一文读懂铁系材料：种类特性与加工实用指南

铁系材料的基础知识

我们身边许多被称为 “铁” 的材料，实际上并非纯铁，而是含有碳等元素的合金。在加工中心切削加工中，材料的选择对加工质量和生产效率有很大影响。首先，我们从铁系材料的基础知识开始深入理解。

铁、钢、铸铁的区别

铁系材料根据碳含量大致分为 “纯铁”、“钢”、“铸铁” 这三大类。

“纯铁”是碳含量在0.02%以下的材料，其特征是具有白色光泽而非一般印象中的灰色。但由于强度低且易生锈，较少用于工业产品。

“钢”是碳含量在0.02%～2.14%的材料，我们平时通称的 “铁” 大多属于钢类。钢具备适度的强度和加工性，还可通过热处理调整性能，因此成为应用最广泛的材料之一。代表性材料有结构用钢（SS400）、机械结构用碳素钢（S45C）等。

“铸铁”是碳含量高达2.1%～6.67%的材料，熔点较低，适合熔融后浇筑成型的铸造工艺，常用于制造井盖、机械零件等复杂形状的部件。

金属硬度的单位

由于测量方法不同，表示金属硬度的单位存在多种标准。
比如说，“HB（布氏硬度）”是根据将钢球压入材料的压痕大小所测量的硬度。

“HV（维氏硬度）”是用金刚石四方锥压入材料进行测量，可进行高精度测量，适用于薄材料或表面处理层的硬度检测。

“HRC（洛氏硬度）”是用金刚石压头压入材料表面，根据压痕深度所测量的硬度，特点是测量较简便，且测量过程中引起的误差较小。

材料规格的含义

JIS 标准中，钢铁材料的标记由字母和数字组合表示材质和特性。
例如，机械结构用碳素钢钢材 “S45C” 各部分含义如下：

S：钢（Steel）
45：含碳量0.45%
C：碳素钢（Carbon steel）

又如不锈钢 “SUS304”：

SUS：不锈钢（Stainless Used Steel）
304：表示成分组合的型号

通过理解材料符号，可掌握其基本特性。但即使同一规格，不同厂商的产品特性也可能略有差异，建议对细节进行个别确认。

什么是热处理

热处理是一种对金属材料性能具有重大影响的工艺手段，通过加热到特定温度及后续不同的冷却方式，可根据需求改变材料性能。以下介绍部分处理方法。

热处理是显著改变材料性能的重要工序，需要精确设定温度管理和冷却速度等条件。不恰当的热处理可能反而使材料性能恶化，因此根据需求和材质选择合适的处理条件至关重要。

切削加工中常用的主要铁系材料

以下讲解切削加工现场常用的代表性铁系材料的特征和主要用途

机械结构用碳素钢

机械结构用碳素钢是切削加工中最常见的材料之一。
代表性的S45C、S50C等具有良好的强度和加工性平衡，用途广泛，通过热处理调整性能也是其重要特征。

● 主要用途

加工时需要注意的是，机械结构用的碳素钢是比较容易生锈的材料，因此加工时需使用具有防锈效果的切削油，加工后根据需要进行表面处理。

一般结构用压延钢材

一般结构用压延钢材（如SS400）是兼具经济性和易加工性的材料，主要用于建筑结构、产业机械框架等，具有优异的焊接性。例如，SS400是抗拉强度在400N/mm²以上的结构用钢，作为常见结构钢材广泛普及。

● 主要用途

而其特征是无法淬火，易生锈，需要防锈处理，通常进行涂装或电镀处理后使用。

不锈钢

不锈钢用于要求耐腐蚀性和耐热性的部件，也是切削加工中常用的材料。
代表性的“SUS304”广泛用于食品机械、医疗器具等领域，但加工时刀具磨损大，易发生硬度变化和磁化。

● 主要用途

需要注意SUS304是易加工硬化的材料，散热困难，容易缩短刀具寿命。需选择耐磨性优异的刀具，避免过度提高切削速度或增大切深。此外，为防止加工发热导致硬化，需在供给充足切削油的同时采用合适的切削速度进行加工。

铬钼钢

铬钼钢（如SCM435）是强度和韧性的平衡十分优异的材料，易淬火，热处理后的机械性能稳定。其中SCM435热处理后抗拉强度可达930N/mm²以上，具有高疲劳强度。

● 主要用途

铬钼钢可在约500℃的高温环境下维持强度，适用于高温高压部件，同时耐酸、耐盐水，是众所周知的长寿命铁系材料。

铁系材料需根据特性进行加工

铁系材料因碳含量和添加元素不同而具有各种特性，根据用途选择材料至关重要。此外，结合热处理，能获得符合需求的机械性能也是铁系材料的特征之一。

因此，在充分理解产品要求特性的基础上，从材料选择到加工条件的设定，以综合视角探讨制造工艺，这一点非常重要。