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主要鋼材類別及典型牌號
鋼是一種主要由鐵和碳組成的合金。透過調節碳含量、添加其他合金元素（如鉻、鎳、鉬、釩）以及進行熱處理工藝，可以精確控制其性能。
鋼材種類繁多，主要分為碳鋼、合金鋼、不銹鋼和工具鋼。這涵蓋了從高延展性到超高強度，從一般耐候性到極強耐腐蝕性的各種選擇。現代數控技術能夠高效加工各種鋼材，完美兼顧複雜幾何形狀和高尺寸精度。
1. 碳鋼
低碳鋼 例如：1018、1045
特徵： 碳含量通常低於0.25%。強度較低，但 優異的韌性、延展性和焊接性能易於冷成型和機械加工。
典型應用： 機械結構件、軸、螺栓、齒輪、框架、焊接結構。
中碳鋼 例如：1045、4140
特徵： 碳含量約為0.25%–0.60%。經熱處理後，達到 強度、硬度和耐磨性之間取得了良好的平衡最常用的是淬火回火結構鋼。
典型應用： 曲軸、連桿、高強度螺栓、模座、齒輪、液壓缸管。
高碳鋼 例如 1095、C45
特徵： 碳含量高於0.60%。 極高的硬度和耐磨性但是脆性增加，焊接性能變差。
典型應用： 餐具、彈簧、鋸片、軸承零件、高強度鋼絲。
📊 AISI 1045（中碳鋼）典型性能 — 正火狀態
| 財產 | 價值 | 筆記 |
|---|---|---|
| 抗拉強度（兆帕） | 570 – 700 | |
| 屈服強度（兆帕） | ≥ 310 | |
| 斷裂伸長率（%） | ≥ 16 | 良好的整體機械性能 |
| 硬度（布氏硬度） | 約170 | |
| 密度（克/立方厘米） | 7.85 | |
| ⚠️ 注意：熱處理後效能可顯著改善。 | ||
2. 合金鋼
合金鋼是在碳鋼中添加鉬、鉻、鎳等元素，以增強其強度、韌性、淬透性或耐熱性。
AISI/SAE 4140 鉻鉬鋼
特徵： 一種用途廣泛的中碳合金鋼。添加鉬和鉻可賦予其優異的性能。 優異的硬化性、強度和韌性從而使較大橫截面上的性能保持一致。
典型應用： 高強度軸、齒輪、連桿、石油鑽探設備、模具。
AISI/SAE 4340 鎳鉻鉬鋼
特徵： 代表 超高強度合金鋼添加鎳元素使其能夠 保持優異的韌性和抗疲勞性能 即使在極高的強度水平下，對於承受極端載荷的部件也是如此。
典型應用： 飛機起落架、重型車輛傳動軸、高強度緊固件、關鍵軍事裝備零件。
3. 不銹鋼
不鏽鋼以鉻（≥10.5%）為主要合金元素，形成鈍化膜，因而具有優異的耐腐蝕性。
奧氏體不銹鋼 304 / 316
特徵： 無磁性、優異的耐腐蝕性、良好的成形性和焊接性。 由於添加了鉬， 316 不銹鋼比 304 不銹鋼具有更好的抗點蝕性和耐化學性（尤其是對氯化物的耐化學性）。
典型應用： 食品醫療設備、化學品容器、船舶配件、建築裝飾、消費品。
馬氏體不銹鋼 410 / 440C
特徵： 可進行熱處理 達到高硬度和強度具有一定的耐腐蝕性和耐磨性，但韌性和焊接性相對較差。
典型應用： 餐具、手術器械、軸承、閥門零件、幫浦軸。
沉澱硬化不銹鋼 17-4 PH
特徵： 透過沉澱硬化， 它在保持良好耐腐蝕性的同時，也實現了接近高強度合金鋼的機械性能。 工作硬化傾向低。
典型應用： 航太結構件、高速離心機零件、核工業零件、高端模具。
📊 AISI 304 不鏽鋼典型性能 — 固溶退火狀態
| 財產 | 價值 | 筆記 |
|---|---|---|
| 抗拉強度（兆帕） | ≥ 515 | |
| 屈服強度（0.2%偏移，MPa） | ≥ 205 | |
| 斷裂伸長率（%） | ≥ 40 | 優異的塑性和韌性 |
| 硬度（布氏硬度） | ≤ 201 | |
| 密度（克/立方厘米） | 8.00 |
4. 工具鋼
工具鋼是專門為製造工具（例如模具和刀具）而開發的。 追求極致的硬度、耐磨性、紅硬性和尺寸穩定性。
🔩 D2－高碳高鉻冷作鋼
具有高耐磨性和中等韌性，適用於高壽命冷沖壓模具和精密沖裁模具。
🔥 H13 — 熱作模具鋼
在高溫下仍能維持高強度和耐磨性，並具有良好的抗熱疲勞性能。適用於壓鑄模具和熱鍛造模具。
⚒️ S7－抗衝擊工具鋼
以其優異的韌性而聞名。用於承受高衝擊負荷的鑿子、沖頭和剪切刀片。
常見問題解答
碳鋼和合金鋼有什麼差別？
碳鋼主要由鐵和碳組成，而合金鋼則添加了鉻、鎳、鉬或釩等其他元素。這些添加物增強了合金鋼的某些特定性能，例如可淬性、韌性、耐熱性或耐腐蝕性，使其超越了純碳鋼所能達到的水平。
為什麼 AISI 4140 是CNC加工中最廣泛使用的合金鋼之一？
AISI 4140 鋼材兼具強度、韌性、淬火性和可加工性，性能優異。它對熱處理反應良好，且在大截面範圍內能保持穩定的機械性能，因此用途廣泛，適用於製造軸、齒輪、模具和結構件。
304不銹鋼和316不銹鋼的主要差異是什麼？
主要差異在於316不銹鋼含有鉬（約2-3%），這顯著提高了其抗點蝕和化學腐蝕性能，尤其是在富含氯化物的環境中，例如海洋或化學加工應用。 304不銹鋼則較經濟實惠，適用於一般用途。
什麼時候應該選擇工具鋼而不是普通合金鋼？
當應用需要極高的硬度、優異的耐磨性、應力下的尺寸穩定性或高溫下保持硬度（紅色硬度）的能力時，應選擇工具鋼。典型應用包括切削刀具、沖壓模具、射出模具和高衝擊強度的工裝部件。
不銹鋼可以用於高強度結構應用嗎？
是的－特別是沉澱硬化鋼種，例如17-4 PH，透過特殊的熱處理工藝，其機械性能可以接近高強度合金鋼，同時仍保持良好的耐腐蝕性。馬氏體鋼種，例如440C，也具有高硬度，適用於要求嚴苛的結構和耐磨應用。
熱處理如何影響碳鋼和合金鋼的性能？
淬火、回火、退火和正火等熱處理製程可以顯著改變鋼的機械性質。例如，AISI 1045鋼在正火狀態下的抗拉強度為570–700 MPa，但經過淬火和回火後，其強度和硬度可以大幅提高——這使得熱處理成為優化鋼材性能以滿足特定應用需求的關鍵步驟。