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钢是一种主要由铁和碳组成的合金。通过调节碳含量、添加其他合金元素（如铬、镍、钼、钒）以及进行热处理工艺，可以精确控制其性能。
钢材种类繁多，主要分为碳钢、合金钢、不锈钢和工具钢。这涵盖了从高延展性到超高强度，从一般耐候性到极强耐腐蚀性的各种选择。现代数控技术能够高效加工各种钢材，完美兼顾复杂几何形状和高尺寸精度。
1. 碳钢
● 低碳钢（例如，AISI/SAE 1018、1045）
特征
碳含量通常低于0.25%。 强度较低，但韧性、延展性和焊接性极佳冷成型和冷加工都很容易进行。
典型应用
机械结构件 轴 螺栓 齿轮 帧 焊接结构
● 中碳钢（例如，AISI/SAE 1045、4140）
特征
碳含量约为0.25%～0.60%。经热处理（淬火和回火）后，其性能达到…… 强度、硬度和耐磨性之间取得了良好的平衡它是最常用的淬火回火结构钢。
典型应用
曲轴 连杆 高强度螺栓 模座 齿轮 液压缸管
● 高碳钢（例如，AISI/SAE 1095、C45）
特征
碳含量高于0.60%。它可以达到 极高的硬度和耐磨性但脆性增加，焊接性能差。通常用于制造需要极高表面硬度的工具和零件。
典型应用
刀具 斯普林斯 锯片 轴承部件 高强度钢丝
AISI 1045（中碳钢）典型性能——正火状态
| 财产 | 价值 | 笔记 |
| 抗拉强度（兆帕） | 570 – 700 | |
| 屈服强度（兆帕） | ≥ 310 | |
| 断裂伸长率（%） | ≥ 16 | 良好的整体力学性能 |
| 硬度（布氏硬度） | 约170 | |
| 密度（克/立方厘米） | 7.85 | |
| 注：经热处理后，性能可得到显著改善。 | ||
2. 合金钢
合金钢是在碳钢中添加钼、铬、镍等元素，以增强其强度、韧性、淬透性或耐热性。
● AISI/SAE 4140（铬钼钢）
特征
一种用途广泛的中碳合金钢。添加钼和铬使其具有以下特性： 优异的硬化性、强度和韧性从而可以在更大的横截面上获得均匀的性能。
典型应用
高强度轴 齿轮 连杆 石油钻探设备 模具
● AISI/SAE 4340（镍铬钼钢）
特征
代表 超高强度合金钢添加镍使其能够 保持优异的韧性和抗疲劳性能 即使在非常高的强度水平下，它也适用于承受极端载荷的部件。
典型应用
飞机起落架 重型车辆传动轴 高强度紧固件 关键军事装备部件
3. 不锈钢
不锈钢以铬（≥10.5%）为主要合金元素，形成钝化膜，从而具有优异的耐腐蚀性。
● 奥氏体不锈钢（例如，304、316）
特征
无磁性、优异的耐腐蚀性、以及极佳的成形性和焊接性由于添加了钼， 316不锈钢比304不锈钢具有更好的抗点蚀性和耐化学腐蚀性（尤其是耐氯化物腐蚀性）。。
典型应用
食品和医疗设备 化学品容器 船用配件 建筑装饰 消费品
● 马氏体不锈钢（例如，410、440C）
特征
可进行热处理 达到高硬度和强度它具有一定的耐腐蚀性和耐磨性，但韧性和焊接性相对较差。
典型应用
刀具 手术器械 轴承 阀门部件 泵轴
●沉淀硬化不锈钢（例如，17-4 PH）
特征
通过特殊热处理（沉淀硬化）， 它在保持良好耐腐蚀性的同时，实现了接近高强度合金钢的机械性能。它具有较低的加工硬化倾向。
典型应用
航空航天结构件 高速离心机部件 核工业部件 高端模具
AISI 304不锈钢典型性能——固溶退火状态
| 财产 | 价值 | 笔记 |
| 抗拉强度（兆帕） | ≥ 515 | |
| 屈服强度（0.2%偏移，MPa） | ≥ 205 | |
| 断裂伸长率（%） | ≥ 40 | 优异的塑性和韧性 |
| 硬度（布氏硬度） | ≤ 201 | |
| 密度（克/立方厘米） | 8 |
4. 工具钢
工具钢是专门为制造工具（例如模具和刀具）而开发的。 追求极致的硬度、耐磨性、红硬性和尺寸稳定性。
D2
高碳高铬冷作钢
具有高耐磨性和中等韧性，适用于高寿命冷冲压模具和精密冲裁模具。
H13
热作模具钢
在高温下仍能保持高强度和耐磨性，并具有良好的抗热疲劳性能。适用于压铸模具和热锻模具。
S7
抗冲击工具钢
以其优异的韧性而闻名。用于承受高冲击载荷的凿子、冲头和剪切刀片。
常见问题解答
碳钢和合金钢的主要区别是什么？
碳钢主要由铁和碳组成，其他元素含量极少。合金钢则有意添加铬、镍或钼等元素，以增强其特定性能，例如淬透性、韧性、耐腐蚀性或耐热性，使其适用于要求更高的工程应用。
为什么 AISI 4140 是数控加工中最广泛使用的合金钢之一？
AISI 4140 兼具强度、韧性和可淬性。其铬钼成分使其在热处理后能够在大横截面上保持均匀的机械性能，因此非常适合用于数控加工中的高应力部件，例如轴、齿轮和模座。
304不锈钢和316不锈钢有什么区别？
两者都是奥氏体不锈钢，具有优异的耐腐蚀性和焊接性。主要区别在于316不锈钢含有钼，这显著提高了其抗点蚀和化学侵蚀（尤其是氯化物侵蚀）的能力。因此，316不锈钢是海洋环境、化学加工和医疗应用的首选材料。
什么时候应该选择工具钢而不是普通合金钢来制造零件？
当零件需要极高的硬度、优异的耐磨性或在高温下保持性能时，例如模具、冲模、切削刀具和冲头，应选择工具钢。而对于结构件，韧性和可加工性比极高的硬度更为重要，因此标准合金钢更适用。
高碳钢可以焊接吗？
高碳钢（碳含量高于0.60%）由于其在热影响区易形成硬脆的微观组织，焊接性能较差，容易产生裂纹。如果必须焊接，则需要特殊的预热和焊后热处理工艺。对于需要良好焊接性能的应用，强烈建议使用低碳钢或中碳钢。
是什么让 17-4 PH 不锈钢适用于航空航天应用？
17-4 PH（沉淀硬化）不锈钢在保持良好耐腐蚀性的同时，还能达到与高强度合金钢相媲美的机械性能。其低加工硬化倾向以及可精确进行热处理以获得不同强度等级的能力，使其非常适用于航空航天结构件、高速旋转部件以及其他对强度和耐腐蚀性都至关重要的关键应用。