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一文讀懂鐵系材料：種類特性與加工實用指南

2025.6.30

在機床的切削加工中，材料的選擇是影響產(chǎn)品質(zhì)量和加工效率的重要因素之一。特別是鐵系材料，因其種類繁多且加工性能優(yōu)異而被用于制造許多機械零件。然而，錯誤的材料選擇會導(dǎo)致各種問題，包括加工不良、刀具壽命縮短和成本增加。

因此在本文中，將分享切削加工中經(jīng)常使用的鐵系材料的基本知識，以及每種材料的特性。

鐵系材料的基礎(chǔ)知識
切削加工中常用的主要鐵系材料
鐵系材料需根據(jù)特性進行加工

鐵系材料的基礎(chǔ)知識

我們身邊許多被稱為 “鐵” 的材料，實際上并非純鐵，而是含有碳等元素的合金。在加工中心切削加工中，材料的選擇對加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率有很大影響。首先，我們從鐵系材料的基礎(chǔ)知識開始深入理解。

鐵、鋼、鑄鐵的區(qū)別

鐵系材料根據(jù)碳含量大致分為 “純鐵”、“鋼”、“鑄鐵” 這三大類。

“純鐵”是碳含量在0.02%以下的材料，其特征是具有白色光澤而非一般印象中的灰色。但由于強度低且易生銹，較少用于工業(yè)產(chǎn)品。

“鋼”是碳含量在0.02%～2.14%的材料，我們平時通稱的 “鐵” 大多屬于鋼類。鋼具備適度的強度和加工性，還可通過熱處理調(diào)整性能，因此成為應(yīng)用最廣泛的材料之一。代表性材料有結(jié)構(gòu)用鋼（SS400）、機械結(jié)構(gòu)用碳素鋼（S45C）等。

“鑄鐵”是碳含量高達2.1%～6.67%的材料，熔點較低，適合熔融后澆筑成型的鑄造工藝，常用于制造井蓋、機械零件等復(fù)雜形狀的部件。

金屬硬度的單位

由于測量方法不同，表示金屬硬度的單位存在多種標準。
比如說，“HB（布氏硬度）”是根據(jù)將鋼球壓入材料的壓痕大小所測量的硬度。

“HV（維氏硬度）”是用金剛石四方錐壓入材料進行測量，可進行高精度測量，適用于薄材料或表面處理層的硬度檢測。

“HRC（洛氏硬度）”是用金剛石壓頭壓入材料表面，根據(jù)壓痕深度所測量的硬度，特點是測量較簡便，且測量過程中引起的誤差較小。

材料規(guī)格的含義

JIS 標準中，鋼鐵材料的標記由字母和數(shù)字組合表示材質(zhì)和特性。
例如，機械結(jié)構(gòu)用碳素鋼鋼材 “S45C” 各部分含義如下：

S：鋼（Steel）
45：含碳量0.45%
C：碳素鋼（Carbon steel）

又如不銹鋼 “SUS304”：

SUS：不銹鋼（Stainless Used Steel）
304：表示成分組合的型號

通過理解材料符號，可掌握其基本特性。但即使同一規(guī)格，不同廠商的產(chǎn)品特性也可能略有差異，建議對細節(jié)進行個別確認。

什么是熱處理

熱處理是一種對金屬材料性能具有重大影響的工藝手段，通過加熱到特定溫度及后續(xù)不同的冷卻方式，可根據(jù)需求改變材料性能。以下介紹部分處理方法。

淬火	將材料加熱至奧氏體化溫度（約800～850℃）后，在水或油中急速冷卻，使材料變得非常堅硬，用于切削工具、模具等要求高硬度的部件。
回火	將淬火后的材料在較低溫度（約150～650℃）下再次加熱并緩慢冷卻，可增加韌性，通過調(diào)整處理溫度平衡最終硬度和韌性。
退火	將材料加熱至高溫后在爐內(nèi)緩慢冷卻，使材料變軟，提升加工性。
正火	將材料加熱至高溫奧氏體化后在空氣中冷卻，使材料內(nèi)部組織均勻化，晶粒細化，提高耐沖擊性等。

熱處理是顯著改變材料性能的重要工序，需要精確設(shè)定溫度管理和冷卻速度等條件。不恰當?shù)臒崽幚砜赡芊炊共牧闲阅軔夯?，因此根?jù)需求和材質(zhì)選擇合適的處理條件至關(guān)重要。

切削加工中常用的主要鐵系材料

以下講解切削加工現(xiàn)場常用的代表性鐵系材料的特征和主要用途

機械結(jié)構(gòu)用碳素鋼

機械結(jié)構(gòu)用碳素鋼是切削加工中最常見的材料之一。
代表性的S45C、S50C等具有良好的強度和加工性平衡，用途廣泛，通過熱處理調(diào)整性能也是其重要特征。

● 主要用途

通用機械零部件
軸
齒輪
各種緊固零件等

加工時需要注意的是，機械結(jié)構(gòu)用的碳素鋼是比較容易生銹的材料，因此加工時需使用具有防銹效果的切削油，加工后根據(jù)需要進行表面處理。

一般結(jié)構(gòu)用壓延鋼材

一般結(jié)構(gòu)用壓延鋼材（如SS400）是兼具經(jīng)濟性和易加工性的材料，主要用于建筑結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)機械框架等，具有優(yōu)異的焊接性。例如，SS400是抗拉強度在400N/mm2以上的結(jié)構(gòu)用鋼，作為常見結(jié)構(gòu)鋼材廣泛普及。

● 主要用途