在比较合金钢和不锈钢时,出现了一个常见的混乱点:尽管不锈钢在技术上是一种合金钢,但通常被视为独特的类别,并在材料选择过程中与其他钢选择分别进行了比较。为什么是这样,您应该为项目选择哪种材料?为了回答这些问题,它有助于首先了解合金钢是什么,并探索其包含的各种类型。

合金钢是一种钢,其中包含多个合金元件,例如铬,镍,钼,钒和锰与碱性铁和碳组成。与碳钢,主要由铁和碳组成,这些添加的元素是精心选择的,并以各种数量合并,以增加特定的特性,例如增加强度,更好的韧性,增强的韧性,耐磨性和耐磨性和耐热性和耐热性和耐热性,或耐受性抗性和耐热性。
合金钢有各种各样的类别。在这里,我们将它们分解在下表中。
| 类型 | 特征 | 例子 |
| 高合金钢 | ▪ Contain >5% alloying elements, commonly including chromium, nickel, and molybdenum. ▪ Some have exceptional corrosion resistance, especially in harsh environments (e.g., marine, chemical processing). ▪ Excellent mechanical properties in demanding engineering scenarios. ▪ Some types offer superior performance under high temperatures and pressures, such as heat-resistant steels. ▪ Many high-alloy steels, such as stainless steels, have high oxidation resistance, resulting in longer service life and lower maintenance. | ▪ 不锈钢(304、316等) ▪ Heat-Resistant Steels (H13, 310 Stainless Steel, Inconel) |
| 低合金钢 | ▪ Contain <5% alloying elements, typically including molybdenum, chromium, manganese, silicon, boron, nickel, and vanadium. ▪ High strength and toughness. ▪ Generally good weldability and machinability. ▪ Cost-effective alternative for structural applications. ▪ Often used in mining and construction equipment due to their good strength-to-weight ratios. | ▪ HSLA Steels ▪ Quenched and Tempered Steels (4340, A514) ▪ Pipeline Steels (API 5L X65, X70) |
| 工具钢 | ▪ A special type of alloy steel, used to make cutting tools, dies, molds, jigs and fixtures. ▪ Contain a relatively high carbon content (typically 0.5% to 1.5%), though some types, like hot work steels, may have lower carbon levels. ▪ Extremely hard and wear-resistant. ▪ Some types, such as high-speed and hot work steels, retain their properties at high temperatures. ▪ Long service life under high stress. | ▪ High-Speed Steels (M2, M42) ▪ Cold Work Steels (D2) ▪ Hot Work Steels (H13) |
| 马力钢 | ▪ Ultra-high strength, low-carbon steel. ▪ Superior strength-to-weight ratio. ▪ Strengthened through precipitation hardening rather than carbon strengthening. ▪ Excellent toughness and ductility compared to conventional high-strength steels. ▪ Widely used in aerospace, high-performance machinery, and tooling applications. | ▪ 18Ni (250, 300, 350) ▪ Co-based Maraging Steels |

如上图所示,不锈钢属于高合金钢的类别。它具有较高的铬含量(≥10.5%),这使其对生锈具有很强的抗性。根据应用的要求,制造商经常添加诸如镍,钼,钛和铜等元素,以进一步增强其在高温下的强度,耐腐蚀性或性能。此外,它还具有良好的外观性,吸引人的外观和出色的耐用性。这使其广泛用于医疗保健,建筑和厨具等行业。
有数百个不锈钢等级可用,但通常分为五个主要类别:
| 类型 | 特征 | 普通成绩 和申请 |
| 奥氏体不锈钢 | ▪ Contains ≥16% chromium and 8-12% nickel,with high-nickel variants (e.g., 310S, 904L) containing up to 20-25% nickel. ▪ Non-magnetic (may become slightly magnetic after cold working). ▪ Excellent corrosion resistance, particularly in humid, acidic, and chemical environments. ▪ Can be strengthened through cold working (work hardening). ▪ Good ductility and weldability. | 304(18-8不锈钢)::The most widely used stainless steel, common in food processing, construction, and chemical industries. 316: Higher corrosion resistance than 304, especially in marine and chemical environments. 310s:High-temperature resistant, used in furnaces and boilers. |
| 铁素体不锈钢 | ▪ Contains10-30% chromium, low carbon, and little or no nickel. ▪ Ferromagnetic. ▪ Moderate to good corrosion resistance, lower than austenitic stainless steel, but generally better than martensitic stainless steel. ▪ Cannot be hardened by heat treatment but can be strengthened through cold working. ▪ Have relatively low toughness, which limits their use in certain structural applications. ▪ Lower thermal expansion and good oxidation resistance. | 430:Cost-effective with moderate corrosion resistance, used in kitchenware and automotive exhaust systems. 444:High-chromium variant, showing improved chloride resistance in water and plumbing systems. 446:High oxidation resistance, suitable for high-temperature environments. |
| 马氏体不锈钢 | ▪ Contains 11-18% chromium, with higher carbon content (0.1-1.2%). ▪ Fully Magnetic. ▪ Generally lower corrosion resistance compared to austenitic and ferritic stainless steels. ▪ Can be hardened by heat treatment (quenching & tempering). ▪ Offer reduced ductility and low weldability. | 410:General-purpose martensitic stainless steel, used for wear-resistant and corrosion-resistant parts. 420: Used for surgical instruments, scissors, and bearings due to its high hardness. 440c: Higher carbon content, providing extreme hardness for high-end knives and bearings. |
| 双工不锈钢 | ▪ Contains 18-28% chromium, 3.5 -5.5% nickel, and often includes molybdenum (Mo) and nitrogen (N) to enhance corrosion resistance and strength. ▪ A balanced duplex structure (-50% austenitic,- 50% ferritic). ▪ Higher strength than austenitic stainless steel (1.5 to 2 times). ▪ Excellent resistance to pitting and crevice corrosion. ▪ Better chloride stress corrosion cracking (SCC) resistance than pure austenitic stainless steels. ▪ Good fatigue resistance. ▪ Moderate ductility and weldability. | 2205: The most common grade with high strength and corrosion resistance for marine and chemical industries. 2507(超级双工不锈钢): Designed for extreme corrosion resistance in seawater processing equipment. |
| 降水坚硬的不锈钢 | ▪ Contains 12-16% chromium, 3-8% nickel, and small amounts of copper, aluminum, and titanium for precipitation hardening. ▪ Strengthened by precipitation hardening (aging treatment). ▪ Offers high strength and good corrosion resistance. ▪ Higher strength than austenitic stainless steels, close to martensitic stainless steels, but with better toughness. ▪ Good weldability | 17-4ph(630): The most commonly used PH stainless steel, ideal for high-strength, corrosion-resistant applications. 15-5ph: Similar to 17-4PH but with improved toughness. |

尽管不锈钢被认为是一种合金钢,并且两者都具有基于铁合金的基本特性,但它们在组成和性能方面可能会有很大差异。以下是其主要差异的一般比较。
合金钢含有铁和各种合金元件的混合物,例如铬,镍,锰,钒,钼和硅。这些元素的数量和类型可能会根据合金钢的等级而变化。相比之下,不锈钢主要由铁,碳和至少10.5%的铬(按重量)组成。高铬含量是使不锈钢耐腐蚀的原因。还可能包括其他元素,例如镍,钼和锰,以进一步增强其性质,但铬仍然是关键的区别。
拉伸强度是材料在断裂前被拉伸或拉动时承受的最大压力;这取决于合金和热处理过程。合金钢通常比不锈钢(515〜827 MPa)具有更高的拉伸强度(758〜1882 MPa甚至更高),尽管一些专门的不锈钢,例如Martensitic不锈钢可以达到1200 MPA或更高。结果,合金钢具有更多的结构应用。
疲劳强度是材料承受重复或循环载荷而不会随着时间而失败的能力,并且通常低于材料的最大拉伸强度。合金钢比不锈钢具有更好的疲劳强度,因为它们可以进行热处理以优化其内部结构。但是,有些不锈钢(例如双工不锈钢)由于其微观结构而具有强烈的疲劳性。
冲击电阻可以测量材料在破裂前吸收能量的能力。合金钢通常是为了高强度和韧性而制造的。它们通常在突然负载下吸收能量方面更好。但是,有些合金钢可能会变脆,尤其是那些碳质量高的钢或淬火和回火变硬的钢。
不锈钢的主要优势是其耐腐蚀性,但这有时可能是以抗冲击力为代价的。尽管某些不锈钢等级(例如奥氏体不锈钢)非常坚硬且耐受性,但它们在高冲击或冲击载荷条件下的性能不如某些高强度合金钢。
硬度合金钢的硬度可能会取决于成绩和热处理过程。它的范围可能从200 hb(Brinell硬度)到600 hb以上,甚至对于高碳或工具钢的范围更高。相比之下,不锈钢的硬度通常在150 hb至300 hb之间。尽管某些不锈钢的马氏体等级可以进行更高的硬度处理,但它们仍然无法达到高碳合金钢或工具钢中的硬度水平。
延展性是材料在不破裂而变形的能力。合金钢的延展性差异很大,低碳合金更具延展性,而高强度合金或工具钢的延展性往往较低。延展性和强度之间的平衡是通过调节合金组成和热处理来控制的。
由于其镍含量更高,不锈钢,尤其是奥氏体等级通常比具有类似强度的合金钢提供了更好的延展性。然而,马氏体和铁质不锈钢具有较低的延展性,并且更容易在变形下开裂。
不锈钢的耐腐蚀性主要来自其铬含量。当暴露于氧气时,铬会形成薄而稳定的氧化层,可保护金属免受一般腐蚀。与合金钢不同,不锈钢不需要额外的保护涂料。然而,不同等级表现出不同的腐蚀性。
腐蚀的局部形式,例如蚀刻和缝隙腐蚀,在不锈钢中很常见。当保护性氧化铬层被氯化物和类似药物局部损坏时,就会发生点蚀。缝隙腐蚀通常会在狭窄的间隙(例如螺栓周围或关节周围发现的缝隙)形成,氯化物和水分可以积聚并加速腐蚀。总体而言,与合金钢相比,不锈钢中铬的存在减少了蚀刻和缝隙腐蚀的机会。
不锈钢还具有更高的电阻性腐蚀性,当两种不同的金属在电解质中相互接触时,会发生这种情况,从而导致更活跃的金属腐蚀。合金钢由于其较低的电化学潜力。
同样,当涉及应力腐蚀破裂(SCC)(SCC)(腐蚀性环境中拉伸应力下的材料的破裂)通常表现更好。它的保护性氧化铬层不仅抵抗了一般腐蚀,而且有助于防止裂纹开始。但是,对SCC的抵抗力在不同的不锈钢等级之间可能有所不同,并且取决于特定的服务环境。例如,奥氏体不锈钢(例如304和316)在许多情况下通常具有强大的SCC耐药性,尽管它们在富含氯化物的环境中可能很脆弱。
合金钢可以在广泛的温度范围内接受热处理,并采用通用方法,包括退火,归一化,淬火和回火。它在优化诸如硬度,强度和耐磨性之类的特性方面具有更大的灵活性。例如,可以对高速钢(HSS)进行热处理以达到极高的硬度,从而使其对切割工具非常有效。
不锈钢主要通过退火,溶液处理,淬火和回火来进行热处理。但是,热处理过程随不同等级而异。马氏体不锈钢可以通过淬火和回火来进行热处理,以达到高硬度和强度。奥氏体不锈钢主要依赖于溶液处理,然后冷工作以提高强度,而不是常规的淬火和回火,因为高温会损害其耐腐蚀性。铁素体不锈钢通常经过热处理以提高可工具性或减轻内部压力,但是这种治疗方法不会显着改变其硬度和强度。
合金钢和不锈钢都是可焊接的,但每个钢都有自己的特征。低碳合金钢易于焊接,而高强度或高碳等级需要预热和焊接后的热处理以防止开裂。在不锈钢中,奥氏体等级提供了最佳的可焊性,而马氏体和铁素体等级更具挑战性,并且倾向于易于脆弱或破裂。
Mocarinability 测量如何轻易切割,形状或钻孔。合金钢通常比不锈钢具有更好的可加工性,尤其是自由安排的等级。例如,与诸如1018的合金钢相比,奥氏体不锈钢304具有40%的可加工性额定值,具有78%的可加工性。马氏体和铁质不锈钢具有提高的可加工性,但需要专门的工具来处理其硬度。
形成性是材料被塑造而不会破裂的能力。低碳合金钢具有良好的外形性,但是高强度的合金钢和工具钢由于其硬度增加而难以塑造。不锈钢的外形性随坡度而异。奥斯丁质不锈钢具有出色的外观性,非常适合深度绘画, bending 和复杂的形式应用。相比之下,马氏体不锈钢由于其更高的硬度和脆性而具有最低的形成性。
合金钢是一组更广泛,更通用的材料,比不锈钢具有多个优势:
不锈钢也是一种广泛使用的材料,比合金钢具有多种优势:

选择合适的钢对于确保任何项目的最佳性能,耐用性和成本效益都很重要。以下是在合金钢和不锈钢之间决定时要考虑的要点。
材料的预期应用很大程度上决定了所需的钢类型。如果该零件暴露于海洋环境或化学曝光,则不锈钢是更好的选择,因为其耐腐蚀性优势。但是,对于桥梁,建筑物和重型机械等结构性应用,合金钢是其更高的强度和韧性而优先的。
预算限制可以决定您项目的钢铁类型。由于其较低的合金元素含量,合金钢通常比不锈钢更实惠。但是,建议不妥协成本的质量,因为从长远来看,选择不合适的材料可能会导致更高的维护和更换成本。
如果维护较低和寿命长,则不锈钢可能是一项更好的投资。与通常需要保护性涂层以防止腐蚀的合金钢不同,不锈钢自然耐锈,可以持续数十年,而持续数十年。更重要的是,不锈钢是可回收的,使其成为可持续的选择。
对于外观很重要的项目,不锈钢通常是首选的选择。它的抛光,反光和闪亮的表面使其具有光滑,现代的外观,在建筑,室内设计和高端消费产品中非常需要。此外,随着时间的流逝,其对破坏或变色的抵抗可以增强其吸引力。此外,不锈钢还具有各种饰面,使设计人员在创建视觉吸引力的产品方面具有更大的灵活性。

要选择合适的钢,您需要权衡功能要求,整体成本,维护需求和环境影响等因素。如果耐腐蚀性,美学和长期耐用性是优先事项,那么不锈钢是最佳选择。但是,如果高强度,易于加工和节省成本是您的主要问题,那么合金钢非常适合。
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车床切削刀具是安装在车床上(无论是手动车床、木工车床还是数控车床)的专用工具,用于对旋转工件进行成形、切割或精加工。这些刀具通常由固定在车床刀架上的柄和直接与工件接合的切削刃组成。它们有各种形状、尺寸和材料可供选择,与不同的刀具路径结合使用时,可以执行一系列操作,例如车削、端面、螺纹加工和切断。
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想象一下,将您最喜欢的咖啡杯放在厨房的地板上 - 它变成锋利的碎片。现在,秋天后,想象一下智能手机屏幕蜘蛛网,或地震期间未增强的混凝土墙破裂。这些日常示例突出了脆性,这是一种物质属性,可以导致突然破裂而不会警告。 Brittlenes对安全性和可靠性至关重要:建筑物,桥梁或产品中的脆性组件如果不考虑灾难性的情况。历史提供了鲜明的提醒 - 最著名的是RMS泰坦尼克号,其钢铁在冰冷的大西洋水域变得脆弱,并在撞击而不是弯曲方面破裂,导致了灾难。工程师和设计师密切关注Brittleness,因为与弯曲或伸展的延性材料不同,脆性易碎的材料往往会在压力下折断。 这篇文章探讨了什么是脆性以及它与硬度和韧性的不同。它还解释了为什么玻璃或铸铁等材料是脆性的,以及我们如何测试和减轻工程设计中的脆性。 什么是脆性? 材料科学中的脆弱性是指材料事先几乎没有塑性变形的材料倾向的趋势。简而言之,脆性材料不会弯曲或伸展太多 - 它会破裂。如果您尝试弯曲脆性物体,它几乎会立即破裂或捕捉,而不是经历塑性变形。这是相反的延性,在失败之前,材料维持明显的塑性变形(例如,将其吸引到电线或弯曲中)的能力。高度延展的金属(例如铜或金)可以大量弯曲,拉伸或抽出,而在仅弹性菌株后,脆性材料(例如玻璃或陶瓷)骨折。 脆性,韧性,韧性和硬度 比较脆性和延展性归结于材料在骨折前可以变形的材料多少。脆性材料的延展性很低,并在小应变下达到其断裂点。延性的一个可以维持明显的塑性变形。在金属中,一个共同的经验法则是,休息时的伸长率通常称为脆,而考虑〜5%延性(材料和测试依赖性;陶瓷和玻璃通常远低于1%)。实际上,脆性材料几乎没有发出警告 - 在折断之前,它们不会明显弯曲或脖子。在应力 - 应变曲线,延性材料显示出屈服和较长的塑料区域,而脆性材料几乎是线性弹性的,直到突然裂缝具有最小的可塑性。 韧性描述材料在破裂前吸收的能量(思考:应力 - 应变曲线下的区域)。当材料结合高强度和良好的延展性时,通常会增加。这不是严厉的“相反”。橡胶轮胎很艰难,因为它会变形并吸收影响。退火玻璃很脆,因为它不能塑料变形,因此急剧的打击会使它破裂。 硬度是一个不同的概念 - 它抵抗刮擦和局部凹痕。材料可能非常困难但脆弱。例如,钻石抵制刮擦,但缺乏可塑性,可以在急剧的打击下切碎或劈开。相反,相对柔软的东西(例如橡胶)可以抵抗撞击的破裂,因为它会变形。简而言之,硬度涉及对局部变形的抵抗力,而残酷的性质描述了断裂行为。 易碎材料的示例及其失败 许多日常和工业材料表现出脆弱的行为。以下是一些例子,以及它们如何在压力下失败: 玻璃:普通玻璃(例如窗玻璃或水杯)是一种经典的脆性材料。它在压缩方面非常坚固且强烈,但是在拉伸应力或影响下,它不能塑性变形。将玻璃杯放在坚硬的地板上,通常会碎裂大而尖锐的碎片。故障是通过裂纹传播的:一旦一个微小的缺陷或冲击点会引发裂缝,它就会穿过玻璃,几乎没有塑性变形。这种脆性来自其结构:二氧化硅网络是刚性和无定形的,与金属不同,没有移动位错来缓解压力。有趣的是,特殊治疗可以改变玻璃断裂的方式,例如,通过热处理以引入表面压力应力而产生的钢化玻璃,仍然很脆,但往往会分解成小钝骰子样的碎片(因此“安全玻璃”)。层压玻璃,用于挡风玻璃,将两个玻璃杯粘合到塑料层中(通常是PVB),因此,当裂缝形成裂缝时,层中层将碎片将碎片固定在一起。这些治疗方法可以减轻故障模式,但从根本上讲,玻璃通过破裂而不是弯曲而失败。 陶瓷:陶瓷同样脆弱。从架子上敲出陶瓷花瓶,它会碎片或破碎而不是凹痕。从结构上讲,陶瓷是离子和/或共价键合的,通常是多晶(瓷器也包含玻璃相)。例如,在瓷板中,原子晶格是刚性的。当压力时,原子飞机无法轻易滑落。在离子固体中,一个小移位带来了同样的带电离子并排,它们强烈排斥,裂纹引发。由于位错运动是有限的,键是定向的,因此陶瓷具有高硬度和抗压强度,但倾向于在张力或弯曲下折断。当它们失败时,裂缝表面通常会清洁并沿晶体平面(裂解)。陶瓷瓷砖超出其容量超出其容量的裂纹,可以通过身体传播,并用干净的玻璃状断裂破裂,几乎没有可见的屈服。 铸铁(尤其是灰色铸铁):铸铁是一种金属,但某些成绩却是脆弱的。如果您曾经看过旧的铸铁发动机块或铸铁管道裂缝,则目睹了易碎的断裂。灰色铸铁(以其断裂表面的灰色命名)具有相对较高的碳含量。碳形成石墨片,分布在整个铁基质中。这些薄片的行为就像内部裂缝和强烈的压力集中器,因此金属在破裂之前不会伸展太多。结果,铸铁在压缩方面非常强(均匀支撑时),但在张力或影响不足可能会突然失败。相比之下,延性(结节性)铁是一种改良的铸铁,在该铸铁中诱导石墨形成球形结节(通常是通过镁处理)。它的脆性要小得多,并且会在影响下变形,而不是破碎。我们将在“设计”部分中进一步讨论。 具体的:混凝土看起来像是坚固且岩石状的(而且是),但这是脆弱材料的另一个例子。在压缩下,混凝土非常强大,可以承受很大的负载。但是,在张力(拉或弯曲)下,纯混凝土裂缝很容易。水泥糊和硬矿物聚集体的混合物形成了具有非常有限的塑料流能力的刚性基质,因此很小的拉伸菌株开放的微裂纹可以迅速合并。这就是为什么钢筋混凝土如此普遍的原因:钢钢筋嵌入以携带张力并增加延展性(和韧性)。钢可以屈服和伸展,将截面保持在一起并提供警告(裂缝形成并逐渐扩大),而不是突然的脆性崩溃。 其他脆性材料:还有许多其他例子。如果不调和,高碳或高度硬化的工具钢可能会变脆。文件或非常坚硬的刀片可能会在弯曲时捕捉,因为更高的碳和硬度可减少延展性。石墨,就像铅笔“铅”一样脆弱:其分层结构使飞机滑动留下标记,但在适度的力下,棍子很容易折断。有些聚合物也很脆。聚苯乙烯(用于一次性餐具和旧CD案例中的刚性塑料)倾向于捕捉而不是弯曲。 为什么有些材料脆弱? 要了解脆性,它有助于查看微观和原子尺度上的材料内发生的情况。材料的原子键和微观结构有所不同,这些差异决定了它们对压力的反应。 在结晶金属中,定位的金属键合和移动位错通常会造型流动。当滑动很容易时,应力再分配和裂纹尖端会钝化。如果粘结是高度定向的,或者晶体几乎没有可操作的滑动系统,则可塑性受到限制;应力集中到裂纹成核并繁殖。 然后,微观结构决定裂纹的生长是如何生长的。尖锐的夹杂物,硬第二阶段,毛孔或弱接口充当裂纹的发射地点和途径。温度和应变速率也很重要:较低的温度或更高的应变速率降低了可塑性,将行为推向脆性断裂。环境可以使平衡 - 原子氢加速裂纹,而晶粒结合的降解(例如晶间腐蚀或杂质隔离)可降低沿边界的凝聚力。 简而言之,当塑料适应不足并占主导地位时,勃彩会出现。如果材料无法自由移动脱位或在裂纹尖端下消散能量,则失败是突然的,几乎没有警告。 如何测量或测试脆性? 由于Brittlense是关于材料在压力下的行为(几乎没有变形),因此没有一个“勃贴”数字,您可以像密度或熔点一样抬头。取而代之的是,工程师使用延展性,断裂韧性和影响能量的测试间接表征它。 衡量脆性行为的标准方法之一是拉伸测试。在记录压力和应变时,拉动狗骨标本,以产生应力 - 应变曲线。脆性反应是几乎线性的突然断裂的弹性途径,几乎没有或没有产量区域。两个快速指示器(突破时的延长和降低面积)是延展性的度量(并成反比)。脆性的材料将显示出低伸长率和最小的面积减少(颈部很少或没有颈部)。对于金属,测试设置和报告遵循ASTM E8。 在Charpy V-Notch撞击测试中,摇摆的摆板击中了一个缺口的杆,并且在焦耳的能量中记录了摆能量的损失(来自秋千高度的变化)(j)。低吸收能表示脆弱的反应。高能量表示韧性。由于结果取决于标本的大小和缺口几何形状,因此最好将夏普能量用于比较和温度研究,而不是基本材料常数。在多个温度下进行测试映射延性到脆性的过渡。工程师还阅读了断裂表面:明亮,刻面/裂解特征表明脆性断裂,而暗淡,纤维状的外观表示延性断裂。 另一个关键措施是平面应变骨折韧性(K我知道了),一种骨折的机电参数,可量化材料对裂纹生长的抗性。它是根据预先裂纹标本的精确测试确定的,代表裂纹开始延伸的临界应力强度因子。脆性材料有低k我知道了因此,缺陷差 - 小裂纹会在相对较低的压力下导致失败,而坚韧的延性材料具有较高的k我知道了并且可以直言不讳或逮捕裂缝。工程师使用裂缝 - 阻力数据来设置允许的缺陷大小,并针对服务突然断裂进行设计。 如何防止设计中的脆弱失败 由于脆弱性会导致突然的灾难性失败,因此工程师已经制定了处理策略 - 通过选择不同的材料或修改材料和设计以使脆弱行为降低危险性。 材料选择和处理 […]
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