碳钢、不锈钢、工具钢：解码钢铁材料的性能密码

碳钢、不锈钢、工具钢：解码钢铁材料的性能密码

钢作为现代工业中最重要的材料之一，其种类繁多，性能各异。从建筑结构到机械零件，从日常用品到航空航天设备，钢的应用无处不在。本文将详细介绍钢的种类及其性能特点，帮助读者更好地了解这一重要材料。

什么是钢？

钢是铁和碳合金的广义术语。碳的含量（按重量计0.05%–2%）以及其他元素的添加决定了钢的特定合金及其材料特性。其他合金元素包括锰、硅、磷、硫和氧。碳增加了钢的硬度和强度，同时可以添加其他元素来提高耐腐蚀性或机械加工性。锰也经常大量存在（至少0.30%至1.5%）以降低钢的脆性并增加其强度。

钢的强度和硬度是其最受欢迎的特性之一。它们使钢材适用于建筑和运输应用，因为这种材料可以在重载和反复负载下使用很长时间。一些钢合金，即不锈钢品种，具有耐腐蚀性，这使它们成为在极端环境中运行的零件的最佳选择。

然而，这种强度和硬度也会导致更长的加工时间和增加切削刀具的磨损。钢是一种高密度材料，这使得它对于某些应用来说太重了。然而，钢的强度重量比很高，这就是为什么它是制造业中最常用的金属之一。

钢材种类

要成为钢，必须将碳添加到铁中。碳的含量虽然有所不同，但导致性质差异很大。碳钢通常是指不锈钢以外的钢，并由钢的 4位数等级标识，更广泛地称为低、中或高碳钢。

• 低碳钢：低于0.30%的碳（按重量计）
• 中碳钢：0.3–0.5% 碳
• 高碳钢：0.6%及以上

钢的主要合金元素由四位数等级中的第一位数字表示。例如，任何1xxx 钢，如 1018，都将以碳作为主要合金元素。1018钢含有0.14–0.20% 的碳和少量的磷和硫，以及锰。这种通用合金通常用于加工垫片、轴、齿轮和销。

易加工等级的碳钢经过再硫化和再磷化，使切屑碎裂成更小的碎片。这可以防止长切屑或大切屑在切削时与刀具缠绕在一起。易加工钢可以缩短加工时间，但可能会降低延展性和抗冲击性。

不锈钢

不锈钢含有碳，但也含有大约11%的铬，这增加了材料的耐腐蚀性。更多的铬意味着更少的锈！添加镍还可以提高防锈性和抗拉强度。此外，不锈钢具有良好的耐热性，使其适用于航空航天和其他极端环境下的应用。

根据金属的晶体结构，不锈钢可分为五种类型。这五种类型是奥氏体、铁素体、马氏体、双相和沉淀硬化。不锈钢牌号使用三位数而不是四位数来标识。第一个数字代表晶体结构和主要合金元素。

例如300系列不锈钢就是奥氏体铬镍合金。304 不锈钢是最常见的等级，因为它的铬含量为18%，镍含量为8%。303不锈钢是304不锈钢的自由加工版本。添加硫会降低其耐腐蚀性，因此303型不锈钢比304型更容易生锈。

不锈钢可用于广泛的行业。316型不锈钢如果加工得当，可用于医疗设备，例如机器和管道中的阀门组件。316不锈钢还用于加工螺母和螺栓，其中许多用于航空航天和汽车行业。303不锈钢用于齿轮、轴和其他飞机和汽车必不可少的部件。

工具钢

工具钢用于制造各种制造工艺的工具，包括压铸、注塑、冲压和切割。有许多不同的工具钢合金为不同的应用量身定制，但它们都以其硬度而闻名。每个都可以经得起多次使用的磨损（用于注塑成型的钢模具可以承受一百万次或更多的材料注射）并且具有耐高温性。

工具钢的一种普遍应用是注塑成型工具，它是由硬化钢 CNC 加工而成，用于生产最高质量的生产零件。通常选择H13钢是因为它具有良好的热疲劳性能——它的强度和硬度可以承受长时间暴露在极端温度下。

H13 模具非常适合具有高熔化温度的高级注塑材料，因为它提供了比其他钢更长的模具寿命- 500,000到10万次注射。同时S136是不锈钢，刀具寿命超过一百万次。这种材料可以抛光到最高水平，用于零件需要高光学透明度的特殊应用。

不同种类的钢的材料比较：

上表显示了一些常见等级的钢及其性能。提供了每种合金的元素组成，以显示不同等级如何随不同添加剂而变化。这些等级的每一个属性都可以通过热处理或成型进一步控制。