合金結(jié)構(gòu)都是優(yōu)質(zhì)鋼，它是在優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上加入一些合金元素而形成的鋼種。合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)表示方法由“數(shù)字+元素符號(hào)+數(shù)字”三部分組成。前面兩位數(shù)表示平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬分之幾，合金元素以化學(xué)元素符號(hào)表示；元素符號(hào)后面的數(shù)字表示該合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的百分之幾，當(dāng)其平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1．5%時(shí)，元素符號(hào)后面不標(biāo)數(shù)字；當(dāng)其平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥1．5%，≥2．5%，≥3．5%，…時(shí)，則在元素符號(hào)后相應(yīng)標(biāo)出2，3，4，…如25Cr2Ni4W表示平均w C= 0．25%，w Cr= 2%，w Ni= 4%，w W＜1．5%的合金結(jié)構(gòu)鋼。
合金結(jié)構(gòu)鋼根據(jù)含有碳和合金元素的不同，可分為滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼，彈簧鋼和滾動(dòng)軸承鋼。
①滲碳鋼
一般滲碳鋼的w C= 0．10%～0．20%，以保證心部有足夠的韌性；加入合金元素鉻、錳、硼、鎳等主要用于增加滲碳后鋼材的淬透性；而合金元素鈦、釩等可形成碳化物、細(xì)化晶粒，提高鋼的耐磨性。滲碳鋼按其淬透性高低可分為三大類：
低淬透性鋼常用牌號(hào)有15Cr，20Cr，20MnB，20Mn2等，其水淬臨界淬透直徑為20～35 mm。這類鋼淬透性低，經(jīng)滲碳、淬火和低溫回火后心部強(qiáng)度較低，強(qiáng)度與韌性配合較差，只可制作受力不太大，強(qiáng)度不太高的耐磨零件，如柴油機(jī)凸輪軸、活塞銷、滑塊和小齒輪等。
中淬透性鋼常用牌號(hào)有20CrTiMn，20SiMnVB，12CrNi3A，20CrMnMo等，其油淬臨界淬透直徑為25～60 mm。這類鋼淬透性和力學(xué)性能都較高，可用做承受中等動(dòng)載荷且具有足夠韌性的耐磨件，如汽車、拖拉機(jī)的重要齒輪、齒輪軸、花鍵軸套、凸輪盤等。
高淬透性鋼常用牌號(hào)有12CrNi3A，20Cr2Ni4，18Cr2Ni4WA等，其油淬臨界淬透直徑為100 mm以上。這類鋼淬透性高，即使空冷也能形成馬氏體。其經(jīng)滲碳淬火后，心部強(qiáng)度很高，而且強(qiáng)度與韌性配合很好，主要用于制造承受重載荷和強(qiáng)烈磨損的大型零件，如大功率柴油機(jī)曲軸、連桿等。
滲碳鋼最終熱處理為滲碳后的“淬火+低溫回火”。表層組織為“回火馬氏體+碳化物+殘余奧氏體”，硬度可達(dá)60～62 HRC；淬透時(shí)的心部組織為低碳回火馬氏體，硬度為40～ 48 HRC，未淬透時(shí)為“回火馬氏體+托氏體+鐵素體”，硬度為25～40 HRC。典型滲碳鋼的牌號(hào)、成分、熱處理和性能見表1．5．4。
②調(diào)質(zhì)鋼
通常調(diào)質(zhì)鋼的w C= 0．25%～0．50%，鋼材中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)過低不易淬硬和淬透，過高則韌性不足。加入元素鉻、錳、硼、鎳等主要用于增加鋼的淬透性，少量的鎢、鉬可防止第二類回火脆性。調(diào)質(zhì)鋼常用牌號(hào)有：40Cr，40MnB，38CrMoAlA等。調(diào)質(zhì)鋼主要用于要求高強(qiáng)度和良好塑性與韌性配合的重要零件。例如機(jī)床主軸、曲軸、連桿、齒輪等。
調(diào)質(zhì)鋼按其淬透性高低可分為3大類：
低淬透性調(diào)質(zhì)鋼常用牌號(hào)有40Cr，40CrV，40MnB，40MnVB等，其油淬臨界淬透直徑為30～40 mm。其中，40Cr是最常用的合金調(diào)質(zhì)鋼，具有較好的力學(xué)性能及工藝性能，調(diào)質(zhì)后強(qiáng)度比碳鋼高，但淬透性不太高。多用于尺寸較小的較重要零件，如普通機(jī)床主軸、變速齒輪、汽車、拖拉機(jī)連桿螺栓、傳動(dòng)輪等。
中淬透性調(diào)質(zhì)鋼常用牌號(hào)有40CrMn，40CrNi，35CrMo等，其油淬臨界淬透直徑為40～60 mm。由于調(diào)質(zhì)后淬透性好，可用于制造尺寸較大、負(fù)荷較重的調(diào)質(zhì)零件，如截面較大的曲軸、連桿等。
高淬透性調(diào)質(zhì)鋼常用牌號(hào)有40CrMnMo，37CrNi3，25Cr2Ni4W等，其油淬臨界淬透直徑為60～100 mm。由于調(diào)質(zhì)后淬透性高，綜合力學(xué)性能好，可用于制造大截面、承受更大載荷的重要調(diào)質(zhì)零件，如大型軸類零件、齒輪等。
調(diào)質(zhì)鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后得到回火索氏體組織，可提高其綜合力學(xué)性能。對于表面要求高硬度及耐磨性的零件，在調(diào)質(zhì)處理以后，還可進(jìn)行表面淬火或氮化處理。典型調(diào)質(zhì)鋼的牌號(hào)成分、熱處理和性能見表1．5．4。
③彈簧鋼
合金彈簧鋼的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為w C= 0．5%～0．7%，加入元素硅、錳、鉻，目的是提高鋼的淬透性、強(qiáng)化鐵素體，此外，硅還能顯著提高鋼的彈性極限；加入元素釩、鉬，目的是細(xì)化晶粒、增加回火穩(wěn)定性。彈簧鋼零件大多是在沖擊、振動(dòng)及變動(dòng)載荷下工作，因此要求彈簧鋼具有高的彈性極限、疲勞極限及沖擊韌度。其中最典型的彈簧鋼有65Mn和60Si2Mn。65Mn可制作各種小尺寸的圓彈簧、扁彈簧；60Si2Mn的性能比65Mn的性能好，適用于截面尺寸較大，承受負(fù)荷較重的彈簧，如拖拉機(jī)、汽車上的螺旋彈簧和減震彈簧；55SiMnMoV，55SiMnMoVNb，55SiMnVB是在硅、錳基礎(chǔ)上再加入少量的鉬、釩、鈮、硼等元素，使其具有更好的性能，用來制造截面尺寸大、承受重載荷的大彈簧，如大噸位載重汽車的板簧等。根據(jù)彈簧的尺寸不同，可將其分為熱成型彈簧（線徑或厚度大于10 mm）和冷成型彈簧（線徑或厚度小于8～10mm）兩大類。熱成型彈簧由于尺寸較大，通常可在淬火加熱時(shí)成型，利用余熱進(jìn)行淬火加中溫回火后使用。彈簧熱處理后可采用噴丸處理進(jìn)行表面強(qiáng)化，以進(jìn)一步提高彈簧的疲勞極限及使用壽命。冷成型彈簧尺寸較小，常用冷拉彈簧鋼絲冷卷成型，由于產(chǎn)生加工硬化，屈服強(qiáng)度大大提高，故不必再進(jìn)行淬火，只要200～300℃進(jìn)行一次去應(yīng)力及穩(wěn)定尺寸的處理即可使用。
典型彈簧鋼的牌號(hào)、成分、性能、熱處理和用途見表1．5．5。
表1.5.5 典型彈簧鋼的牌號(hào)、化學(xué)成分、熱處理、性能和用途
④滾動(dòng)軸承鋼
滾動(dòng)軸承鋼的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為w C= 0．95%～1．15%，對硫、磷和雜質(zhì)要求很嚴(yán)，以保證淬火后有足夠的硬度及耐磨性；加入合金元素鉻（w Cr= 0．5%～1．65%）是為了提高鋼的淬透性，并形成碳化物，提高鋼的耐磨性；滾動(dòng)軸承鋼是用來制造滾動(dòng)軸承中的滾柱、滾珠、滾針和套圈的一種專用鋼。這類鋼應(yīng)具有高的硬度和耐磨性，高的接觸疲勞強(qiáng)度及足夠的韌性，同時(shí)對大氣和潤滑介質(zhì)有一定的耐蝕能力。滾動(dòng)軸承鋼的牌號(hào)表示為字母“G”+鉻元素符號(hào)（Cr）+數(shù)字，數(shù)字表示平均鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千分之幾，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)不予標(biāo)出。若再含其他元素時(shí)，表示方法同合金結(jié)構(gòu)鋼。例如，GCr15鋼，表示鉻的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)w Cr= 1．5%的滾動(dòng)軸承鋼。
GCr15鋼是滾動(dòng)軸承鋼的典型鋼種，可制造中小型軸承；在大型軸承中，還需加入硅、錳，以進(jìn)一步提高淬透性，它可提高鋼的強(qiáng)度和彈性極限，但不降低韌性，如GCr15SiMn。
滾動(dòng)軸承鋼鑄造后均需經(jīng)過球化退火處理，以改善切削加工性能。最終熱處理為“淬火+低溫回火”，得到“馬氏體+細(xì)粒狀碳化物+少量殘余奧氏體”，硬度為62～62 HRC。對于精密零件應(yīng)進(jìn)行- 60～- 80℃的冷處理，以減少殘余奧氏體量，穩(wěn)定尺寸。
典型軸承鋼的牌號(hào)、化學(xué)成分、熱處理及用途見表1．5．6。
表1.5.6 典型軸承鋼的牌號(hào)、化學(xué)成分、熱處理及用途
