工程材料与热加工 第四章摘要.docx

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工程材料与热加工第四章摘要

第四章常用金属材料

§1.碳素钢（碳钢）

碳素钢的合金元素含量低，碳素钢中的碳质量分数小于2.11％，通常碳素钢中还含有C、Si、Mn、S、P等合金元素。

一.碳素钢的分类及各元素对钢性能的影响

1．碳素钢的分类

碳素钢可按碳质量分数、质量和用途等不同进行分类。

低碳钢<=0.25%

中碳钢0.25%~.065%

高碳钢>=0.60%

①按碳质量分数分类

普通质量钢S<=0.025%;P<=0.045%;

优质钢S<+0.035%;P<=0.035%

高级优质钢S<+0.02%;P0.030%;

②按质量分类

碳素结构钢

优质碳素结构钢

碳素结构钢

铸造碳钢

③按用途分类

2．碳素钢中各元素对钢性能的影响

碳素钢中碳是主要元素，对钢的性能起主要作用。

通常钢中还含有Mn、Si、S、P等元素，它们对钢的性能有一定的影响。

（1）C的影响如图4-1所示。

碳质量分数小于0.9％时，随碳质量分数的增加，钢的强度、硬度呈直线上升，而塑性、韧性下降。

当碳质量分数大于0.9％时，硬度继续上升，而强度开始下降，塑性、韧性继续下降。

（2）Mn的影响是碳素钢中的有益元素。

碳素钢中通常Mn含量在0.25％～0.80％,最高可达0.70％～1.2％。

Mn与S、O可形成MnO、MnS，可起到脱氧去硫的作用，从而可降低钢的热脆性；Mn可溶于铁素体中形成置换固溶体，使铁素体固溶强化，从而提高钢的强度和硬度。

（3）Si的影响Si是钢中的有益元素。

Si可溶于铁素体中，使钢得到固溶强化。

（4）S的影响S是钢中的有害元素。

S与Fe几乎不溶解，常以FeS形式存在于钢中。

FeS与Fe在钢中形成低熔点的共晶体（熔点983℃），分布在晶界上，在始锻温度1000～1200℃进行加热时，共晶体（FeS+F）将熔化，使钢产生热脆现象。

这种热脆现象的出现导致钢在锻造时发生开裂，所以钢中的含S量必须严格控制。

（5）P的影响P是钢中的有害元素。

P能溶于铁素体，使铁素体固溶强化，可提高钢的强度和硬度，但塑性、韧性急剧下降。

P形成的Fe3P极脆。

含P量高时，在室温或较低温度进行加热时易变脆开裂，称为冷脆。

所以含P量必须严格控制。

二.碳素结构钢与优质碳素结构钢

1．碳素结构钢

碳素结构钢是工程中应用最多的钢种，约占钢总产量的70％～80％，其中大部分用作工程结构件，少量用作普通零件。

碳素结构钢的牌号由钢的屈服强度的拼音字首“Q+σS+质量等级+脱氧方法”组成。

为区分质量等级，在数值后加A、B、C、D四个等级。

为区分脱氧方法，在等级后加F（沸腾钢）、b（半镇静钢）、Z（镇静钢）、TZ（特殊镇静钢）；Z、TZ在牌号中不标出。

碳素结构钢的用途：

Q195、Q215、Q235A、Q235B等钢塑性较好，有一定的强度，通常扎制成各种型材，如钢板、钢管等，大量用于桥梁、建筑、车辆等行业；也可用于制造普通螺钉、螺帽、铆钉等。

Q235C、Q235D可用于重要的焊接件。

Q235、Q275强度较高，可轧制成型钢、钢板作结构件用。

这类钢只保证力学性能。

一般情况下，在热轧状态使用，不再进行热处理。

2．优质碳素结构钢

一般用平炉或电炉进行冶炼。

其中S＜0.035％、P＜0.035％，化学成分加以严格控制，塑性、韧性较高，多用于制造重要的零件。

碳的含量根据要求不同而定。

这类钢既保证化学成分，又保证力学性能。

这类钢HBS、σS、σb高，经热处理后力学性能较好。

钢的牌号用2位数字表示，数字表示钢的平均含碳量的万分数。

牌号自08～80，中间为5进制，共33种。

不同牌号的优质碳素结构钢，因含碳量不同其力学性能有较大差别。

08、10钢，含碳量很低，故强度低而塑性很好，可用来制作冲压件。

15～25钢，属低碳钢，σb不高，而塑性韧性较好，具有良好的冲压性和可焊性，可用来制作强度要求不高而有一定塑性和韧性的零件，如冲压件、螺钉、螺帽、钢管、钢带等。

这类钢经渗碳淬火后可获得表面硬度高而心部韧性好的性能，常用作渗碳用钢，亦称碳素渗碳钢。

30～50钢，属中碳钢，经调质处理后使用，可获得既有一定强度和硬度，又有一定塑性和韧性良好配合的综合力学性能，亦称碳素调质钢，可制作锻件、热冲压件、冷镦件、齿轮、轴类等零件。

55～80钢，其含碳量较高，强度高而塑性低，具有一定的耐磨性，经热处理后有很高的弹性极限，常用于制造各种弹性零件，亦称碳素弹簧钢。

也可用作耐磨零件和机车车轮等。

三.碳素工具钢

碳素工具钢含碳量较高（0.65％～1.35％）。

碳素工具钢按S、P含量分为2组：

第一组是高级优质钢：

S≤0.020％,P≤0.030％；

第二组是优质钢：

S≤0.030％，P≤0.035％。

碳素工具钢的牌号是用“碳或T+数字”表示，数字表示钢的平均碳质量分数的千分数。

若是高级优质碳素工具钢，则在钢号数字后加一个“高”或“A”，如T8A或碳8高。

如有T8Mn或T8MnA，则表示碳质量分数为0.8％,含Mn量较高的碳素工具钢或高级碳素工具钢。

碳素工具钢一般经淬火+低温回火后使用，硬度大于64HRC。

随着碳质量分数的增加，热处理后钢的耐磨性提高，而塑性、韧性降低。

由于碳素工具钢的淬透性不高，故适用于小尺寸的模具、刀具和量具等。

T7、T8硬度高，韧性较高，可制作冲头、凿子、锤子等工具；T9、T10、T11硬度高，韧性适中，可制作钻头、刨刀、丝锥、手锯条等刃具及冷作模具等；T12、T13等硬度高，韧性较低，可制作锉刀、刮刀等刃具及量规、样套等量具。

工作温度一般不超过180℃，否则硬度急剧下降

四.铸造碳钢

用于铸造的碳素钢称为铸造铸钢，简称铸钢。

对于形状复杂，而性能要求较高的零件，用锻件及铸件的材料达不到要求时，可选用铸钢件来制造。

碳素铸钢一般是亚共析钢，碳质量分数在0.15％～0.60％之间.

铸钢的牌号是用铸钢2字的拼音首字“ZG”加2组数字组成，第一组数字表示屈服强度，第二组数字表示抗拉强度。

如ZG230——450表示铸钢屈服强度σS为230MPa和抗拉强度σb为450MPa。

五.低淬透性含钛优质碳素结构钢

低淬透性含钛优质碳素结构钢的淬透性很低。

常用于制作小模数齿轮，淬火后淬硬层可沿齿面分布，而齿根及齿轮心部未淬硬而具有较好的塑性和韧性，得到表面硬度高，耐磨性好，心部强韧的性能。

小模数齿轮如选用碳素结构钢来制造，淬火后整个齿轮都被淬硬并具有脆性，在冲击载荷作用下容易导致齿根断裂。

这类钢含钛量较高，ωTi=0.03％～0.12％,不含其他合金元素,经济性好,因此,广泛用于制造汽车、拖拉机等的小模数齿轮和轴等零件。

低淬透性含钛优质碳素结构钢的牌号以2位数字加D、Ti表示。

数字表示平均碳质量分数为万分数，D表示低淬透性，Ti表示含钛量。

如55DTi表示平均碳质量分数为0.55％的低淬透性含钛优质碳素结构钢。

§2.低合金钢与合金钢

一.低合金钢与合金钢的分类、牌号及合金元素在钢中的作用

低合金钢与合金钢是以合金元素含量多少区分的，

低合金钢又可按质量等级和主要特性分为：

普通质量低合金钢、优质低合金钢、特殊质量低合金钢。

合金钢也可按质量等级分为：

优质合金钢、特殊质量合金钢。

在实际生产中常将低合金钢与合金钢混合按用途和性质分类，统称为合金钢。

合金钢按用途和性能分类如下。

2．合金钢的编号

编号方法原则采用“数字+化学元素符号+数字”的方法。

（1）合金结构钢前面数字表示钢的平均碳质量分数的万分数，元素符号表示钢中所含的合金元素，直接用化学符号（或汉字）表示，化学符号后面的数字表示合金元素平均含量的百分数。

合金元素的平均含量≥1.5％、≥2.5％、≥3.5％…时，则相应以2，3，4…表示。

如0.37％～0.45％C,0.80％～1.10％Cr的铬钢，以40Cr（或40铬）表示；含0.57％～0.65％C,1.5％～2.0％Si、0.80％～1.10％Mn的硅锰钢,以60Si2Mn（或60硅2锰）表示；12CrNi3表示平均碳质量分数为0.20％、Cr＜1.5％、Ni≥3.0％。

如含S、P量较低的高级优质钢，则在钢号的末尾加以符号“A”或“高”字，如20Cr2Ni4A，表示平均碳质量分数为0.20％、Cr=2.0％、Ni=4.0％的高级优质合金钢；又如12Mn2A，表示平均碳质量分数为0.12％、Mn=2.0％的高级优质合金钢。

（2）滚动轴承钢与易切钢滚动承钢的牌号由滚字的拼音字首“G+平均铬质量分数的千分数”组成，平均碳质量分数不标出。

如GCr15（滚铬15）表示平均含铬量为1.5％的滚动轴承钢

易切钢在牌号前加易字的拼音字首“Y”，后面数字表示平均碳质量分数的万分数。

（3）合金工具钢合金工具钢的编号方法与合金结构钢相似，区别的是平均碳质量分数≥1.0％时不标出，＜1.0％时以千分数表示。

如9SiCr表示平均碳质量数为0.9％，Si、Cr的平均含量＜1.5％；CrMn表示平均碳质量分数≥1.0％，Cr、Mn平均含量＜1.5％。

对于高速钢不论碳质量分数多少，均不标出。

（4）特殊性能钢特殊性能钢的编号方法也与合金工具钢基本相似，牌号前面的数字表示平均碳质量分数的千分数。

如9Cr18表示平均碳质量分数为0.9％，平均含铬量为18％。

当平均碳质量分数≤0.03％及0.08％时，在钢号前分别标以“00”及“0”。

如00Cr18Ni10表示平均碳质量分数≤0.03％、含铬量为18％、含镍量为10％；又如0Cr19Ni9表示平均碳质量分数≤0.08％、平均含铬量为19％、平均含镍量为9％。

3．合金元素在钢中的作用

合金钢中常用的合金元素有Mn、Si、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr、Ni、RE等。

这些合金元素在钢中与碳、铁的作用对钢的相变、组织和性能起着重要的影响。

（1）合金元素对钢的基本相的影响碳钢中的基本相为F、Fe3C、A（高温）。

钢中加入合金元素后，合金元素与基本相作用生成合金相，主要有合金铁素体、合金渗碳体、合金奥氏体。

1）对铁基固溶体的影响合金元素能溶于α-Fe和γ-Fe形成铁基固溶体。

与碳钢相似，铁基固溶体可进行多形态转变，固溶度也不同，组成合金钢的各种组织。

C、N与Fe形成间隙固溶体，其他合金元素与Fe形成置换固溶体。

合金元素溶入铁素体形成合金铁素体，使其性能发生很大的变化。

若合金元素原子半径与铁的原子半径相差较大时，则晶格畸变就大，固溶体强化效果就大，则钢的硬度上升也显著。

合金元素含量适当时可提高钢的韧性，若合金元素超过含量时韧性降低，故合金元素的含量应严格控制。

合金元素溶入奥氏体中可使过冷奥氏体的稳定性增加，从而提高合金的淬透性。

2）对碳化物的影响合金钢中碳化物的类型、数量、形态及分布状况对钢的力学性能影响很大。

根据合金元素与碳的亲和力大小，分为：

非碳化物元素，如Ni、Si、Al、Cu、Co、N、B等，这类元素主要形成铁基固溶体，不形成碳化物。

碳化物形成元素，如Ti、V、Nb、W、Mo、Cr、Mn、Zr、Fe等，其中：

Cr、Mn属弱碳化物形成元素，含量小时，可形成铁基固溶体，含量多时一部分溶入渗碳体形成合金渗碳体，当含量较多时形成特殊碳化物；Ti、Mo、W、V、Nb为强碳化物形成元素，含量少时形成合金渗碳体，含量多时大部分形成特殊碳化物。

渗碳体是亚稳定的化合物，渗碳体中的Fe和C的亲和力较弱。

当合金元素溶入渗碳体中后可增加Fe和C的亲和力，提高渗碳体的稳定性。

合金元素还能阻止奥氏体晶粒的长大，以获得细晶组织。

特殊碳化物的结构稳定，合金元素与碳之间有很强的亲和力。

其特点是高熔点、高硬度，稳定性好，加热时不易聚集长大，并能阻止奥氏体晶粒长大。

（2）合金元素对Fe-C状态图的影响合金元素的加入对铁碳合金状态图的相区、相变温度、共析成分等都有影响。

影响奥氏体区域，可将合金元素分为2大类：

①凡能扩大A区的合金元素可使N点上升，E、S点向左移，G点、A1线下降。

主要有Mn、Ni、Co、C、N、Cu等元素。

当钢中这类合金元素含量达到一定程度时，在室温下可获得稳定的奥氏体组织，称为奥氏体钢。

②凡能缩小并封闭A区的合金元素可使N点降低，E、S点向右移，G点、A1线升高主要有Cr、Si、V、Mo、W、Ti、Al等元素。

当钢中这类合金元素含量达到一定程度时，在室温下可获得单相铁素体组织，称为铁素体钢。

由于在高合金钢中可得到奥氏体钢和铁素体钢，而使钢具有耐酸不锈、耐热、耐低温、无磁性等特殊性能。

由于合金元素的作用，使铁碳合金状态图的S、E点的碳质量分数降低（即向左移），这类合金钢的碳质量分数不再是碳钢珠光体的碳质量分数0.77％，而是少于0.77％；出现莱氏体组织最低碳质量分数不再是2.11％而是少于2.11％；出现共晶莱氏体的碳质量分数不再是4.3％，而是少于4.3％。

铸态就有莱氏体产生，称为莱氏体钢。

（3）合金元素对热处理的影响

1）金元素对钢加热时奥氏体化的影响合金钢加热时的奥氏体化过程与碳钢相同，即通过晶核的形成、长大、碳化物的溶解及成分的均匀化等过程。

而这一过程基本上是由碳的扩散来控制，这主要是由于合金元素的加入改变了碳在钢中的扩散速度所致。

如Co、Ni提高碳在奥氏体中的扩散速度而增大了奥氏体的形成速度；Mo、W、V、Ti等合金元素与碳形成高稳定性的合金碳化物，阻碍碳的扩散，则减慢奥氏体形成速度；Si、Al、Mn等合金元素对奥氏体形成速度影响不大。

合金元素对奥氏体的晶粒度也有不同程度的影响。

除Mn和P外，大多数合金元素都阻碍奥氏体晶粒长大。

因此，一般合金钢应采用较高的加热温度和较长的保温时间的方法来促使奥氏体成分均匀化。

对于高合金钢需进行一次或两次预热方可加热到淬火温度，以防止产生变形、开裂或其他缺陷。

从以上分析可知，当合金钢加热并形成奥氏体，除Mn、P外，几乎大多数合金元素都能减慢奥氏体晶粒长大的倾向，这主要是形成特殊碳化物后在高温下比较稳定，不易溶于奥氏体，从而起到阻碍奥氏体晶粒长大的作用，使得钢在高温下较长时间的加热仍能保持细晶粒组织，这是合金钢的一各重要特性。

2）合金元素对过冷奥氏体转变的影响除Co外，大多数溶于奥氏体的合金元素都使过冷奥氏体的稳定性增大，使C曲线向右移，增大合金钢的淬透性。

但一些强碳化物元素（如Ti、V、W）当淬火加热温度不高时，合金碳化物或合金渗碳体未溶入奥氏体中，这些未溶碳化物颗粒在冷却时成为珠光体转变的晶核，加速了奥氏体的分解，使C曲线向左移，使淬透性降低。

碳化物形成元素Cr、Mo、V等不仅使C曲线向右移，而且还使C曲线形状发生变化，形成上下两个C曲线，上部的C曲线为珠光体转变区，而下部的C曲线为贝氏体转变区。

3）合金元素对马氏体转变的影响除Co、Al外，大多数合金元素在不同程度上使马氏体转变Ms和Mf线降低并增加了残余奥氏体的含量。

4）合金元素对淬火钢回火转变及性能的影响合金钢回火过程的组织转变与碳钢相似，也是马氏体分解、残余奥氏体转变、碳化物形成、析出和聚集的过程。

但由于合金元素的加入，使合金钢在回火转变时具有如下特点：

①提高合金钢的回火稳定性即钢在较高温度回火时仍能保持较高的强度和硬度。

碳化物形成元素和非碳化物形成元素在合金钢回火时都阻碍马氏体的分解及碳化物的析出和聚集，因此在相同碳质量分数及相同回火温度下，合金钢的硬度要比碳钢高；而在相同硬度要求下，合金钢可在较高温度回火，使内应力消除较彻底，因而塑性和韧性也较好。

②合金钢有2次淬火和2次硬化现象合金元素对残余奥氏体转变的影响与对过冷奥氏体的影响相似，也是减缓残余奥氏体的分解速度，或提高残余奥氏体分解转变温度。

当合金元素含量较高时，残余奥氏体十分稳定，加热到500～600℃温度范围回火时也不分解，而在冷却时有部分残余奥氏体转变为马氏体，使钢的硬度提高，这种现象称为2次淬火。

当含W、Mn、V、Cr、Ti等合金元素量较高时，在一定的回火温度下（500～600℃）会直接从马氏体中析出弥散分布，颗粒细小的特殊碳化物、使钢的硬度不但不会下降，反而有所升高，这种现象称为2次硬化

③回火脆性有些合金钢淬火后，在某一温度范围回火后出现脆化现象，称为回火脆性。

回火脆性一般出现在250～350℃与500～650℃两个温度范围，使钢的韧性显著降低。

250～350℃回火产生的回火脆性称为低温回火脆性或第一类回火脆性；在500～650℃回火产生的回火脆性称为高温回火脆性或第二类回火脆性。

无论是碳钢或合金钢淬火后形成马氏体的钢，在300℃附近回火都有不同程度的低温回火脆性，它与回火后的冷却速度无关，这种回火脆性无法消除，因此又称不可逆回火脆性。

产生第一类回火脆性的原因是马氏体晶界上析出极细、断续的薄片渗碳体，从而造成低温回火脆性。

为避免第一类回火脆性的发生，回火时应避开250～350℃温度范围，或用等温淬火方法避免这种回火脆性。

在合金钢中，尤其是含Cr、Ni、Si、Mn等元素的合金钢，在500～650℃温度范围回火时，将发生第二类回火脆性。

这类回火脆性与冷却速度有关，如加热至650℃以上缓慢通过500～650℃脆化温度，将出现脆性；如快速通过500～650℃，将抑制脆化的出现，故又称为可逆回火脆性。

产生第二类回火脆性的原因，一般认为杂质元素P、Sn、Sb在原奥氏体晶界上偏聚有关，偏聚愈大，回火脆性愈严重。

为防止第二类回火脆性的关键是如何消除杂质元素向晶界偏聚。

第一，冶炼时提高钢的纯度，减少杂质元素的含量；第二，采用回火时快速冷却，抑制元素偏聚；第三，在钢中加入适量的Mo、W，也可阻止杂货元素的偏聚；第四，采用二次淬火改善杂质元素的分布情况。

二.合金结构钢

合金结构钢是制造各种机器及各类工程结构的重要钢种，用于碳素结构制造零件的性能不能满足要求的零件，其用途广，合金结构钢可分工程结构钢和机器结构钢。

1．工程结构钢

（1）低合金结构钢

低合金结构钢按强度可分为铁素体-珠光体钢，低碳贝氏体钢和低碳马氏体钢，主要用于建筑、船舶、桥梁、运输工具、高压容器、输油管、军工等方面的构件用钢。

由于这些构件或零件一般结构尺寸大，形状复杂，难以进行热处理，因此低合金结构钢都以热轧型材供应，它具有一定的综合力学性能和屈强比，此构件大多数以冷塑性变形和焊接方法制造，并要求具有较好的压力加工和焊接性能及耐侯性和耐冷脆性等。

低合金结构钢是一种低碳、低合金的结构钢，其碳质量分数小于0.2％，合金元素总量小于3.0％，这类钢与碳质量分数相同的碳钢相比具有较高的强度，故又有“低合金高强度钢”之称。

低合金结构钢主要加入少量的Mn、Ti、V、Nb、Cu、P等元素来提高其性能。

Mn是强化的基本元素，含量在1.8％以下，除固溶强化外，还可使S点（A3）左移，细化铁素体晶粒，使珠光体片细薄，所以Mn既可提高强度又可改善塑性。

Ti、Nb、V等合金元素可生成微细碳化物分布在铁素体、珠光体基体上，起到细化晶粒和弥散强化的作用，从而使钢的强度和韧性得到提高。

Cu、P可提高钢对大气的抗蚀能力，但含P量不能太高，否则会使钢产生冷脆现象，因此必须严格限制其含量。

低合金结构钢一般不进行热处理，在热轧正火状态使用，

（2）造船用钢和锅炉用钢

造船用钢和锅炉用钢是两种专用于造船和锅炉制造的低合金结构钢，由于用量很大，故有专用的牌号供选用。

造船用钢要有一定的抗蚀性，其含P量不能太低，同时要求有良好的焊接工艺，因此其碳质量分数不能太高。

锅炉用钢要有一定抗氧化性，其含Si量不能太低，以保证Si元素在高温下形成致密的氧化膜覆盖于钢的表面，并能提高钢的强度、韧性等力学性能，但锅炉用钢的碳质量分数也不能太高，以利于焊接成型，铜与氧会生成脆性化合物，因此含铜量要严格控制。

2．机器结构用钢

机器结构钢是最常用的合金结构钢之一，常用的有以下钢种。

（1）合金调质钢

合金调质钢是指淬火+高温回火（调质处理）后使用的结构钢。

经调质处理后的组织为回火索氏体，具有良好的综合力学性能。

调质钢属中碳钢，碳质量分数为0.30％～0.50％,碳质量分数过低,热处理后硬度不高；碳质量分数过高,则韧性不足。

调质钢中含有较多的Mn、Cr、Si、Ni、B等合金元素，它们主要作用是可固溶强化铁素体，增加淬透性，所以淬透性是调质钢的一个重要性能；另外含有少量的Mo、W、V等辅加元素，其作用是强碳化物形成元素，能细化晶粒，提高回火稳定性，防止第二类回火脆性。

调质钢按淬透性大小可分三类：

1）低淬透性合金调质钢主要牌号有40Cr、40MnB等。

合金元素的总量小于2.5％，淬透性低，但综合力学性能及工艺性能较好，可用于制造中等截面的零件。

如汽车、拖拉机等中小截面的重要调质件的轴、连杆、齿轮等。

2）中淬透性合金调质钢主要牌号有35CrMo、40CrNi等。

合金元素总量不大于3.5％，淬透性有所提高，可用于制作大截面、重载齿轮、曲轴和连杆等。

3）高淬透性合金调质钢主要牌号有40CrNiMoA、40CrMnMo等。

合金元素的总量可达4.0％以上，淬透性高，可用于制作承受重载的重要零件。

如汽轮机的主轴、叶轮等。

（2）合金渗碳钢

合金渗碳钢的一般热处理工艺是在渗碳后直接淬火、再进行低温回火，则可得到渗碳件表层具有较高的硬度和耐磨性的高碳回火马氏体+残余奥氏体+合金渗碳体，硬度可达到60～662HRC。

而心部一般为铁素体+屈氏体+少量低碳马氏体，硬度约为25～40HRC；如果心部淬透，则心部组织为低碳回火马氏体，硬度可达40～48HRC，具有表面硬度高，心部强度、韧性好的性能。

合金渗碳钢的碳质量分数较低，一般碳质量分数为0.10％～0.25％，但碳质量分数不能太高，否则会减少渗碳层的厚度，并降低钢的韧性。

合金渗碳钢中主要合金元素有Cr＜2.0％、Ni＜4.5％、Mn＜2.0％、B＜0.005％。

这些合金元素具有固溶强化的作用，并能提高钢的淬透性，使钢热处理后表层至中心强韧化；除上述元素外，还可加入辅助合金元素，V＜0.2％、Mo＜0.6％、W＜1.2％、Ti＜0.1％等强碳化物形成元素，这些元素有细化晶粒、抑制钢在渗碳时奥氏体晶粒长大的作用，可起到改善钢的渗碳工艺性能。

渗碳钢按淬透性大小可分为三类:

1）低淬透性合金渗碳钢如15Cr、20Cr、20CrMn、20Cr2等。

合金元素总量较少，淬透性较低，经渗碳后淬火与低温回火后心部强度较低，强度与韧性配合较差，主要用于制造受力不大，强度、耐磨性要求不高的零件，如柴油机的凸轮轴、小齿轮、滑块和小轴等。

2）中淬透性合金渗碳钢如20CrMnTi、12CrNi3A、20Mn2TiB、20CrMnMo等。

这类钢的合金元素含量较高（≤4.0％），淬透性较好，热处理后表面硬度高，而心部强度、韧性较好，这类钢可用作制造汽车、拖拉机上承受冲击载荷的齿轮、轴、花键轴和凸轮盘等。

3）高淬透性合金渗碳钢如20Cr2Ni4A、18Cr2Ni4WA、12Cr2Ni4A等。

合金元素总量在4.0％～6.0％之间，主要合金元素有Cr＜1.65％、Ni＜4.5％，淬透性很大，经渗碳、淬火与低温回火后心部强度很高，强度与韧性配合很好，可用作制造重载、大截面、强韧性和耐磨性要求高的重要零件，如内燃机车、飞机、坦克用的齿轮、轴、曲轴、连杆及汽缸头的精密螺栓等。

（3）合金弹簧钢

弹簧钢是一种专用结构钢，专用于制造各种弹簧或类似零件。

弹簧是各种机器和仪表中用于储能或隔振的专用零件，性能要求较高，所以要求弹簧具有高的抗拉强度，高的屈服比（σS/σb），高的疲劳强度，并具有足够的塑性和韧性以及良好的表面质量，同时还要求有较好的淬透性和低的脱碳敏感性，在冷态或热态下绕卷成型。

弹簧钢的碳质量分数为0.5％～0.7％之间。

碳素弹簧钢的碳质量分数较高（0.6％～0.85％），而合金弹簧钢的碳质量分数较低（0.4％～0.7％），以保证钢具有高强度、高硬