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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，AISI/SAE 1018、1045）
特徵： 碳含量通常低於0.25%。 強度較低，但韌性、延展性和焊接性極佳冷成型和冷加工都很容易進行。
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，AISI/SAE 1045、4140）
特徵： 碳含量約為0.25%～0.60%。經熱處理（淬火和回火）後，其性能達到… 強度、硬度和耐磨性之間取得了良好的平衡它是最常用的淬火回火結構鋼。
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，AISI/SAE 1095，C45）
特徵： 碳含量高於0.60%。它可以達到 極高的硬度和耐磨性但脆性增加，焊接性能較差。它通常用於製造需要極高表面硬度的工具和零件。
典型應用： 餐具、彈簧、鋸片、軸承零件、高強度鋼絲。
AISI 1045（中碳鋼）典型表現－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 | |
| 註：經熱處理後，性能可顯著改善。 | ||
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。添加鉬和鉻使其具有以下特性： 優異的硬化性、強度和韌性從而可以在更大的橫截面上獲得均勻的性能。
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使其能夠 保持優異的韌性和抗疲勞性能 即使在非常高的強度水平下，它也適用於承受極端載荷的部件。
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 （例如，304、316）
特徵： 無磁性、優異的耐腐蝕性、以及極佳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腐蝕性（尤其是耐氯化物腐蝕性）。。
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 （例如，410、440攝氏度）
特徵： 可進行熱處理 達到高硬度和強度它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 （例如，17-4 PH）
特徵： 透過特殊熱處理（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。它具有較低的加工硬化傾向。
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不鏽鋼典型表現－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 |
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 (FAQ)
碳鋼和合金鋼的主要差異是什麼？
碳鋼主要由鐵和碳組成，其他合金元素含量極少。合金鋼則有意添加鉻、鎳或鉬等元素，以增強其特定性能，例如淬透性、韌性或耐熱性，使其更適用於更高要求的結構和工程應用。
為什麼在海洋或化學環境中，AISI 316 不鏽鋼比 304 不鏽鋼更受歡迎？
AISI 316 含有鉬，這顯著提高了其抗點蝕和化學侵蝕的能力，特別能抵抗海水和惡劣化學環境中存在的氯化物。 AISI 304 雖然在一般用途上具有很高的耐腐蝕性，但缺乏這種額外的保護，因此 AISI 316 成為船舶配件、化學品容器及類似應用的首選材料。
什麼情況下應該選擇 4340 合金鋼而不是 4140 合金鋼？
AISI 4340（鎳鉻鉬鋼）適用於需要承受極端負荷並兼具超高強度、優異韌性和抗疲勞性能的零件，例如飛機起落架或重型傳動軸。 AISI 4140 則更具成本效益，足以滿足軸、齒輪和模具等一般高強度應用的需求，這些應用對強度的要求遠低於 AISI 4340。
D2、H13 和 S7 等工具鋼與結構鋼有何不同？
工具鋼經過特殊設計，可在嚴苛的使用條件下實現極高的硬度、耐磨性、紅硬性（高溫下保持硬度的能力）和尺寸穩定性。與優先考慮強度和韌性以承受負荷的結構鋼不同，工具鋼針對切削、成形和衝擊應用進行了最佳化，例如模具、沖頭和刀片。
高碳鋼可以焊接嗎？
高碳鋼（碳含量高於0.60%）由於脆性增加，熱影響區域易開裂，因此焊接性能較差。通常不建議在未採取特殊預防措施（例如預熱、控制層間溫度和焊接後熱處理）的情況下進行焊接。對於需要焊接的應用，通常優先選擇低碳鋼或中碳鋼。
什麼是沉澱硬化不銹鋼？為什麼它在航空航太領域得到應用？
沉澱硬化（PH）不銹鋼，例如17-4 PH，經過特殊的時效熱處理，使鋼基體內部形成細小的析出物，顯著提高其強度和硬度。這使其在保持良好耐腐蝕性的同時，也能獲得與高強度合金鋼相媲美的機械性能。其高強度、耐腐蝕性和低加工硬化傾向的結合，使其成為航空航天結構件、高速離心機零件和高端模具的理想材料。