钢有多种形式：各种几何形状的金属板、板材、棒材和梁、管道，当然还有CNC加工钢时使用的固体原料。钢被用于如此多的应用和如此多的行业，因此有许多不同类型的钢是有意义的。但是不锈钢和低碳钢有什么区别呢？自由加工和工具钢？在本文中，您将了解许多加工钢种、以及如何成功地CNC加工钢种。

什么是钢？

钢是铁和碳合金的广义术语。碳含量（0.05%–2%（按重量计）以及其他元素的添加，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以提高耐腐蚀性或可加工性。锰的含量通常也较高（至少为0.30%至1.5%），以降低钢的脆性并提高其强度。

钢的强度和硬度是其最受欢迎的特性之一。正是它们使钢适合于建筑和运输应用，因为这种材料可以在重荷载和反复荷载下使用很长时间。一些钢合金，即不锈钢品种，耐腐蚀，这使它们成为在极端环境下工作的零件的最佳选择。

然而，这种强度和硬度也会延长加工时间，增加刀具的磨损。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。

钢材种类

让我们讨论一下许多类型的钢材。作为钢，碳必须加入铁中。不过，碳的含量会有所不同，从而导致其性能发生很大变化。碳钢通常是指不锈钢以外的钢，并通过钢的4位等级来识别，更广泛地说是低碳钢、中碳钢或高碳钢。

低碳钢：碳含量低于0.30%（按重量计）

中碳钢：含碳量为0.3–0.5%

高碳钢：0.6%及以上

钢的主要合金元素由四位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、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磷化和再磷化处理，使切屑破碎成更小的碎片。这可以防止长或大的切屑在切割时与刀具纠缠在一起。易加工钢可以加快加工时间，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生锈！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，适用于极端环境中的航空航天和其他应用。

根据金属的晶体结构，不锈钢可分为五种类型。这五种类型为奥氏体、铁素体、马氏体、双相和沉淀硬化。不锈钢等级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，因为其铬含量为18%，镍含量为8%。303不锈钢是304不锈钢的自由加工版本。硫的加入降低了其耐腐蚀性，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型不锈钢经适当加工后可用于医疗设备，如机器和管道中的阀门部件。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工业。303不锈钢用于齿轮、轴和其他飞机和汽车所必需的部件。

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可用于不同的应用，但它们都以其硬度而闻名。每一个都能经得起多次使用的磨损（用于注塑成型的钢模具可以经得起一百万次或更多的材料），并且具有耐高温性。

工具钢的一个普遍应用是注塑模具，它是由硬化钢CNC加工而成，以生产最高质量的生产零件。通常选择H13钢是因为其良好的热疲劳性能——其强度和硬度能够承受长期暴露在极端温度下。H13模具非常适合于具有高熔化温度的先进注塑材料，因为它比其他钢材提供更长的模具寿命–500000到100万次。同时，S136是不锈钢，模具寿命超过一百万次。这种材料可以抛光到最高水平，并用于需要高光学清晰度的零件的特殊应用。

钢材处理

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进行，以改变钢材的性能，使钢材更易于加工。请记住，加工前硬化材料会延长加工时间并增加刀具磨损，但钢可以在加工后进行处理，以增加成品的强度或硬度。这就是说，重要的是要预先考虑任何计划的治疗，你需要应用，以实现必要的属性为您的零件。

热处理

热处理是指几个不同的过程，涉及操纵钢的温度以改变其材料性能。一个例子是退火，它用来降低硬度和增加延展性，使钢更容易加工。退火过程缓慢地将钢加热到所需温度，并保持一段时间。所需的时间和温度取决于特定的合金，并且随着碳含量的增加而降低。最后，金属在熔炉中缓慢冷却或被绝缘材料包围。

正火热处理可消除钢中的内应力，同时保持比退火钢更高的强度和硬度。在正火过程中，钢被加热到高温，然后风冷以获得更高的硬度。

淬火钢是另一种热处理工艺，你猜对了，它使钢硬化。它也会增加强度，但也会使材料更脆。硬化过程包括缓慢加热钢，在高温下浸泡，然后将钢浸入水、油或盐水溶液中快速冷却。

最后，采用回火热处理工艺来减轻淬火钢的脆性。回火钢与正火几乎完全相同：缓慢加热，使其处于选定的温度，然后对钢进行空气冷却。不同之处在于，回火温度低于其他工艺，这降低了回火钢的脆性和硬度。

沉淀硬化

沉淀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特性。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。为了激活沉淀硬化性能，钢被成形为最终形状，然后进行时效硬化处理。时效硬化过程在较长时间内加热材料，使添加的元素沉淀，形成不同尺寸的固体颗粒，从而提高材料的强度。

17-4PH（也称为630钢）是不锈钢沉淀硬化等级的常见示例。该合金含有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用于直升机甲板平台、涡轮叶片和核废料桶。

冷加工

钢的性能也可以在不施加大量热量的情况下改变。例如，冷加工钢通过加工硬化过程使其更坚固。当金属发生塑性变形时，会发生加工硬化。这可以通过锤击、轧制或拉拔金属来实现。加工时，如果刀具或工件过热，加工硬化也会意外发生。冷加工还可以提高钢的可加工性。低碳钢非常适合冷加工。

钢结构设计注意事项

在设计钢制零件时，记住材料的独特特性非常重要。使其非常适合您的应用程序的特性可能需要额外考虑制造设计（DFM）。

由于材料的硬度，加工钢比其他较软的材料（如铝或黄铜）需要更长的时间。您需要使用正确的机器设置来优化加工质量，并最大限度地减少刀具磨损。实际上，这意味着较慢的主轴速度和进给速度，以保护您的零件和模具。

即使你不做加工本身，你仍然应该评估适合你的项目的钢种，不仅是硬度和强度，而且还要考虑可加工性的差异。例如，不锈钢的加工时间大约是碳钢的两倍。当决定不同的等级时，你也要考虑哪些属性是最高优先级，哪些钢合金是容易获得的。常用的牌号，如304或316不锈钢，有更广泛的库存尺寸可供选择，并且查找和采购所需的时间更少。