2022年合金結構鋼-合金結構鋼規(guī)范

第四節(jié)合金結構鋼

一、合金滲碳鋼

滲碳鋼通常是指

需經滲碳處理后使用的

鋼材，具有外硬內韌的性

能，用于承受沖擊的耐磨

件，如汽車、拖拉機中的

變速齒輪，內燃機上的凸

輪軸、活塞銷等。

［化學成分］:低碳，

一般Wc=O.10%?

0.25%,以保證零件心部

具有足夠的塑性、韌性。

主要合金元素是Cr,還可1

活塞銷

參加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

火后心部得到低碳馬氏凸輪軸

體組織，以提高強度和韌

性；少量的V、Mo、V、Ti

能形成細小、難溶的碳化

物，以阻止?jié)B碳過程中高

溫、長時間保溫條件下晶

粒長大。在零件表層形成

的合金碳化物還可提高

外表滲碳層的耐磨性。

［常用牌號］:主要有20Cr、20CrMnTi.20Cr2Ni4等。

20Cr鋼常用來制造負荷不大、小尺寸的一般滲碳件，如小軸、小齒輪、活塞銷等，也可在

調質狀態(tài)下使用，制造工作速度較大并承受中等沖擊載荷的零件。這個鋼在滲碳時易過熱，外表

也容易出現滲碳體網。

20CrMnTi是應用最廣泛的合金滲碳鋼，用于截面在30mm以下、高速運轉并承受中等或重

載荷的重要滲碳件，如汽車、拖拉機的變速齒輪、軸等零件。

20Cr2Ni4鋼用作大截面、較高載荷、交變載荷下工作的重要滲碳件，如內燃機車的主動牽

引齒輪、柴油機曲軸等。

［熱處理及性能］:預先熱處理為正火，其目的是為了改變鍛造狀態(tài)的不正常組織，獲得適

宜的硬度以利切削加工。最終熱處理一般是滲碳后淬火加上低溫回火。使表層獲得高碳回火馬

氏體加碳化物，外表硬度一般為58?64HRC；而心部組織那么視鋼的淬透性上下及零件尺寸的大

小而定，可得到低碳回火馬氏體或其他非馬氏體組織，心部具有良好的強韌性。

常用合金滲碳鋼的牌號、化學成分、熱處理、力學性能及用途（摘自GB/T3077-2022）

熱處理力學性能

8

5

A

oo

第二

回

牌次淬

火應用舉例

號第一次淬火溫度/℃火溫

溫

度

/M

度

/℃/MPaPa

不小于

780截面在30mm以下形狀復雜，

2004心部要求較高強度、工作外表

831

20Cr880水、油820水、5407承受磨損的零件，如機床變速

50

水、空箱齒輪、凸輪、蝸桿、活塞銷、

油爪形離合器等

2004代替20鋼制作小型滲碳齒

781

20Mn2880水、油水、5907輪、軸、輕載活塞銷，汽車頂

50

空桿、變速箱操縱桿等

在汽車、拖拉機工業(yè)中用于

2005截面在30mm以下，承受高速、

20CrM870101

880油水、8505中或重載荷以及受沖擊、摩擦

nTi油800

空的重要滲碳件，如齒輪、軸、

齒輪軸、爪形離合器、蝸桿等

模數較大，載荷較重的中小

2005

20MnV101滲碳件，如重型機床上的齒輪、

860油水、8855

B800軸，汽車后橋主動、從動齒輪

空

等

200520CrMnTi的代用鋼種，制

20MnT111

860油水、9305作汽車、拖拉機上小截面、中

iB300

空等載荷的齒輪

2006大截面、較高載荷、交變載

20Cr2780111

880油水、10803荷下工作的重要滲碳件，如大

Ni4油800

空型齒輪、軸等

注：表中各牌號的合金滲碳鋼試樣尺寸均為15mm。

二、合金調質鋼

合金調質鋼主

要用于制造在多種載

荷（如扭轉、彎曲、沖

擊等）下工作，受力比

擬復雜，要求具有良好

綜合力學性能的重要

零件，一般需經調質處

理后使用。如汽車、拖

拉機、機床等上的齒

輪、軸類件、連桿、高

強度螺栓等。它是機械

結構用鋼的主體。

［化學成分］:合

連桿

金調質鋼為中碳成分，

碳的質量Wc=o.25%~

0.50%,以保證調質處

理后具有良好的綜合

力學性能。主加合金元

素有Cr、Ni、Mn、Si、

B等，能提高淬透性和

強化鋼材，而參加少

量的W、Mo、V、Ti等

元素可形成穩(wěn)定的合

金碳化物，阻止奧氏體

晶粒長大，起細化晶粒

及防止回火脆性的作

用。

［常用牌號］:40Cr、35CrMo>38CrMoAK40CrNiMoA等為常用的合金調質鋼。

40Cr鋼是應用最廣泛的合金調質鋼，主要用于較為重要的中小型調質件；如機床齒輪、

主軸、花鍵軸、頂尖套等。

35CrMo適用于制造截面較大、教荷較重的調質件和較為重要的中型調質件，如汽輪機的

轉子、重型汽車的曲軸等。

40CrNiMoA適宜于制作重載、大截面的重要調質件，如挖掘機傳動軸、卷板機軸等。

38CrMoAl是氮化鋼，主要用于制造尺寸精確、外表耐磨性要求很高的中小型調質件，如

精密磨床主軸、精密鑲床絲杠等。

［熱處理及性能］:合金調質鋼的最終熱處理為調質處理，以獲得回火索氏體組織，具有

良好的綜合力學性能;對于某些受沖擊的外表耐磨零件，也可在調質后進行外表淬火并低溫回火,

或調質后氮化處理。而對于大截面的碳素調質鋼零件，往往使用正火代替調質處理。

常用合金調質鋼的牌號、化學成分、熱處理、力學性能及用途（摘自GB/T3077—2022）

化學成分w/%熱處理力學性能

回5

a0

淬火火5

牌號/MPa./MPa應用范圍

CSiMnCr其他溫度溫/%

/℃度

不小于

/℃

制造承受

中等載荷和

中等速度工

520作下的零

0.37?0.17?0.50?0.80?850

40Cr水7859809件，如汽車

0.440.370.801.10油

油后半軸及機

床上齒輪、

軸、花鍵軸、

頂尖套等

代替

40Cr制造

中、小截面

B:500重要調質

0.37?0.17—1.10-850

40MnB0.0005?水78598010件，如汽車

0.440.371.40油

0.0035油半軸、轉向

軸、蝸桿及

機床主軸、

齒輪等

通常用作

調質件，也

可在中、高

頻外表淬火

或淬火、低

溫回火后用

于高載荷下

Mo：550工作的重要

0.32?0.17?0.40?0.80?850

35CrMo0.15?水83598012結構件，特

0.400.370.701.10油

0.25油別是受沖

擊、振動、

彎曲、扭轉

載荷的機

件，如主軸、

大電機軸、

曲軸、錘桿

等

制造截面

較大、載荷

\i:500較重的零

0.37?0.17-0.50?0.45?820

40CrNi1.00?水78598010件，如軸、

0.440.370.800.75油

1.40油連桿、齒輪

軸等

高級氮化

鋼，常用于

制造磨床主

：

Mo軸、自動車

0.15~床主軸、精

940640

0.35?0.20?0.30?1.35?0.25密絲杠、精

38CrMoAl水水83598014

0.420.450.601.65

油油密齒輪、高

壓閥門，壓

縮機活塞

A1：

桿、橡膠及

0.70-

塑料擠壓機

1.10

上的各種耐

磨件

要求韌性

好、強度高

Mo：及大尺寸的

0.15?850重要調質

0.25600件，如重型

0.37?0.17-0.50?0.60?

40CrNiMoA水83598012機械中高載

0.440.370.800.90

油荷的軸類、

直徑大于

Ni：

25nlm的汽

1.25~油

輪機軸、葉

1.65

片、曲軸等

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鋼試樣毛坯尺寸為。30mm,其余牌號合金調質鋼試樣毛坯尺寸均為<l>25mm。

三、合金彈簧鋼

彈簧是起緩沖、減振和儲能等作用。彈簧一般是在交變應力下工

作，常見的破壞形式是疲勞破壞，因此，必須具有高的屈服點和屈強比

(os/Ob)、彈性極限、抗疲勞性能，以保證彈簧有足夠的彈性變形

能力并能承受較大的載荷。同時，彈簧鋼還要求具有一定的塑性與韌性，

一定的淬透性，不易脫碳及不易過熱。一些特殊彈簧還要求有耐熱性、

耐蝕性或在長時間內有穩(wěn)定的彈性。汽車板簧減震

中碳鋼和高碳鋼都可作彈簧使用，但因其淬透性和強度較低，只能

用來制造截面較小、受力較小的彈簧。合金彈簧鋼那么可制造截面較大、

屈服極限較高的重要彈簧。

［化學成分］:合金彈簧鋼為中、高碳成分，一般跟=0.5%?0.7%,

以滿足高彈性、高強度的性能要求。參加的合金元素主要是Si、Mn、Cr,

作用是強化鐵素體、提高淬透性和耐回火性。但參加過多的Si會造成鋼

在加熱時外表容易脫碳，參加過多的Mn容易使晶粒長大。參加少量的V

和M。可細化晶粒，從而進一步提高強度并改善韌性。此外，它們還有進

一步提高淬透性和耐回火性的作用。

［常用牌號］:常用合金彈簧鋼的牌號、化學成分、熱處理、力學性能及用途見表6—4。常

用的合金彈簧鋼有60Si2Mn、50CrVA,30W4Cr2VA等。

60Si2Mn鋼是應用最廣泛的合金彈簧鋼，其生產量約為合金彈簧鋼產量的80%。它的強

度、淬透性、耐回火性都比碳素彈簧鋼高，工作溫度達250℃,缺點是脫碳傾向較大，適于制造

厚度小于10mm的板簧和截面尺寸小于25mm的螺旋彈簧，在重型機械、鐵道車輛、汽車、拖拉機

上都有廣泛的應用。

50CrVA鋼的力學性能與60Si2所鋼相近，但淬透性更高，鋼中Cr和V能提高彈性極限、

強度、韌性和耐回火性，常用于制作承受重載荷、工作溫度較高及截面尺寸較大的彈簧。

30W4Cr2VA是高強度的耐熱彈簧，用于50CTC以下工作的鍋爐主平安閥彈簧、汽輪機汽封

彈簧等。

［彈簧成型方法］:對直徑或板簧厚度大于10mm的大彈簧，可在比正常淬火溫度高出50?

80℃的溫度熱成形，對直徑或板簧厚度小于8?10mm的小彈簧，常用冷拔彈簧鋼絲冷卷成形。

［熱處理］:為保證彈簧具有高的強度和足夠的韌性，通常采用淬火+中溫回火。對熱成形

彈簧，可采用熱成形余熱淬火，對熱冷成形的彈簧，有時可省去淬火、中溫回火工藝，成形后只

需進行200?300℃進行去應力退火即可。彈簧鋼熱處理后通常進行噴丸處理，其目的是在彈簧

外表產生剩余壓應力，以提高彈簧的疲勞強度。

［性能］:硬度為40?48HRC,有較高的彈性極限和疲勞強度，以及一定的塑性和韌性。

常用合金彈簧鋼的牌號、化學成分、熱處理、力學性能及用途（摘自GB/T1222—1984）

熱

處

主要化學成分w/%力學性能應用

理

牌號

0b

淬火回火

85

/MP

CSiMnCrVW溫度溫度/MPa/%

a

/℃/℃

不小于

0.51.50.6W汽車、拖拉機、機車上的減振板

60Si2M870117

6?0?0?0.348012755簧和螺旋彈簧，氣缸平安閥簧，電

n油7

0.62.00.95力機車用升弓鉤彈簧，止回閥簧，

400還可用作250℃以下使用的耐熱彈

簧

0.40.10.50.80.1

用作較大截面的高載荷重要彈

6?7?0?0?0?850112

50CrVA500127510簧及工作溫度＜350℃的閥門彈

0.50.30.81.10.2油8

簧、活塞彈簧、平安閥彈簧等

47000

4.

0.20.12.00.51050

W00用作工作溫度W50CTC的耐熱彈

30W4Cr6?7?0?0??132

0.460014717簧，如鍋爐主平安閥彈簧、汽輪機

2VA0.30.32.50.811004

04.汽封彈簧等

4700油

50

注：表列性能適用于截面單邊尺寸W80mm的鋼材

四、軸承鋼

［軸承鋼性能要求］:主要用于制造滾動軸承的內圈、外圈、滾動體和保持架。滾動軸承

工作時，內、外圈與滾動體的高速相對運動使其接觸面受到強烈的摩擦，因此要求所用材料具有

高耐磨性；內、外圈與滾動體的接觸面積很小，載荷集中作用于局部區(qū)域，使接觸處容易壓出凹

坑，因此要求所用材料具有高硬度；內、外圈與滾動體的接觸位置不斷變化，受力位置和應力大

小也隨之不斷變化，在這種周期性的交變載荷作用下，內、外圈和滾動體的接觸外表會出現小塊

金屬剝落現象，因此要求所用材料具有高的接觸疲勞強度。此外，軸承鋼還應有一定的韌性和淬

透性。

滾動軸承結構滾動體

［化學成分］:滾動軸承鋼為高碳成分，w『=0.95%?1.10臨以保證高硬度和高耐磨性。主

要合金元素為Cr,wc,=0.40%?1.65%,Cr能提高淬透性，并與碳形成顆粒細小而彌散分布的碳

化物，使鋼在熱處理后獲得高而均勻的硬度及耐磨性。有時，軸承鋼中還參加Si和Mn以進一步

提高其淬透性，用于大型軸承。

［牌號］:牌號前用字母"G"表示滾動軸承鋼的類別，后附元素符號Cr和其平均含量的干及

其它元素符號。如GCr4、GCrl5、GCrl5SiMn,GCrl5SiMo,GCrl8Mo,目前應用最廣泛的是GCrl5。

［用途］:滾動軸承鋼雖是制作滾動軸承的專用鋼，但其成分與性能接近工具鋼，故也可

制作冷沖模、精密量具等工具，還可制作要求耐磨的精密零件，如柴油機噴油嘴、精密絲杠。

［熱處理］:預先熱處理為球化退火，可獲得細小均勻的球狀珠光體。其目的一是降低硬度(硬

度為170?210HB$),改善切削加工性能；二是為淬火提供良好的原始組織，從而使淬火及回火

后得到最正確的組織和性能。最終熱處理是淬火和低溫回火，獲得細回火馬氏體加均勻分布的細

粒狀碳化物及少量剩余奧氏體，硬度為61?65HRC。對精密的軸承鋼零件，為保證尺寸穩(wěn)定性，

可在淬火后立即進行冷處理(-60^^—80℃),以盡量減少剩余奧氏體量。冷處理后進行低溫回

火和粗磨，接著在120?130°C進行時效，最后進行精磨。

常用軸承鋼的牌號、化學成分、熱處理及用途〔摘自GB18254-2022〕

化學成分w/%力學性能

回火回火

牌號P應用

cCrMnSiVS淬火溫度/七溫度后硬

/℃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滾珠

654535

1.0.0.