钢铁知识

CNC 加工钢铁知识全面汇总

本页汇总加工师傅实际会用到的钢铁数据：屈服强度与抗拉强度、硬度、含碳量、淬透性，以及每项参数如何改变进给、转速和刀具寿命。内容面向指定钢铁零件的工程师和采购人员。读完可以判断哪种牌号适合某个零件，以及选便宜牌号在什么情况下反而更贵。

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±0.005 mm 公差1018 至 4340Ra 0.8–1.6 μm100% 全检

如何使用本页

按车间的方式读懂钢铁

四组性能几乎决定所有钢铁加工决策。

第 1 部分

力学性能：屈服、抗拉、延伸率、硬度

拉伸钢试样时，应力和应变沿直线同步上升，直到弹性极限。超过该点后，即使载荷不再增加，钢材仍会继续变形。开始发生塑性变形的应力即屈服强度，记作 σs。设计不允许弯曲的零件时，工程师用屈服强度而不是抗拉强度来定尺寸。

抗拉强度（σb）是试样在颈缩断裂前达到的峰值应力。多数碳钢和合金钢的抗拉值比屈服高 1.3 到 1.6 倍。屈服 585 MPa 的 1045 棒料，抗拉通常接近 850 MPa。看证书并与图纸要求对比时，这个比值很关键。

延伸率（δ）和断面收缩率（ψ）描述塑性。1018 低碳钢在 50 mm 标距内可延伸 25%；40 HRC 的淬火 4140 低于 12%。塑性低意味着零件抗弯，但切屑差，尖角内角易裂。硬度在 20 HRC 以上通常用洛氏 C，以下用布氏，大致与抗拉强度对应，也是车间实际测量的数值。

冲击韧性是第四项，也是最常被图纸遗漏的一项。硬度升高、使用温度降低时，夏比 V 型缺口能量急剧下降。即使所有抗拉检测都合格，如果没人规定韧性，零件在寒冷车间仍可能脆断。

1
屈服强度（σs）开始塑性变形的应力。刚度关键件按此值定尺寸。
2
抗拉强度（σb）断裂前的峰值应力。常见钢为屈服的 1.3–1.6 倍。
3
延伸率（δ）塑性指标。高于 20% 易加工成形；低于 12% 需注意。
4
硬度20 HRC 以上用 HRC，以下用 HB。车间快速判断强度和切削性的指标。

第 2 部分

含碳量及其对切削的影响

碳是影响切削性的最大因素。1018、A36 等低碳钢含碳低于 0.25%。它们软、焊接性好，可用大切深和高表面速度切削。但轻精加工时易粘刀，刀片过锋利时会产生积屑瘤。

中碳钢含碳 0.25% 到 0.60%。1045 和 4140 是轴、销、壳体的主力牌号。1045 正火态用涂层硬质合金可跑到约 180–200 m/min。再加大参数，刀刃会因剪切区加工硬化而失效。

高碳钢和工具钢含碳高于 0.60%。它们能磨出锋利刃口，热处理后保持硬度，这正是退火态难加工、45 HRC 以上用硬质合金几乎无法加工的原因。低于该硬度硬质合金仍可用；高于 55 HRC 则改用陶瓷或 CBN 刀片，或改为磨削。

合金元素会改变局面。铬和钼提高淬透性，所以同尺寸的 4140 截面比 1045 淬得更深。镍改善韧性。12L14 等易切削牌号有意加入硫和铅来断屑，代价是焊接性和强度略降。

1
低于 0.25% C1018、A36。切削快，表面发粘，焊接性极好。
2
0.25–0.60% C1045、4140。强度与切削性均衡，常用选择。
3
高于 0.60% C工具钢。退火态好加工，淬硬后需磨削或用 CBN。

选材

常用钢材：牌号、含碳量、典型用途、加工提示

硬度值为退火或正火态的典型值，不适用于热处理后的零件。

牌号	碳钢 / 合金钢	典型零件	加工说明
1018	0.15–0.20% C	支架、轴、夹具	切削快；轻切削时易产生积屑瘤
1045	0.43–0.50% C	销、齿轮、车轴	综合性能好；加工后热处理
4130	0.30% C，Cr-Mo	航空航天管件、框架	切屑韧；切削时保持切削液
4140	0.40% C，Cr-Mo	壳体、模具、螺柱	约 28–32 HRC 时加工，然后淬火
4340	0.40% C，Ni-Cr-Mo	高载荷轴	韧性高；速度低于 4140
A36	最高 0.25% C	板材、焊接件	软而粘；积屑瘤风险高
420 SS	0.35% C，13% Cr	刀具、阀件	可淬到 50 HRC；预硬态加工
17-4PH	沉淀硬化	泵、管件	H900 状态需硬质合金或陶瓷

第 3 部分

热处理及其对报价的影响

热处理决定最终性能，也决定加工顺序。退火软化钢材便于粗加工。正火细化锻后晶粒。淬火加回火把强度和硬度提到图纸值。表面硬化在韧性低碳核心上形成硬表层。

顺序通常是粗加工、热处理、精加工。淬火变形确实存在。长 4140 轴在 500 mm 上可能变形 0.1–0.3 mm，所以要留精加工余量。图纸要求淬硬部位 ±0.005 mm 时，该公差靠磨削或热处理后硬铣达到，而不是车削软棒料。

渗氮和感应淬火是浅层工艺。渗氮在低温下形成极硬薄层，变形小，适合无法再切削的成品件。感应淬火只硬化线圈下的表面，芯部保持韧性。两者都会改变精加工方案。

一条实用规则：在图纸上注明最终硬度和适用部位。对带薄壁和钻孔的零件笼统标注“淬火至 45 HRC”，会导致孔处开裂、其他部位变形。应标注具体表面。

1
预硬4140 为 28–32 HRC。可直接加工并保持公差，无需后续处理。
2
整体淬火按图纸 HRC 淬火并回火。会有变形，需留精加工余量。
3
渗氮硬化层薄，变形极小。最适合已精加工的精密零件。

第 4 部分

钢的切削加工性、公差与表面粗糙度

切削加工性评级是相对值，不是绝对值。以 1018 为 100%，易切削 12L14 约为 170%，1045 约为 60%，304 不锈钢约为 45%。评级越低，意味着表面速度更慢、刀具寿命更短，或两者兼有。这不代表零件做不出来，而是加工节拍和刀具费用会变化。

公差和表面粗糙度与材料状态相关。在退火 1018 上，车削直径可保持 ±0.005 mm，使用锋利精车刀片和高表面速度可达 Ra 0.8–1.6 μm。在 316L 上同样公差可达，但粗糙度通常粗一档，因为材料在刀尖下会加工硬化。在 40 HRC 以上的淬硬 4140 上，铣刀磨损快，粗糙度取决于装夹刚性。

薄壁和细长零件是钢最难加工的地方。切削力下的让刀量随长径比的立方增长。Ø12 mm 的轴伸出卡盘 120 mm，无论用什么刀片都会振刀。用尾座、中心架支撑，或分序加工。

钢的表面粗糙度也取决于每转进给。进给加倍，理论残留高度约加倍。如果图纸要求钢内孔 Ra 0.4 μm，通常需要铰孔或珩磨工序，而不是降低车削参数。