钢铁材料基础知识
钢铁是应用十分广泛的金属材料，它是由铁、碳以及锰、硅等其他元素组成的合金。从理论上讲，钢的含碳量小于 2.11%，铸铁的含碳量大于2.11%。由于含碳量不同，钢与铸铁的性能以及它们的应用场景范围都有很大的差别。
工业生产中，根据钢的化学成分、冶炼质量、用途等方面的不同，可以将钢分为各种类别，以便于选用。
碳素钢主要含有铁和碳两种元素，碳对碳素钢的力学性能影响很大，随着含碳量的增加，碳素钢内部的组织发生明显的变化，强度和硬度随之提高，而塑性和韧性降低。工业用钢的实际含碳量一般不超过1.4%。碳素钢中还有元素锰、硅以及硫和磷，硫和磷是钢中的有害杂质。碳素钢依照其中含碳量多少又可大致分为三类:
在碳素钢的基础上加入铬、镍、钼、钨、锰、硅等元素而成为合金钢。合金钢的性能比碳钢优越，能够完全满足多种要求，成为现代工业中必不可少的基础材料。
在钢铁材料中，硫和磷是两种有害的杂质，硫和磷存在于钢铁中，使得工艺性能和力学性能直线下降，所以在钢铁冶炼时，应当严格限制杂质硫和磷的含量。
根据钢在冶炼过程中杂质硫和磷的去除程度，可大致分为普通钢(ωs≤0.050%，ωp≤0.045%)、优质钢(ωs≤0.035%，ωp≤0.035%)、高级优质钢(ωs≤0.020%，ωp≤0.020%)。
1）结构钢用来制造机械零件和工程结构的称为结构钢。结构钢的特点是强度和硬度较高且塑性与韧性较好。
这类钢的牌号由代表屈服点的拼音字母“Q”、屈服点值、质量等级符号等部分按顺序组成。钢的质量分为A、B、C、D四级，A级含S≤0.050%，P≤0.040%，而D级含S≤0.035%，P≤0.035%。例如Q235-A表示σs=235 N/mm2的A级碳素结构钢。
碳素结构钢主要用来制造一般要求的机械零件与工程结构,其中Q195、Q215 钢大多数都用在制造承受载荷不大的金属结构件、垫圈、地脚螺栓、冲压件及焊接件；Q235 钢用来制造金属结构件心部要求强度不高的渗碳或氰化零件、钢板、钢筋、型钢、螺栓、螺母、心轴等;Q255、Q275 钢用来制造键、销、转轴、拉杆、链轮、链环片等。
优质碳素结构钢用两位阿拉伯数字表示牌号，这两位数字表示钢的平均含碳量的万分之几。如 45 表示平均含碳量为万分之四十五(0.45%)的优质碳素结构钢
08、10、15、20、25 号钢属于低碳钢，低碳钢由于强度低，塑性好，易于冲压与焊接，一般用来制造受力不大的零件，如螺栓螺母、垫圈、小轴、销子、链条等。
30、35、40、45、50 号属于中碳钢，中碳钢经调质处理后综合力学性能和切削加工性均较好，可用来制造受力较大的零件，如主轴、曲轴、齿轮、连杆、活塞销等。
55、60、65、70 号钢属于高碳钢，这类钢有较高的强度、弹性和耐磨性，主要用来制造凸轮、车轮、板弹簧、螺旋弹簧和钢丝绳等。
合金结构钢的牌号由阿拉伯数学和化学元素符号构成，前面的两位数字表示平均含碳量的万分之几，随后的元素符号表示钢中所含的合金元素，元素符号后面的数字表示该元素的含量百分数。合金元素的含量小于1.5% 时不标明含量，若平均含量超过15%、2.5%或3.5%时，则相应标明2、3、4等。例如40Cr 表示平均含碳量为万分之四十(0.40% )、含铬量小于1.5%的合金结构钢。若为高级优质钢，则在钢号后面加标 A，如23CrNi3A。合金结构钢的种类较多，相互之间的性能差异很大，应用范围也各不相同。
常用的低合金结构钢 Q295、Q345 可以制造低压锅炉汽包中低压化工容器、薄板冲压件、输油管道、大型船舶、铁路车辆桥梁、管道、锅炉、压力容器、石油储罐、起重及矿山机械、电站设备、厂房钢架等各种焊接结构件。
合金渗碳钢20Cr、20CrMnTi、20Cr2Ni4 经过渗碳和淬火回火后，心部强度较高，而表面硬度高耐磨性好，可以制造变速齿轮齿轮轴、凸轮、蜗杆、活塞销、爪形离合器等。
合金调质钢40Cr、35CrMo、38CrMoAl等经过调质处理后，可获得良好的综合力学性能，用来制造承受冲击、振动、弯曲、扭转载荷的机件，如齿轮、轴、花键轴、车轴、电机轴、曲轴、锤杆精密丝杠、精密齿轮、离压阀门、压缩机活塞杆等。
工具钢是用来制造刃具、量具和模具的钢种，由于工具在工作中需要高硬度和高耐磨性，所以工具钢的含碳量一般大于0.70%。工具钢有碳素工具钢和合金工具钢两类，碳素工具钢的编号方法是以汉语拼音字母 T 表示碳素工具钢，T后面的数字表示平均含碳量的千分之几，高级优质工具钢则在牌号末尾加标A。如T8A 表示平均含碳量为千分之八(0.80%)的高级优质碳素工具钢。合金工具钢的钢号表示法与合金结构钢类似，但它的平均含碳量以千分数表示，且当钢中的含碳量超过 1.0% 时不标出含碳量，钢中合金元素的表示方法与合金结构钢相同。
工具钢经过淬火和低温回火后获得高硬度与高耐磨性，以满足制造各种工具的需要。
碳素工具钢一般用来制造低速刀具和手用工具，如T7、T7A可制造凿子、各种锤子、木工工具，T8、T8A 制造简单模子、冲头，T10、T10A 制造刨刀、冲模、丝锥、手工锯条、板牙，T12、T12A 制造钻头、丝锥、刀、刮刀等。
低合金刃具钢9SiCr、9Mn2V、CrWMn 可制造板牙、丝锥钻头、铰刀、齿轮铣刀、拉刀、量规和各种模具等。
高速工具钢 W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2可制造高速车刀、刨刀、钻头、铣刀等较高切削速度的刀具。
在钢的冶炼过程中向钢水中加入一定量的某些合金元素，可以获得具有特殊的物理性能与化学性能的特殊钢种，常用的有不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。
不锈钢具有抵抗空气、水、酸、碱、盐等介质腐蚀的能力。常用的不锈钢有 1Cr18Ni9、1Cr13、2Cr13、3Cr13、1Cr17 等。
铸铁是含碳量大于2.11% 的铁碳合金，工业上常用的铸铁除含碳之外，还含有硅、锰等元素。在合金铸铁中，加入铬、钼、硼等元素，可以改善其性能。
与钢相比，铸铁的抗拉强度、塑性和韧性比较差，不能进行压力加工。但它具有优良的铸造性、可切削加工性、减震性和耐磨性，而且价格低廉。因此，铸铁在机械制造业中得到广泛应用。
灰口铸铁中碳主要以片状石墨形态存在，断口呈灰色，因而称为灰口铸铁。灰口铸铁的牌号中用 HT 代表灰口铸铁，HT后面的数字代表铸铁的最低抗拉强度值，如 HT200 表示抗拉强度大于或等于200N/mm的灰口铸铁。
灰口铸铁 HT100、HT150 可制造盖、油盘、手轮、支架、机座、支架、箱体、刀架、床身、轴承座、带轮、法兰、泵体、阀体:HT200、HT250 可制造气缸、齿轮、机座、飞轮、床身、气缸体气缸套、活塞、齿轮箱;HT300、HT350 可制造重型机床、剪床压力机的床身、机座、机架，高压液压件，活塞环，受力较大的齿轮、凸轮，大型发动机的曲轴、气缸体、缸套、气缸盖等。
可锻铸铁是由白口铸铁经过石墨化退火而获得的一种铸铁，其中的石墨为团絮状。由于石墨的形态与灰口铸铁中的片状石墨不一样，所以可锻铸铁的抗拉强度、塑性和韧性比灰口铸铁高。
在可锻铸铁的生产过程中可以通过控制退火工艺获得黑心和白心两种可锻铸铁。可锻铸铁的牌号是以 KT 代表可锻铸铁，H表示黑心，B 表示白心，Z 表示为珠光体，两组数字分别表示最低抗拉强度和最低断后伸长率。例如 KTH30-08 表示抗拉强度大于或等于330 N/mm2、伸长率大于或等于8%的黑心可锻铸铁。
可锻铸铁中，黑心可锻铸铁 KTH300 -06、KTH370-12 等可制造用于承受冲击、振动与扭转负荷的零件如汽车与机床零件、管道配件、内燃机车制动装置；珠光体可锻铸铁 KTZA50-06、KTZ550-04、KTZ650-02等可制造要求较高强度和耐磨性的零件，如小曲轴、连杆、齿轮、凸轮轴、活塞环等。白心可锻铸铁在生产中应用很少。
铸铁组织中石墨呈圆球状的铸铁称为球墨铸铁。生产球墨铸铁的方法是在浇注之前向铁水中加入球化剂，使铸固过程中获得圆球状石墨。球墨铸铁具有比灰口铸铁高得多的强度、塑性和韧性。所以球墨铸铁可以代替钢材制造一些重要零件。球墨铸铁的牌号中QT 表示球墨铸铁，随后的两组数字中第一组表示最低抗拉强度，第二组表示最低断后伸长率。球墨铸铁 QT400 -18、QT400-15、QT450-10 常用来制造承受冲击、振动的零件，如汽车、拖拉机的轮毂、驱动桥壳、差速器壳、拨叉、中低压阀门、气缸、齿轮箱等；QT500 -7 常用来制造机器座架、传动轴、飞轮，内燃机的机油泵齿轮、机车车辆轴瓦等; QT600-3、QT700-2、QT800-2等用来制造载荷大、受力复杂的零件，如汽车、拖拉机的曲轴、连杆、凸轮轴、气缸套、机床主轴、蜗杆、蜗轮、大齿轮等。