4.1.1.1　钢材

钢铁是铁与碳、硅、锰、磷、硫以及少量其他元素组成的合金。其中除铁外，碳的含量对钢铁的机械性能起着主要作用，统称为铁碳合金。它是工程技术中最重要、用量最多的金属材料。按含碳量的不同，铁碳合金可分为钢与铸铁两大类。钢是含碳量为0.03%～2.00%的铁碳合金，铸铁是含碳量大于2.0%～4.3%的铁碳合金。

依据分类标准的不同，钢的分类方法可有多种。按钢的主要用途可分为结构钢、工具钢、特殊性能钢和专业用钢等。如依据化学成分的不同，分为碳钢和合金钢。其中碳钢按碳含量又可分为低碳钢、中碳钢、高碳钢；合金钢按合金元素含量不同分为低合金钢、中合金钢、高合金钢。下面按照钢铁的主要用途分类介绍各种钢材（图4-1）。

图4-1　不同类型的钢材料

结构钢是各种工程构件和机器零件用钢。根据其化学成分、力学性能和冶金特点，常用结构钢可分为碳素结构钢、低合金高强度钢、优质碳素结构钢、合金结构钢和铸钢等。

碳素结构钢易于冶炼，价格便宜，能满足一般工程结构件的性能要求，大量用于制造各种金属结构简单和要求不高的机器零件，也是目前产量最大、使用最多的一类钢。碳素结构钢可用于制造承受载荷不大的结构件、垫圈、地脚螺栓、冲压件、焊接件、钢筋和型钢等。

低合金高强度钢，是指在碳素结构钢的基础上加入少量合金元素可形成低合金高强度钢，其中合金元素主要有锰、硅、镍、铬、钒、铌和钛等。这类型钢强度等级较高，加工工艺性能良好，可满足桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器、输油输气管道等大型重要钢结构对性能的要求，并且能减轻结构自重、节约钢材。

优质碳素结构钢的力学性能主要取决于其含碳量及热处理状态，含碳量越低，其强度、硬度越低，塑性、韧性越高；含碳量越高，其强度、硬度越高，塑性、韧性越低。由于优质碳素结构钢既能保证化学成分，又能保证力学性能，常用来制造各种重要的机械零件和弹簧。

合金结构钢是在优质碳素结构钢的基础上，加入一种或几种合金元素而形成的能满足更高性能要求的钢种。合金结构钢可以根据其热处理特点和主要用途分为合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢和滚动轴承钢等。合金结构钢主要用于制造齿轮、轴类、连杆螺栓、轴承滚珠及各种弹簧等。(www.daowen.com)

铸钢是指用铸造方法成型的结构钢。按铸钢的化学成分可将其分为碳素铸钢和合金铸钢两种，碳素铸钢常为铸造碳钢。铸钢常用于制造结构件，如机座、箱体、齿轮、棘轮、联轴器等，通常不进行热处理。

工具钢是用以制造切削刃具、量具、耐磨工具和模具的钢。工具钢具有较高的硬度，在高温下同样能保持高硬度以及高耐磨性和适当韧性。

特殊性能钢也叫作不锈钢，运用最广、最常见的是不锈钢。不锈钢通常是不锈钢和耐酸钢，不锈钢耐大气、蒸汽和水等弱腐蚀介质的腐蚀，耐酸钢耐酸、碱、盐等强腐蚀介质的腐蚀，全称不锈耐酸钢。不锈钢具有优良的耐腐蚀性、合适的力学性能和良好的工艺性能，如冷塑性加工、切削加工、焊接加工等。不锈钢广泛用于石油、化工、食品、卫生、建筑、航空、原子能等行业，例如炊具、医疗器械、剪切刃具、耐酸容器等。不锈钢按其热处理后组织结构的不同可分为马氏体型、铁素体型、奥氏体型、双相型及沉淀硬化型五类，其中以奥氏体型不锈钢应用最广泛，约占不锈钢总产量的70%。

4.1.1.2　铸铁

铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金。铸铁具有良好的铸造性、减摩性、减震性和切削加工性，且熔炼简便，成本低廉。但它的抗拉强度、塑性和韧性不如钢，无法进行锻造，在工业生产中，铸铁的应用范围较广。根据铸铁中石墨存在形态的不同，又可分为灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁等。

灰口铸铁中碳以片状石墨形态存在。由于石墨存在尖角作用，造成其力学性能降低很多，塑性、韧性低，呈脆性。然而正因为石墨的存在，才使铸铁具有耐磨、减震、缺口敏感性低等优良性能。灰口铸铁主要用于制造承受定载荷的产品，例如齿轮、汽缸、飞轮、齿轮箱、中等压力阀体、汽缸体和汽缸套等。

可锻铸铁并不能进行锻压加工，其中石墨呈团絮状，减弱了石墨对基体的割裂作用，使其力学性能尤其是塑性和韧性显著提高。常用来制造各种承受冲击载荷的铸件。

球墨铸铁中石墨呈球状，如汽车、拖拉机底盘零件，阀体和阀盖等都是球墨铸铁材料制成，球墨铸铁具有较高的强度，并具有一定的塑性和韧性。可用来制造受力复杂、力学性能要求高的零件，如机油泵齿轮，柴油机和汽油机的曲轴、缸体及缸套等。

蠕墨铸铁是碳元素全部或大部分以蠕虫状石墨方式存在的铸铁，其性能介于球墨铸铁和灰口铸铁之间，具有良好的综合性能。蠕墨铸铁主要用在钢锭模、汽车发动机、玻璃模具、柴油机缸盖、制动零件等产品上。