壓痕小,適于薄件,成品件
缺點(diǎn):壓痕小,代表性不全面需多測幾點(diǎn).
*硬度與強(qiáng)度有一定換算關(guān)系,故應(yīng)用廣泛.根據(jù)硬度可近似確定強(qiáng)度,如灰鐵:d=lHBS
3顯微硬度(Hm)
用于測定金屬組織中個別組成體,夾雜物等硬度.
顯微放大測量顯微硬度(查表)與HR有對應(yīng)關(guān)系.如:磨削燒傷表面,看燒傷層硬度變化.
五沖擊韌性ak
材料抵抗沖擊載荷的能力
常用詼撰錘沖擊試驗(yàn)來測定金屬材料的沖擊韌性,標(biāo)準(zhǔn)試樣一次擊斷,用試樣缺口處單位截面積上的沖擊功來表
ak
2
ak=Ak/F(J/m)Ak=G(H-h)G-重量F-缺口截面
脆性材料一般不開口,因其沖擊值低,難以比較差別.
1aj沖擊韌性愈好.
2Ak不直接用于設(shè)計計算:在生產(chǎn)中,工件很少因受一次大能量沖擊載荷而破壞,多是小沖擊載荷,多次沖
擊引起破壞,而此時,主要取決于強(qiáng)度,故設(shè)計時,ak只做校核.
3ak對組織缺陷很敏感,能夠靈敏地反映出材料品質(zhì),宏觀缺陷,纖維組織方面變化.
所以,沖擊試驗(yàn)是生產(chǎn)上用來檢驗(yàn)冶煉、熱加工、熱處理工藝質(zhì)量的有效方法。
(微裂紋——應(yīng)力集中一沖擊一裂紋擴(kuò)展)
六疲勞強(qiáng)度:
問題提出:許多零件如曲軸、齒輪、連桿、彈簧等在交變載荷作用下,發(fā)生斷裂時的應(yīng)力遠(yuǎn)低于該材料的屈服強(qiáng)
度,這種現(xiàn)象——疲勞破壞。據(jù)統(tǒng)計,80%機(jī)件失效是由于疲勞破壞。
疲勞強(qiáng)度——當(dāng)金屬材料在無數(shù)次交變載荷作用下而不致于引起斷裂的最大應(yīng)力。
1疲勞曲線——交變應(yīng)力與斷裂前的循環(huán)次數(shù)N之間的關(guān)系。
例如:純彎曲,
有色金屬N》108
鋼材N>不疲勞破壞
2疲勞破壞原因
材料有雜質(zhì),表面劃痕,能引起應(yīng)力集中,導(dǎo)致微裂紋,裂紋擴(kuò)展致使零件不能承受所加載荷突然破壞.
3預(yù)防措施
改善結(jié)構(gòu)形狀,避免應(yīng)力集中,表面強(qiáng)化-噴丸處理,表面淬火等.
第二節(jié)金屬材料的物理,化學(xué)及工藝性能
一物理性能
比重:計算毛坯重量,選材,如航天件:輕
熔點(diǎn):鑄造鍛造溫度(再結(jié)晶溫度)
熱膨脹性:鐵軌模鍛的模具量具
導(dǎo)熱性:鑄造:金屬型鍛造:加熱速度
導(dǎo)電性:電器元件銅鋁
磁性:變壓器和電機(jī)中的硅鋼片磨床:工作臺
二化學(xué)性能
金屬的化學(xué)性能,決定了不同金屬與金屬,金屬與非金屬之間形成化合物的性能,使有些合金機(jī)械性能高,有些合金
抗腐蝕性好,有的金屬在高溫下組織性能穩(wěn)定.如耐酸,耐堿等
如化工機(jī)械,高溫工作零件等
三工藝性能
金屬材料能適應(yīng)加工工藝要求的能力.
鑄造性,可鍛性,可焊性,切削加工形等
思考題;
1什么是應(yīng)力,應(yīng)變(線應(yīng)變)?
2頸縮現(xiàn)象發(fā)生在拉伸圖上哪一點(diǎn)?如果沒發(fā)生頸縮,是否表明該試樣沒有塑性變形?
300.2的意義?能在拉伸圖上畫出嗎?
4將鐘表發(fā)條拉成一直線,這是彈性變形還是塑性變形?如何判定變形性質(zhì)?
5為什么沖擊值不直接用于設(shè)計計算?
第二章金屬和合金的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶
第一節(jié)金屬的晶體結(jié)構(gòu)
一基本概念:
固體物質(zhì)按原子排列的特征分為:
晶體:原子排列有序,規(guī)則,固定熔點(diǎn),各項(xiàng)異性.
非晶體:原子排列無序,不規(guī)則,無固定熔點(diǎn),各項(xiàng)同性
如:金屬,合金,金剛石一晶體玻璃,松香瀝青一非晶體
晶格:原子看成一個點(diǎn),把這些點(diǎn)用線連成空間格子.
結(jié)點(diǎn):晶格中每個點(diǎn).
晶胞:晶格中最小單元,能代表整個晶格特征.
晶面:各個方位的原子平面
晶格常數(shù):晶胞中各棱邊的長度(及夾角),以A(lA=10%m)度量
金屬晶體結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別在于晶格類型,晶格常數(shù).
二常見晶格類型
1體心立方晶格:Cr,W,a-Fe,Mo,V等,特點(diǎn):強(qiáng)度大,塑性較好,原子數(shù):l/8X8+1=220多種
2面心立方晶格:CuAgAuNiAlPby-Fe塑性好
原子數(shù):420多種
4密排六
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