ASTM A311 Grade 1117 冷拔应力消除退火钢——高性能应用规格
ASTM A311 Grade 1117 概述
ASTM A311 Grade 1117 (UNS G11170) 是易切削结构钢，含较高锰 (1.0-1.3%) 和硫 (0.08-0.13%)，形成 MnS 包裹物显著改善切削断屑。经冷拔 + 应力消除退火供货，兼顾强度与优异切削性，广泛用于大批量自动车床加工件：螺丝、螺母、接头、阀芯、液压元件等。
化学成分 (wt%)
| 元素 | 含量范围 | 作用 |
|---|---|---|
| 碳 (C) | 0.14 - 0.20 % | 基础强度 |
| 锰 (Mn) | 1.00 - 1.30 % | 固溶强化 + 与 S 形成 MnS |
| 磷 (P) | ≤ 0.04 % | |
| 硫 (S) | 0.08 - 0.13 % | 形成 MnS 包裹物，断屑润滑 |
力学性能 (冷拔 + 应力消除退火态，典型值，23°C)
| 性能 | 数值 | 备注 |
|---|---|---|
| 抗拉强度 | 415 - 520 MPa | |
| 屈服强度 | 345 - 450 MPa | |
| 延伸率 A50 | 12 - 15 % | |
| 断面收缩率 | 30 - 40 % | |
| 弹性模量 | 200 - 215 GPa | |
| 泊松比 | 0.29 | |
| 剪切模量 | 82 GPa |
物理性能 (典型值)
| 性能 | 数值 | 备注 |
|---|---|---|
| 密度 | 7.8-7.9 g/cm³ | |
| 热膨胀系数 | 1.32-1.38E-5 1/K | |
| 最高使用温度 | 500 °C | 碳钢典型值 |
| 熔点 | 1480-1526 °C | |
| 比热容 | 465 J/(kg·K) | |
| 热导率 | 25-93 W/(m·K) | 约 50 W/(m·K) |
| 电阻率 | 1.43-1.74E-7 Ω·m | |
| 居里温度 | 770 °C |
切削加工性能——核心优势
| 指标 | 1117 (冷拔+SR) | 1018 (冷拔+SR) | 12L14 (易切削钢标杆) |
|---|---|---|---|
| 相对切削速度 (基准 100) | 130-150% | 100% | 160-180% |
| 刀具寿命提升 | 30-50% | 基准 | 60-80% |
| 表面粗糙度 Ra (车削) | 0.8-1.6 µm | 1.6-3.2 µm | 0.4-0.8 µm |
| 断屑等级 | 优 (C 级) | 中 (B 级) | 优 (C 级) |
| 含铅 | 无 | 无 | 有 (0.15-0.35% Pb) |
1117 无铅环保，切削性能接近含铅易切削钢，是 RoHS/REACH 合规替代首选。
典型应用领域
- 大批量 CNC 自动车床件：螺丝、螺母、螺柱、插销
- 液压/气动元件：阀芯、阀套、接头、歧管
- 汽车精密零件：喷油嘴体、传感器壳体、转向柱销
- 仪表仪器：接头、联轴器、轴承内套
- 电子五金：连接器针脚、屏蔽壳、精密轴
热处理与加工建议
- 供货态：冷拔 (压下率 15-25%) + 550-650°C 应力消除退火 1-2h，消除残余应力，稳定尺寸。
- 后续热处理：可渗碳 (900-930°C)、碳氮共渗、感应淬火表面强化，芯部韧性好。
- 焊接性：因高 S 含量，**不推荐焊接**，易产生热裂纹。需连接时建议机械连接或钎焊。
- 表面处理：镀锌、镀镍、发黑、氧化均适用，MnS 包裹物可能影响镀层均匀性，建议预处理强化。
对比：易切削钢系列选材指南
| 牌号 | 标准 | C% | Mn% | S% | Pb% | 切削性 | 焊接性 | 典型用途 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1117 | ASTM A311 | 0.17 | 1.15 | 0.10 | 0 | 优 | 差 | 无铅高速车削件 |
| 12L14 | ASTM A29 | 0.15 | 1.00 | 0.30 | 0.25 | 极优 | 差 | 极高速车削、复杂件 |
| 1215 | ASTM A29 | 0.13 | 1.00 | 0.30 | 0 | 优 | 差 | 无铅替代 12L14 |
| 1018 | ASTM A311 | 0.18 | 0.75 | 0.04 | 0 | 中 | 良 | 通用机加工、可焊接 |
质量控制要点
- 硬度一致性：全批次 HBW 差异 ≤ 15，保证车削稳定性。
- 表面质量：无裂纹、折叠、结疤，脱碳层深度 ≤ 0.03mm。
- 尺寸公差：冷拔棒材 h9/h10，直线度 ≤ 1mm/m。
- 成分验收：重点验 S、Mn、P，确保 Mn/S 比 ≥ 8 (保证 MnS 充分形成)。
金属
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- 25CrMo4 钢：EN 10277-5 冷拉软退火，高强高韧，耐低温 -40°C
- EN 10277-5 25CrMoS4 冷拔/车削/软退火钢——高强度易切削工程钢
- DIN 1651 35SPb20 钢——冷拔应力消除态易切削结构钢
- DIN 1651 45SPb20 钢——冷拔应力消除态高强度易切削结构钢
- DIN 1651 60SPb20 钢——冷拔应力消除态最高强度易切削结构钢