常用的24种机械、模具加工常用的材料，你都了解吗？

1、45——优质碳素结构钢，是最常用中碳调质钢

主要特征: 最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，水淬时易生裂纹。小型件宜采用调质处理，大型件宜采用正火处理。应用举例: 主要用于制造强度高的运动件，如透平机叶轮、压缩机活塞。轴、齿轮、齿条、蜗杆等。焊接件注意焊前预热，焊后消除应力退火。

2、Q235A（A3钢）——最常用的碳素结构钢

主要特征: 具有高的塑性、韧性和焊接性能、冷冲压性能，以及一定的强度、好的冷弯性能。应用举例: 广泛用于一般要求的零件和焊接结构。如受力不大的拉杆、连杆、销、轴、螺钉、螺母、套圈、支架、机座、建筑结构、桥梁等。

3、40Cr——使用最广泛的钢种之一，属合金结构钢

主要特征: 经调质处理后，具有良好的综合力学性能、低温冲击韧度及低的缺口敏感性，淬透性良好，油冷时可得到较高的疲劳强度，水冷时复杂形状的零件易产生裂纹，冷弯塑性中等，回火或调质后切削加工性好，但焊接性不好，易产生裂纹，焊前应预热到100～150℃，一般在调质状态下使用，还可以进行碳氮共渗和高频表面淬火处理。应用举例:调质处理后用于制造中 速、中载的零件，如机床齿轮、轴、蜗杆、花键轴、顶针套等，调质并高频表面淬火后用于制造表面高硬度、耐磨的零件，如齿轮、轴、主轴、曲轴、心轴、套筒、销子、连杆、螺钉螺母、进气阀等，经淬火及中温回火后用于制造重载、中速冲击的零件，如油泵转子、滑块、齿轮、主轴、套环等，经淬火及低温回火后用于制造重载、低冲击、耐磨的零件，如蜗杆、主轴、轴、套环等，碳氮共渗处即后制造尺寸较大、低温冲击韧度较高的传动零件，如轴、齿轮等。

4、HT150——灰铸铁

应用举例:齿轮箱体，机床床身，箱体，液压缸，泵体，阀体，飞轮，气缸盖，带轮，轴承盖等。

5、35——各种标准件、紧固件的常用材料

主要特征: 强度适当，塑性较好，冷塑性高，焊接性尚可。冷态下可局部镦粗和拉丝。淬透性低，正火或调质后使用应用举例: 适于制造小截面零件，可承受较大载荷的零件：如曲轴、杠杆、连杆、钩环等，各种标准件、紧固件。

6、65Mn——常用的弹簧钢

应用举例:小尺寸各种扁、圆弹簧、座垫弹簧、弹簧发条，也可制做弹簧环、气门簧、离合器簧片、刹车弹簧、冷卷螺旋弹簧，卡簧等。

7、0Cr18Ni9——最常用的不锈钢（美国钢号304，日本钢号SUS304）

特性和应用: 作为不锈耐热钢使用最广泛，如食品用设备，一般化工设备，原于能工业用设备。

8、Cr12——常用的冷作模具钢（美国钢号D3，日本钢号SKD1)

特性和应用: Cr12钢是一种应用广泛的冷作模具钢，属高碳高铬类型的莱氏体钢。该钢具有较好的淬透性和良好的耐磨性；由于Cr12钢碳含量高达2.3%，所以冲击韧度较差、易脆裂，而且容易形成不均匀的共晶碳化物；Cr12钢由于具有良好的耐磨性，多用于制造受冲击负荷较小的要求高耐磨的冷冲模、冲头、下料模、冷镦模、冷挤压模的冲头和凹模、钻套、量规、拉丝模、压印模、搓丝板、拉深模以及粉末冶金用冷压模等。

9、DC53——常用的日本进口冷作模具钢

特性和应用: 高强韧性冷作模具钢，日本大同特殊钢（株）厂家钢号。高温回火后具有高硬度、高韧性，线切割性良好。用于精密冷冲压模、拉伸模、搓丝模、冷冲裁模、冲头等10、SM45——普通碳素塑料模具钢（日本钢号S45C）

10、DCCr12MoV——耐磨铬钢

国产.较Cr12钢含碳量低,且加入了Mo和V,碳化物不均匀有所改善,MO能减轻碳化物偏析并提高淬透性,V能细化晶粒增加韧性.此钢有高淬透性,截面在400mm以下可以完全淬透,在300~400℃仍可保持良好的硬度和耐磨性,较Cr12有高的韧性,淬火时体积变化小,又有高的耐磨性和良好的综合机械性能.所以可以制造截面大,形状复杂,经受较大冲击的各种模具,例如普通拉伸模,冲孔凹模,冲模,落料模,切边模,滚边模,拉丝模,冷挤压模,冷切剪刀,圆锯,标准工具,量具等。

11、SKD11——韧性铬钢

日本日立株式生产.在技术上改善钢中的铸造组织,细化了晶粒.较Cr12mov的韧性和耐磨性有所提高.延长了模具的使用寿命.

12、D2——高碳高铬冷作钢

美国产.具有高的淬透性,淬硬性,耐磨性,高温抗氧化性能好,淬火和抛光后抗锈蚀能力好,热处理变形小,宜制造各种要求高精度,长寿命的冷作模具,刀具和量具,例如拉伸模,冷挤压模,冷剪切刀等。

13、SKD11(SLD)——不变形韧性高铬钢

日本日立株式生产.由于钢中MO,V含量增加,改善钢中的铸造组织,细化了晶粒,改善了碳化物形貌,因而此钢的强韧性(抗弯强度,挠度,冲击韧度等)比SKD1,D2高,耐磨性也有所增加,而且具有更高的耐回火性.实践证明此钢模具寿命比Cr12mov有所提高.常制造要求高的模具,如拉伸模,冲击砂轮片的模等。

14、DC53——高韧性高铬钢

日本大同株式生产.热处理硬度高于SKD11.高温(520-530)回火后可达62-63HRC高硬度,在强度和耐磨性方面DC53超过SKD11.韧性是SKD11的两倍.DC53的韧性在冷作模具制造很少出现裂纹和龟裂.大大提高了使用寿命.残余应力小.经高温回头减少残余应力.因为线切割加工后的裂痕和变形得到抑制.切削性和研磨性超过SKD11.用于精密冲压模,冷锻,深拉模等。

15、SKH-9——耐磨性,韧性大的通用高速钢

日本日立株式生产.用于冷锻模,切条机,钻头,铰刀,冲头等。

16、ASP-23——粉末冶金高速钢

瑞典产.碳化物分布极均匀,耐磨损,高韧性,易加工,热处理尺寸稳定.用于冲头,深拉伸模,钻模,铣刀和剪切刀片等各类长寿命之切削工具。

17、P20——一般要求的大小塑胶模具

美国产.可电蚀操作.出厂状态预硬HB270-300.淬火硬度HRC52。

18、718——高要求的大小塑胶模具

瑞典产.尤其电蚀操作. 出厂状态预硬HB290-330. 淬火硬度HRC52

19、Nak80——高镜面,高精度塑胶模具

日本大同株式产. 出厂状态预硬HB370-400.淬火硬度HRC52

20、S136——防腐蚀及需镜面抛光塑胶模具

瑞典产. 出厂状态预硬HB＜215.淬火硬度HRC52。

21、H13——普通常用压铸模

用于铝,锌,镁及合金压铸.热冲压模,铝挤压模,

22、SKD61——高级压铸模

日本日立株式产,经电碴重溶技术,在使用寿命上比H13有明显的提高. 热冲压模,铝挤压模,

23、8407——高级压铸模

瑞典产. 热冲压模,铝挤压模。

24、FDAC——添加了硫加强其易削性

出厂预硬硬度338-42HRC,可直接进行刻雕加工, 无须淬火,回火处理.用于小批量模,简易模,各种树脂制品,滑动零部件,交期短的模具零件.拉链模,眼镜框模

智能制造发展掣肘之—智能材料

2010年，国务院印发《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》，将新材料列为战略性新兴产业；2015年，工信部等四部委联合发布《中国制造2025》，再次将新材料列为重点突破领域。在此基础上，政府进一步制定了新材料产业规划、发展指南、标准领航计划等战略规划，推动新材料产业多个领域取得长足发展。但从整体上来看，中国新材料产业仍面临先进基础材料参差不齐，关键战略材料受制于人，前沿新材料亟待突破的瓶颈[1,2]。

一、我国智能制造关键新材料的需要与发展目标

先进基础材料是基础工业升级发展的必须材料，市场需求范围广，具有“一材多用”的特点，其技术工艺、生产规模和应用水平是衡量国家工业基础的重要标志。中国的纺织先进材料、特种钢铁材料、有色金属材料等先进基础材料总体上处于优势地位，产量和规模基本达到全球前列水平，部分先进基础材料的研发生产与应用技术已经达到或者接近国际水平。

关键战略材料是国家重大工程和战略性新兴产业需要的关键保障材料，具有价值高、应用领域关键等特点。中国的稀土功能材料、生物医用材料和新型显示材料发展迅速，具备了一定的市场竞争优势。中国关键战略材料产业链体系完整，产业集群化发展态势明显，创新进步快，技术能力稳步提升，国产化趋势明显。

前沿新材料是引领先进制造业未来发展，需要提前布局的新材料，具有先导性和颠覆性等技术特征。中国已经在石墨烯材料、增材制造材料、极端环境材料等前沿新材料领域具备了一定的领先地位。以石墨烯材料为例，在十大高质量专利中，中国拥有4项高质量专利，主要分布在纳米技术与纳米薄膜技术领域。

图1 智能制造新材料示例

二、中国新材料创新发展存在的问题

从前面的我国智能制造新材料发展的需要和目标可以看出，中国先进基础材料存在低端产能过剩、高端供给不足以及“有材不好用”等问题。

智能制造是全球重塑制造业竞争优势的新技术经济范式和中国制造强国战略的主攻方向。关键新材料作为智能制造发展的基石与先导，是全球主要国家必争的战略领域。

美国在联邦政府的引导下，构建大学、国家实验室、新材料企业、军方、金融机构和风险投资机构等多主体协同交互的新材料创新突破模式，促进知识前沿探索与研发应用迭代，保持新材料产业全球领先；日本由政府主导，龙头企业和科研院所协同配合，形成了政产学研一体化的新材料创新突破体系，在新材料产业的尖端领域表现出显著的领先优势。

可见，构建系统完备、运行高效的创新突破模式成为各国抢占关键新材料竞争制高点的关键支撑。

据工信部调查结果显示，中国32%的关键新材料完全空白、52%严重依赖进口。其背后深层次的原因在于中国新材料创新突破模式存在主体间缺乏协同、研发与应用脱节、基础支撑体系欠完善等硬约束[3]。

三、美、日发展案例分析

（一）美国模式：政府引导-双轮驱动-多主体协同

美国智能制造关键新材料创新突破模式如图2所示，主要创新突破主体包括政府、大学、国家实验室、新材料企业、军方、金融机构和风险投资机构。政府通过制定战略政策引导各主体致力于新材料创新突破。大学和国家实验室基于其全球领先的科技资源和科研实力开展前沿知识探索与创新。新材料企业积极推进科技成果转化和商业化应用。军方通过需求牵引加快新材料产业化进程。金融机构和风险投资机构为资金投入大、研发周期长、市场风险高的新材料产业提供资金支持。

美国智能制造关键新材料创新突破主体具有以下特点：一是有限政府。政府发挥引导作用，通过统筹规划有限参与新材料创新突破。二是双轮驱动。大学、国家实验室创新驱动与军方需求牵引同时发力，自上而下与自下而上的双轮驱动加速关键新材料研发与应用迭代。三是多主体协同。政府、大学、国家实验室、新材料企业、军方、金融机构和风险投资机构跨越组织边界协同创新[4]。

图2 美国智能制造关键新材料创新突破模式

（二）日本模式：政府主导-企业助推-科研院所配合

日本智能制造关键新材料的创新突破模式如图3所示，主要创新主体包括政府、大学、科研机构和新材料企业。政府负责顶层设计和统筹部署，大学和科研机构致力于新材料基础知识探索和共性技术研究，新材料企业是推进新材料技术开发和商业化应用的中坚力量。

日本智能制造关键新材料创新突破主体呈现出两方面特征：一是政府主导。政府的主导作用自上而下贯穿于战略规划、制度完善和项目统筹等过程，为新材料创新突破设计完整的技术路线。二是企业助推。新材料企业是日本新材料创新突破过程中的核心助推器，主要体现为坚定执行政府指令和有效连接知识端和市场端，加速新材料产业化进程。三是官产学协同。在政府的主导下，新材料企业、大学和科研机构积极响应配合，协同创新[4]。

图3 日本智能制造关键新材料创新突破模式

（三）跨案例对比与分析

在分析美国和日本新材料创新突破模式的基础上，本文对两国模式的异同点进行了对比分析（见表2）。

表2 美国与日本新材料创新突破模式对比

共同点分析

两国新材料创新突破的重点领域均服务于国家重大战略需求：美国电子信息材料、航空航天材料、生物与医药材料服务于国防军备战略需求，新能源材料服务于国家能源战略需求；日本半导体材料服务于保障国家信息安全的战略需求。

两国均采用技术预见、战略规划和完善政策制度等方式加强新材料创新突破的顶层设计。

两国均建立了知识产权制度和技术转移机制，规范管理关键新材料创新突破的知识成果，促进新材料知识扩散。

两国均构建了多主体协同的新材料创新生态系统，政府加强全局规划，科研院所提供知识支持和匹配支持，企业加速科技成果转化和商业化应用。

差异性分析

美国政府作为“引导者”，通过制定战略政策引导大学、国家实验室和新材料企业等多主体协同创新，体现出开放式创新理念；日本政府作为“主导者”，从整体规划到项目实施自上而下统筹部署，新材料企业和科研院所在政府的主导下积极响应配合，体现出“强政府”的模式特征。

美国新材料创新突破的重点领域侧重于关键战略材料和前沿新材料，旨在满足国防军备和能源需求的同时追求前沿领先，抢占科技竞争制高点；日本新材料创新突破的重点领域侧重于先进基础材料和关键战略材料，旨在突破关键材料技术“卡脖子”瓶颈的基础上，使具有高附加值的材料端实现专业化和产业化，塑造主导产业竞争优势。

科学研究方面，美国非常重视基础研究，同时以基础研究为引领推进应用研究，力争走在科学技术的最前沿；日本非常重视应用研究，同时以应用研究为导向夯实基础研究，提高原始创新能力。技术开发方面，美国强调技术应用领域的开拓，提高技术通用性；日本专注于技术的精细化打磨，打造尖端工艺技术。商业化应用方面，美国依靠军方采购，在有效释放新材料市场需求的同时，引导其他市场主体的采购行为；日本采用纵向一体化的方式，将新材料导入下游产业。

创业实验方面，两国的区别在于主导推动创业实验的主体不同，美国由民间企业和机构建立专业孵化器和实验平台，推动创业实验；日本由政府和国立科研院所完善税收政策和衍生机制，推动创业实验。市场开拓方面，美国通过军民融合开拓市场；日本通过国际经营开拓市场。资源配置方面，美国通过政策引导整合产业资本和金融风险资本；日本政府依托于强有力的主银行制度干预资金调配。

四、启 示

构建政府引导－市场驱动－多主体参与的智能制造关键新材料协同攻关模式

政府应强化顶层设计，发挥新型举国体制优势，集中多主体力量联合攻关新材料核心技术。

建立关键新材料重点领域的识别与甄选机制，并实行分类管理、精准施策

中国应统筹把握国际技术封锁与制裁的形势和国内重大战略需求以及技术长期发展趋势，在此基础上开展技术预见，甄选创新突破重点领域。针对技术成熟度高但趋于低端同质化的先进基础材料，企业应构建高效的产用结合机制，以市场需求为导向，提升材料性能，补足“有材不好用”的短板；针对核心技术“卡脖子”且“市场失灵”的关键战略材料，政府和军方应加强引导，联合大学、科研院所和企业等主体协同攻关核心技术，并实施“首批次应用保险补偿制度”等需求型政策，加速国产化替代，突破“有材不敢用”的瓶颈；针对技术难度高且产业化程度低的前沿新材料，鼓励高校院所发挥主体作用，破解“无材可用”的难题。

加强智能制造关键新材料创新链环节统筹优化与链式集成

构建多元科研资助体系，保障基础研究和应用研究的稳定性，以知识增长驱动技术创新；在技术开发环节，鼓励采用海外并购、技术引进、自主研发相结合的方式提升本国技术能力，实现核心技术自主可控；在商业化应用环节，重点把握体量大、高增长的国内市场，以新能源汽车和高端装备制造等重大战略需求为牵引，开展军民协同应用示范，加速新材料国产化替代。另一方面，应强化创新链环节之间的链式集成。政府牵头组织建立新材料产业集群和创新联盟，实现创新链环节交互集成、创新链与产业链双链融合，推动中国新材料产业迈上全球价值链中高端。

主要参考 ：

[1] 于新东, 牛少凤, 于洋. 培育发展战略性新兴产业的背景分析、国际比较与对策研究[J]. 经济研究参考, 2011(16):2-39.

[2] 黄群慧, 贺俊. 中国制造业的核心能力、功能定位与发展战略——兼评《中国制造2025》[C]// 2015:13.

[3] 新华网. 工业和信息化部:130多种关键基础材料32%在中国为空白,52%靠进口[J]. 新材料产业, 2018(8):79-79.

[4] 李双美, 王昶, 耿红军. 美日智能制造关键新材料创新突破模式及其启示[J]. 中国科技论坛, 2022(7):178-188.

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