2022年合金结构钢-合金结构钢规范

第四节合金结构钢

一、合金渗碳钢

渗碳钢通常是指

需经渗碳处理后使用的

钢材，具有外硬内韧的性

能，用于承受冲击的耐磨

件，如汽车、拖拉机中的

变速齿轮，内燃机上的凸

轮轴、活塞销等。

［化学成分］:低碳，

一般Wc=O.10%〜

0.25%,以保证零件心部

具有足够的塑性、韧性。

主要合金元素是Cr,还可1

活塞销

参加Ni、Mn、B、W、Mo、

V、Ti等，其中，Cr、Ni、

Mn、B的主要作用是提高

淬透性，使大尺寸零件淬

火后心部得到低碳马氏凸轮轴

体组织，以提高强度和韧

性；少量的V、Mo、V、Ti

能形成细小、难溶的碳化

物，以阻止渗碳过程中高

温、长时间保温条件下晶

粒长大。在零件表层形成

的合金碳化物还可提高

外表渗碳层的耐磨性。

［常用牌号］:主要有20Cr、20CrMnTi.20Cr2Ni4等。

20Cr钢常用来制造负荷不大、小尺寸的一般渗碳件，如小轴、小齿轮、活塞销等，也可在

调质状态下使用，制造工作速度较大并承受中等冲击载荷的零件。这个钢在渗碳时易过热，外表

也容易出现渗碳体网。

20CrMnTi是应用最广泛的合金渗碳钢，用于截面在30mm以下、高速运转并承受中等或重

载荷的重要渗碳件，如汽车、拖拉机的变速齿轮、轴等零件。

20Cr2Ni4钢用作大截面、较高载荷、交变载荷下工作的重要渗碳件，如内燃机车的主动牵

引齿轮、柴油机曲轴等。

［热处理及性能］:预先热处理为正火，其目的是为了改变锻造状态的不正常组织，获得适

宜的硬度以利切削加工。最终热处理一般是渗碳后淬火加上低温回火。使表层获得高碳回火马

氏体加碳化物，外表硬度一般为58〜64HRC；而心部组织那么视钢的淬透性上下及零件尺寸的大

小而定，可得到低碳回火马氏体或其他非马氏体组织，心部具有良好的强韧性。

常用合金渗碳钢的牌号、化学成分、热处理、力学性能及用途（摘自GB/T3077-2022）

热处理力学性能

8

5

A

oo

第二

回

牌次淬

火应用举例

号第一次淬火温度/℃火温

温

度

/M

度

/℃/MPaPa

不小于

780截面在30mm以下形状复杂，

2004心部要求较高强度、工作外表

831

20Cr880水、油820水、5407承受磨损的零件，如机床变速

50

水、空箱齿轮、凸轮、蜗杆、活塞销、

油爪形离合器等

2004代替20钢制作小型渗碳齿

781

20Mn2880水、油水、5907轮、轴、轻载活塞销，汽车顶

50

空杆、变速箱操纵杆等

在汽车、拖拉机工业中用于

2005截面在30mm以下，承受高速、

20CrM870101

880油水、8505中或重载荷以及受冲击、摩擦

nTi油800

空的重要渗碳件，如齿轮、轴、

齿轮轴、爪形离合器、蜗杆等

模数较大，载荷较重的中小

2005

20MnV101渗碳件，如重型机床上的齿轮、

860油水、8855

B800轴，汽车后桥主动、从动齿轮

空

等

200520CrMnTi的代用钢种，制

20MnT111

860油水、9305作汽车、拖拉机上小截面、中

iB300

空等载荷的齿轮

2006大截面、较高载荷、交变载

20Cr2780111

880油水、10803荷下工作的重要渗碳件，如大

Ni4油800

空型齿轮、轴等

注：表中各牌号的合金渗碳钢试样尺寸均为15mm。

二、合金调质钢

合金调质钢主

要用于制造在多种载

荷（如扭转、弯曲、冲

击等）下工作，受力比

拟复杂，要求具有良好

综合力学性能的重要

零件，一般需经调质处

理后使用。如汽车、拖

拉机、机床等上的齿

轮、轴类件、连杆、高

强度螺栓等。它是机械

结构用钢的主体。

［化学成分］:合

连杆

金调质钢为中碳成分，

碳的质量Wc=o.25%~

0.50%,以保证调质处

理后具有良好的综合

力学性能。主加合金元

素有Cr、Ni、Mn、Si、

B等，能提高淬透性和

强化钢材，而参加少

量的W、Mo、V、Ti等

元素可形成稳定的合

金碳化物，阻止奥氏体

晶粒长大，起细化晶粒

及防止回火脆性的作

用。

［常用牌号］:40Cr、35CrMo>38CrMoAK40CrNiMoA等为常用的合金调质钢。

40Cr钢是应用最广泛的合金调质钢，主要用于较为重要的中小型调质件；如机床齿轮、

主轴、花键轴、顶尖套等。

35CrMo适用于制造截面较大、教荷较重的调质件和较为重要的中型调质件，如汽轮机的

转子、重型汽车的曲轴等。

40CrNiMoA适宜于制作重载、大截面的重要调质件，如挖掘机传动轴、卷板机轴等。

38CrMoAl是氮化钢，主要用于制造尺寸精确、外表耐磨性要求很高的中小型调质件，如

精密磨床主轴、精密镶床丝杠等。

［热处理及性能］:合金调质钢的最终热处理为调质处理，以获得回火索氏体组织，具有

良好的综合力学性能;对于某些受冲击的外表耐磨零件，也可在调质后进行外表淬火并低温回火,

或调质后氮化处理。而对于大截面的碳素调质钢零件，往往使用正火代替调质处理。

常用合金调质钢的牌号、化学成分、热处理、力学性能及用途（摘自GB/T3077—2022）

化学成分w/%热处理力学性能

回5

a0

淬火火5

牌号/MPa./MPa应用范围

CSiMnCr其他温度温/%

/℃度

不小于

/℃

制造承受

中等载荷和

中等速度工

520作下的零

0.37〜0.17〜0.50〜0.80〜850

40Cr水7859809件，如汽车

0.440.370.801.10油

油后半轴及机

床上齿轮、

轴、花键轴、

顶尖套等

代替

40Cr制造

中、小截面

B:500重要调质

0.37〜0.17—1.10-850

40MnB0.0005〜水78598010件，如汽车

0.440.371.40油

0.0035油半轴、转向

轴、蜗杆及

机床主轴、

齿轮等

通常用作

调质件，也

可在中、高

频外表淬火

或淬火、低

温回火后用

于高载荷下

Mo：550工作的重要

0.32〜0.17〜0.40〜0.80〜850

35CrMo0.15〜水83598012结构件，特

0.400.370.701.10油

0.25油别是受冲

击、振动、

弯曲、扭转

载荷的机

件，如主轴、

大电机轴、

曲轴、锤杆

等

制造截面

较大、载荷

\i:500较重的零

0.37〜0.17-0.50〜0.45〜820

40CrNi1.00〜水78598010件，如轴、

0.440.370.800.75油

1.40油连杆、齿轮

轴等

高级氮化

钢，常用于

制造磨床主

：

Mo轴、自动车

0.15~床主轴、精

940640

0.35〜0.20〜0.30〜1.35〜0.25密丝杠、精

38CrMoAl水水83598014

0.420.450.601.65

油油密齿轮、高

压阀门，压

缩机活塞

A1：

杆、橡胶及

0.70-

塑料挤压机

1.10

上的各种耐

磨件

要求韧性

好、强度高

Mo：及大尺寸的

0.15〜850重要调质

0.25600件，如重型

0.37〜0.17-0.50〜0.60〜

40CrNiMoA水83598012机械中高载

0.440.370.800.90

油荷的轴类、

直径大于

Ni：

25nlm的汽

1.25~油

轮机轴、叶

1.65

片、曲轴等

W:0.80〜200mm以

550

0.21〜0.17-0.30〜1.35〜1.20850卜要求淬透

0Cr2NiWA水930108011

0.280.370.601.65Ni:4.00〜油的大截面重

油

4.50要零件

注：表中38CrMoAl钢试样毛坯尺寸为。30mm,其余牌号合金调质钢试样毛坯尺寸均为<l>25mm。

三、合金弹簧钢

弹簧是起缓冲、减振和储能等作用。弹簧一般是在交变应力下工

作，常见的破坏形式是疲劳破坏，因此，必须具有高的屈服点和屈强比

(os/Ob)、弹性极限、抗疲劳性能，以保证弹簧有足够的弹性变形

能力并能承受较大的载荷。同时，弹簧钢还要求具有一定的塑性与韧性，

一定的淬透性，不易脱碳及不易过热。一些特殊弹簧还要求有耐热性、

耐蚀性或在长时间内有稳定的弹性。汽车板簧减震

中碳钢和高碳钢都可作弹簧使用，但因其淬透性和强度较低，只能

用来制造截面较小、受力较小的弹簧。合金弹簧钢那么可制造截面较大、

屈服极限较高的重要弹簧。

［化学成分］:合金弹簧钢为中、高碳成分，一般跟=0.5%〜0.7%,

以满足高弹性、高强度的性能要求。参加的合金元素主要是Si、Mn、Cr,

作用是强化铁素体、提高淬透性和耐回火性。但参加过多的Si会造成钢

在加热时外表容易脱碳，参加过多的Mn容易使晶粒长大。参加少量的V

和M。可细化晶粒，从而进一步提高强度并改善韧性。此外，它们还有进

一步提高淬透性和耐回火性的作用。

［常用牌号］:常用合金弹簧钢的牌号、化学成分、热处理、力学性能及用途见表6—4。常

用的合金弹簧钢有60Si2Mn、50CrVA,30W4Cr2VA等。

60Si2Mn钢是应用最广泛的合金弹簧钢，其生产量约为合金弹簧钢产量的80%。它的强

度、淬透性、耐回火性都比碳素弹簧钢高，工作温度达250℃,缺点是脱碳倾向较大，适于制造

厚度小于10mm的板簧和截面尺寸小于25mm的螺旋弹簧，在重型机械、铁道车辆、汽车、拖拉机

上都有广泛的应用。

50CrVA钢的力学性能与60Si2所钢相近，但淬透性更高，钢中Cr和V能提高弹性极限、

强度、韧性和耐回火性，常用于制作承受重载荷、工作温度较高及截面尺寸较大的弹簧。

30W4Cr2VA是高强度的耐热弹簧，用于50CTC以下工作的锅炉主平安阀弹簧、汽轮机汽封

弹簧等。

［弹簧成型方法］:对直径或板簧厚度大于10mm的大弹簧，可在比正常淬火温度高出50〜

80℃的温度热成形，对直径或板簧厚度小于8〜10mm的小弹簧，常用冷拔弹簧钢丝冷卷成形。

［热处理］:为保证弹簧具有高的强度和足够的韧性，通常采用淬火+中温回火。对热成形

弹簧，可采用热成形余热淬火，对热冷成形的弹簧，有时可省去淬火、中温回火工艺，成形后只

需进行200〜300℃进行去应力退火即可。弹簧钢热处理后通常进行喷丸处理，其目的是在弹簧

外表产生剩余压应力，以提高弹簧的疲劳强度。

［性能］:硬度为40〜48HRC,有较高的弹性极限和疲劳强度，以及一定的塑性和韧性。

常用合金弹簧钢的牌号、化学成分、热处理、力学性能及用途（摘自GB/T1222—1984）

热

处

主要化学成分w/%力学性能应用

理

牌号

0b

淬火回火

85

/MP

CSiMnCrVW温度温度/MPa/%

a

/℃/℃

不小于

0.51.50.6W汽车、拖拉机、机车上的减振板

60Si2M870117

6〜0〜0〜0.348012755簧和螺旋弹簧，气缸平安阀簧，电

n油7

0.62.00.95力机车用升弓钩弹簧，止回阀簧，

400还可用作250℃以下使用的耐热弹

簧

0.40.10.50.80.1

用作较大截面的高载荷重要弹

6〜7〜0〜0〜0〜850112

50CrVA500127510簧及工作温度＜350℃的阀门弹

0.50.30.81.10.2油8

簧、活塞弹簧、平安阀弹簧等

47000

4.

0.20.12.00.51050

W00用作工作温度W50CTC的耐热弹

30W4Cr6〜7〜0〜0〜〜132

0.460014717簧，如锅炉主平安阀弹簧、汽轮机

2VA0.30.32.50.811004

04.汽封弹簧等

4700油

50

注：表列性能适用于截面单边尺寸W80mm的钢材

四、轴承钢

［轴承钢性能要求］:主要用于制造滚动轴承的内圈、外圈、滚动体和保持架。滚动轴承

工作时，内、外圈与滚动体的高速相对运动使其接触面受到强烈的摩擦，因此要求所用材料具有

高耐磨性；内、外圈与滚动体的接触面积很小，载荷集中作用于局部区域，使接触处容易压出凹

坑，因此要求所用材料具有高硬度；内、外圈与滚动体的接触位置不断变化，受力位置和应力大

小也随之不断变化，在这种周期性的交变载荷作用下，内、外圈和滚动体的接触外表会出现小块

金属剥落现象，因此要求所用材料具有高的接触疲劳强度。此外，轴承钢还应有一定的韧性和淬

透性。

滚动轴承结构滚动体

［化学成分］:滚动轴承钢为高碳成分，w『=0.95%〜1.10临以保证高硬度和高耐磨性。主

要合金元素为Cr,wc,=0.40%〜1.65%,Cr能提高淬透性，并与碳形成颗粒细小而弥散分布的碳

化物，使钢在热处理后获得高而均匀的硬度及耐磨性。有时，轴承钢中还参加Si和Mn以进一步

提高其淬透性，用于大型轴承。

［牌号］:牌号前用字母"G"表示滚动轴承钢的类别，后附元素符号Cr和其平均含量的干及

其它元素符号。如GCr4、GCrl5、GCrl5SiMn,GCrl5SiMo,GCrl8Mo,目前应用最广泛的是GCrl5。

［用途］:滚动轴承钢虽是制作滚动轴承的专用钢，但其成分与性能接近工具钢，故也可

制作冷冲模、精密量具等工具，还可制作要求耐磨的精密零件，如柴油机喷油嘴、精密丝杠。

［热处理］:预先热处理为球化退火，可获得细小均匀的球状珠光体。其目的一是降低硬度(硬

度为170〜210HB$),改善切削加工性能；二是为淬火提供良好的原始组织，从而使淬火及回火

后得到最正确的组织和性能。最终热处理是淬火和低温回火，获得细回火马氏体加均匀分布的细

粒状碳化物及少量剩余奥氏体，硬度为61〜65HRC。对精密的轴承钢零件，为保证尺寸稳定性，

可在淬火后立即进行冷处理(-60^^—80℃),以尽量减少剩余奥氏体量。冷处理后进行低温回

火和粗磨，接着在120〜130°C进行时效，最后进行精磨。

常用轴承钢的牌号、化学成分、热处理及用途〔摘自GB18254-2022〕

化学成分w/%力学性能

回火回火

牌号P应用

cCrMnSiVS淬火温度/七温度后硬

/℃度HRC

1.0.0.

42515壁厚20mm

W150〜62〜

GCrl50.95〜L05825〜845中、小型套圈，

0.02517066

1.0.0.<l><50mm滚珠

654535

1.0.0.