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钢有很多种形式:金属板、各种形状的板、棒和梁、管道，当然，还有固体材料数控加工钢铁。钢铁有如此多的用途，被如此多的行业所使用，所以有许多不同类型的钢铁是有道理的。但是不锈钢和低碳钢有什么区别呢?免费加工和工具钢？在这篇文章中，您将了解许多加工钢的等级，它们的性能，以及如何成功地数控加工钢。
钢是什么?
钢是铁和碳的一种合金的广义术语。碳的量(按重量计算的0.05% - 2%)，加上其他元素的加入，决定了钢的特定合金及其材料性能。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可加工性。锰也经常大量存在(至少0.30%，高达1.5%)，以降低钢的脆性，提高其强度。
的强度和硬度钢铁的一些最受欢迎的特性。它们使钢适合于建筑和运输应用，因为这种材料在沉重和反复的负载下可以持续很长时间。一些钢的合金，即不锈钢品种，是耐腐蚀的，这使它们成为在极端环境下工作的部件的最佳选择。
然而，这种强度和硬度也有助于延长加工时间和增加刀具的磨损。而钢是一种高密度材料，这使得它在某些应用中过于沉重。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。
类型的钢
让我们来谈谈钢的几种类型。要想成为钢，就必须在铁中加入碳。然而，碳的含量不同，导致其性质也有很大的不同。碳素钢通常是指不锈钢以外的钢，并按钢的四位数分类，更广泛地分为低碳钢、中碳钢或高碳钢。
- 低碳钢:含碳量低于0.30%(按重量计算)
- 中碳钢:0.3 - 0.5%的碳
- 高碳钢:0.6%及以上
钢的主要合金元素用四位级中的第一位来表示。例如，任何1xxx钢，比如1018，都将碳作为主要的合金元素。1018钢含有0.14 - 0.20%的碳和少量的磷和硫，还有锰。这种通用合金通常用于加工垫片、轴、齿轮和销。
自由加工等级的碳钢被硫酸化和再磷化，这导致切屑断裂成更小的碎片。这样可以防止长或大的切屑在切割时与刀具纠缠在一起。自由加工钢可以导致更快的加工时间，但可能降低延展性和抗冲击性能。
不锈钢
不锈钢含有碳，但也含有约11%的铬，提高了材料的耐腐蚀性。更多的铬意味着更少的生锈!添加镍还可以提高抗锈性和抗拉强度。此外，不锈钢具有良好的耐热性，使其适用于航空航天以及在极端环境下的其他应用。
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。不锈钢等级是用三位数而不是四位数来标识的。第一个数字表示晶体结构和主要合金元素。
例如，300系列不锈钢是奥氏体铬镍合金。304不锈钢是最常见的等级，也被称为18/8，因为它含有18%的铬和8%的镍。303不锈钢是304不锈钢的自由加工版。硫的加入降低了其耐腐蚀性，所以303型不锈钢比304型更容易生锈。
不锈钢可以广泛应用于工业领域。316型不锈钢，如果处理得当，可用于医疗设备，如机器和管道中的阀门组件。316不锈钢也用于机械螺母和螺栓，其中许多用于航空航天和汽车行业。采用303不锈钢齿轮、轴和其他对飞机和汽车都至关重要的部件。
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。工具钢有许多不同的合金，可用于不同的应用场合，但它们都以其硬度而闻名。每一个都能承受多种用途的磨损(一个注塑用的钢模具可以承受上百万次以上的材料)，并具有耐高温性能。
工具钢的一个普遍应用是注塑加工，这是数控加工从淬火钢生产最高质量的生产零件。H13钢经常被选择为其良好的热疲劳性能-其强度和硬度可以承受长期暴露在极端温度。H13模具非常适合高熔点的高级注塑材料，因为它提供了比其他钢更长的模具寿命- 50万到100万次。同时，S136为不锈钢材质，模具寿命超过100万次。这种材料可以抛光到最高水平，并用于特殊应用，当零件需要高光学清晰度。
钢种比较图
下表显示了钢的一些常见牌号及其性能。提供每种合金的元素组成，以显示不同的添加剂如何改变不同的等级。记住，每个等级的性能都可以通过热处理或成型进一步控制。
| 节(630型) | 304型(18-8，不锈钢) | 316型(不锈钢，退火棒材) | 1018(低碳钢，冷拉) | 1045(冷拉中碳钢) | H13工具钢 | |
| 密度(g / cc) | 7．8 | 8．00 | 7.85 | 7.87 | 7.87 | 7．8 |
| 抗拉强度、屈服(MPa) | 1379 | 215 | 240 | 370 | 485 | 1650 |
| 抗拉强度(MPa) | 1448 | 505 | 550 | 440 | 515 | 1990 |
| 洛氏硬度、 | 45 | N/A | N/A | N/A | N/A | 28-54(视治疗情况而定) |
| 硬度、洛氏B | N/A | 70 | 80 | 71 | 86 | N/A |
| 碳含量 | .07% | 高达 | 高达 | 0.14 - -0.2% | 0.42 - -0.5% | 0.32 - -0.4% |
| 锰含量 | 1％ | 2％ | 2％ | 0.6 - -0.9% | 0.6 - -0.9% | |
| 磷含量 | .04% | .045% | .045% | .04% | .04% | |
| 含硫量 | .03% | .03% | .03% | .05% | .05% | |
| 铬含量 | 15 - 17.5% | 18 - 20% | 16 - 18% | 5.13 - -5.25% | ||
| 镍含量 | 3 - 5% | 8 - 10.5% | 10 - 14% | |||
| 含铜量 | 3 - 5% |
钢的治疗方法
钢的一些最有用的特性来自额外的处理和加工步骤。这些方法可以在加工前完成，以改变性能，使钢更易于加工。请记住，在加工前对材料进行硬化可以延长加工时间，增加刀具磨损，但钢可以在加工后进行处理，以增加成品的强度或硬度。也就是说，重要的是要事先考虑任何计划好的治疗，你将需要申请，以实现你的部分的必要属性。
热处理
热处理是指通过控制钢的温度来改变其材料性能的几种不同过程。一个例子是退火，它被用来降低硬度和增加韧性，使钢更容易处理。退火过程缓慢地将钢加热到所需的温度，并使其保持一段时间。所需的时间和温度取决于特定的合金，两者都随着碳含量的增加而降低。最后，金属在炉中慢慢冷却或被绝缘材料包围。
正火热处理消除了钢的内部应力，同时保持了比退火钢更高的强度和硬度。正火时，将钢加热到高温，然后风冷以增加硬度。
淬火钢是另一个热处理过程，你猜对了，使钢变硬。它也增加了强度，但也会使材料更脆。淬火过程包括缓慢加热钢铁，在高温下浸泡，然后通过将钢铁浸泡在水、油或盐水溶液等液体中迅速冷却。
最后，回火热处理过程被用来减轻一些来自淬火钢的脆性。回火和正火几乎是一样的:你慢慢加热它，让它停留在选定的温度，然后用空气冷却钢。不同之处在于回火的温度较低，这降低了回火钢的脆性和硬度。
沉淀硬化
析出硬化提高了钢的屈服强度。某些等级的不锈钢名称中可能包含PH值，这意味着它们具有沉淀硬化性能。沉淀硬化钢的主要区别在于它们含有额外的元素:铜、铝、磷或钛。这里有许多不同的合金。为了激活析出硬化性能，钢被形成最终形状，然后经过时效硬化过程。时效硬化过程在一段较长的时间内加热材料，使添加的元素沉淀，形成不同尺寸的固体颗粒，从而增加材料的强度。
17-4PH(也称630钢)是一种常见的沉淀硬化级不锈钢的例子。这种合金含有17%的铬和4%的镍，以及4%的铜，有助于沉淀硬化。由于增加了硬度、强度和高耐腐蚀性，17-4PH被用于直升机甲板平台、涡轮机叶片和核废料桶。
冷加工
也可以在不施加大量热量的情况下改变钢的性能。例如，冷加工钢通过加工硬化的过程使其更强。当金属发生塑性变形时，就会发生加工硬化。这可以通过敲击、轧制或拉伸金属来实现。如果切削工具或工件变得太热，加工硬化也会在无意中发生。冷加工还可以提高钢的机械加工性。低碳钢很适合冷加工。
钢的设计考虑
在设计钢零件时，重要的是要记住这种材料的独特性能。使它非常适合您的应用程序的属性可能需要一些额外的考虑设计制造(DFM)。
由于材料的硬度，加工钢需要比其他柔软的材料，如铝或黄铜更长的时间。你需要使用正确的机器设置来优化加工的质量和最小化对工具的磨损。实际上，这意味着较低的主轴速度和进给率，以保护您的零件和工具。
即使你不做加工本身，你仍然应该评估适合你的项目的钢等级，不仅要考虑硬度和强度，还要考虑可加工性的差异。例如，不锈钢的加工时间是碳钢的两倍。在决定不同的等级时，你还需要考虑哪些性能是最重要的，哪些合金钢是现成的。通常使用的等级，如304或316不锈钢，可在更广泛的库存尺寸和更少的时间寻找和来源。
结论
具有广泛的应用数控加工钢铁及其坚固的物理性能，难怪钢铁成为世界各地制造商的首选材料。可能存在的无数种合金提供了无数种具有有用性能的钢等级。当设计你的下一个数控加工钢零件时，记得权衡你需要的性能与材料的可加工性，以确保你得到一个适合你的交货期。
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