碳钢
材料介绍
碳钢是一种铁碳合金，以其均衡的强度、韧性和卓越的机械加工性而闻名。在增材制造领域，碳钢为生产功能性原型、耐用工装和生产级机械部件提供了一种具有成本效益的解决方案。通过新航航空科技（Neway AeroTech）先进的碳钢 3D 打印工艺处理，该材料可实现高密度、强大的机械稳定性和可靠的表面光洁度。其多功能性使其适用于齿轮、夹具、支架、结构支撑件以及在中等机械载荷下运行的工程部件。碳钢在后处理（包括热处理和机械加工）中的可预测性，使工程师能够在受益于增材制造所提供的几何自由度的同时，实现定制的硬度、韧性和尺寸精度。
国际名称或代表牌号
地区 | 通用名称 | 代表牌号 |
|---|---|---|
美国 | 碳钢 (Carbon Steel) | 1018, 1045, 1060 |
欧洲 | 非合金钢 (Non-Alloy Steel) | C15E, C45E |
日本 | 碳素结构钢 (Carbon Structural Steel) | S15C, S45C |
中国 | 碳钢 | Q235, 45# |
行业分类 | 低碳 - 中碳钢 | 0.1–0.6% C |
设计目的
碳钢的设计旨在提供经济性、机械强度和易加工性之间的平衡。它是一种用途广泛、适用性强的工程材料，广泛用于各工业领域的结构件、机械零件和工装。在增材制造中，其用途扩展到能够快速、经济地生产具有优化几何形状的承重原型、夹具、固定装置和最终使用部件。打印后施加热处理和表面处理的能力，使工程师能够微调硬度、抗疲劳性和尺寸稳定性。
化学成分（典型低碳 - 中碳钢）
元素 | 含量 (%) |
|---|---|
碳 (C) | 0.1–0.6 |
锰 (Mn) | 0.3–1.0 |
硅 (Si) | 0.1–0.4 |
磷 (P) | ≤ 0.035 |
硫 (S) | ≤ 0.035 |
铁 (Fe) | 余量 |
物理性能
性能 | 数值 |
|---|---|
密度 | ~7.85 g/cm³ |
熔点 | 1450–1520°C |
导热系数 | 45–55 W/m·K |
电阻率 | ~0.15 μΩ·m |
比热容 | ~490 J/kg·K |
机械性能
性能 | 典型值 |
|---|---|
抗拉强度 | 400–700 MPa |
屈服强度 | 250–450 MPa |
延伸率 | 15–30% |
硬度 | 150–250 HB（热处理前） |
韧性 | 良好 |
关键材料特性
强度、延展性和韧性之间具有强大的平衡，适用于功能性原型
对于大批量或通用应用而言，是一种具有成本效益的材料选择
良好的机械加工性，对切削和精加工的反应可预测
适合进行热处理以获得更高的硬度或表面强度
稳定的微观结构，确保打印后具有一致的尺寸精度
在中等机械载荷和重复应力下表现可靠
高导热性有利于工装和工业部件的应用
与用于结构和机械部件的增材制造具有良好的兼容性
经过适当热处理后具有强大的抗疲劳性
适用于各种汽车、机械和工业应用场景
不同工艺下的可制造性
增材制造：通过新航的碳钢 3D 打印，粉末床熔融技术可支持结构件的精密制造。
CNC 加工：利用先进的高温合金 CNC 加工轻松加工，以实现严格的公差。
深孔钻削：兼容精密深孔钻削，适用于衬套、轴或结构部件。
热处理：碳钢对受控淬火和回火反应良好，可使用高温合金热处理工艺。
焊接：在高温合金焊接的支持下，可采用标准工业实践进行焊接。
铸造：也可通过工业铸钢技术获得。
EDM：复杂的内部几何形状和硬质截面可通过高温合金电火花加工 (EDM)进行处理。
适用的后处理方法
淬火和回火以增强强度和耐磨性
通过HIP（热等静压）减少内部孔隙
精密加工以控制最终公差
抛光和研磨以获得光滑的功能表面
表面涂层或电镀以防腐蚀
渗碳或氮化以提高表面硬度
尺寸检测和材料测试以验证质量
EDM 精加工用于复杂的内部腔体
常见行业和应用
汽车支架、齿轮、外壳和机械零件
需要中等强度的工业机械部件
生产线用的工具、夹具和结构支撑件
需要耐用性和经济性的建筑五金件
农业机械部件和替换零件
机器人、机械臂、底板和铰链结构
何时选择此材料
当需要一种具有成本效益的金属用于功能性原型或生产部件时
当部件需要中等强度且具有良好的机械加工性时
当首选可热处理材料以获得定制的硬度或耐用性时
当需要结构可靠性但又不想承担特种合金的高成本时
当需要比传统加工更快地生产复杂几何形状时
当可以通过后处理增强耐磨性时
当耐腐蚀性不是主要要求时
当需要以经济实惠的增材制造方式生产大批量工业零件时
