钢材

钢材是机加工零件的骨架。但"钢材"没有指定牌号就等于没说 —— 1045 和 D2 的表现完全不同。这篇帮你选对牌号、知道该定什么热处理、避免指定了达不到的硬度白花冤枉钱。

你需要哪种钢材？

先回答这个问题。它决定了材料成本、加工时间和是否需要热处理。

参数	1045	4140	4340	D2	H13	420 SS
类别	碳钢	合金钢	合金钢 (NiCrMo)	冷作工具钢	热作工具钢	马氏体不锈钢
抗拉 (MPa)	585 (退火)	655 (退火)	745 (退火)	—	—	655 (退火)
淬透性	低	中	高	很高	高	中
最大 HRC (调质)	35	38 (油淬)	50 (油淬)	62 (油/空淬)	52 (空淬)	50 (空/油淬)
冷却介质	水	油	油	油 / 空	空	空 / 油
加工性	好	好	一般	差（热处理前）	一般	一般
可焊	可	需预热	需预热	不可	不可	需预热
密度 (g/cm³)	7.85	7.85	7.85	7.70	7.80	7.80
相对成本	1.0x	1.3–1.8x	1.5–2.0x	3–5x	3–5x	2–3x

不做热处理的钢就是……普通钢。大部分机加工件都需要某种形式的调质。下表告诉你不同钢材能达到什么硬度。

钢材	冷却	回火 (°C)	硬度 (HRC)	硬度 (HB)	应用
1045	水	400–550	25–35	255–320	轴、销钉、支架
4140	油	400–600	28–38	270–350	齿轮、车轴、联轴器
4340	油	200–430	40–50	380–480	高强度螺栓、轴
D2	油 / 空	200–300	58–62	—	切削工具、成型模具
H13	空	500–600	44–52	—	压铸模、热锻模
420 不锈钢	空 / 油	200–400	40–50	—	手术器械、阀杆

淬透性陷阱 1045 水淬，但只在截面较小时（<20mm）能淬透。粗件心部还是软的。如果你需要 50mm 轴整体 35 HRC，必须用 4140（油淬），不能用 1045。这是最常见的钢材选型错误。

4140 能应付 80% 的合金钢场景。但 4340 含镍，淬透更深，高硬度下的韧性也更好。

D2 和 H13 都贵、都耐磨，但用在完全不同的场景。

D2 不能用于承受冲击的零件 60 HRC 的 D2 硬但脆。冲击载荷下会崩裂。如果工具要承受冲击，用 A2 或 S7。D2 用于滑动磨损，不是冲击。

要点	说明
必须写明交货状态	"4140" 不完整。写 "4140 退火态"（先加工后热处理）或 "4140 调质 30–35 HRC"（已处理）。已处理省时间但难加工。
索要材质证明	关键件要求材质证明书 (MTR)。核对化学成分是否符合标准。
国产工具钢	国产 4140 一般没问题（相当于 45CrMo4）。D2 和 H13 质量参差 —— 供应商要确认。工具钢建议用进口（Bohler、Uddeholm），贵但稳定。
先加工还是先热处理	需要大量加工的定退火态，加工完再热处理。形状简单的可以直接定调质态，只需磨削。调质态加工效率低 2–3 倍。
规格 availability	1045 和 4140 各种规格都有。D2 和 H13 只有标准板/棒规格，非标尺寸要预留交期。