滲碳合金結構鋼(carburised alloy structural steel)

經表面滲碳和適當熱處理的低碳合金鋼簡稱滲碳鋼。經過這種工藝處理的零件整體有足夠高的強度和韌性，而表面則具有高硬度和耐磨性。這類鋼是表面硬化合金結構鋼中開發最早，用途最廣的一種。它們廣泛用于制造齒輪、銷桿及軸類等，在使用過程中承受彎曲、沖擊、交變等多種負荷，而且相互之間還有一定接觸應力導致相對摩擦的零部件。

技術要求 滲碳鋼應具備的主要性能有：強度、韌性、表面硬度和工藝性能。

強度 滲碳鋼要有足夠高的強度。例如齒輪在滲碳后心部應有足夠高的屈服強度，以保證齒輪齒部經受彎曲負荷時，在滲碳層出現裂紋以前，心部或過渡層不發生塑性變形。實踐證明，隨著心部強度的提高，滲碳層的強度也隨之提高。

沖擊韌性 滲碳鋼要有良好的沖擊韌性。由于滲碳層的硬度高，而韌性較低，在沖擊負荷下，滲碳件往往在滲碳層先產生裂紋。因此，為了要提高滲碳件的韌性，首先要改善滲碳層的組織，提高滲碳層的韌性，使裂紋不易產生。其次，要使心部具有高的韌性，以便一旦滲碳層形成裂紋，不會迅速擴展到整個斷面，發生脆性破壞。

表面硬度 滲碳鋼的表面層要有高的硬度(HRc56～63)，才能有好的耐磨性，保證滲碳件不過早磨損或因接觸疲勞破壞而失效。

工藝性能 滲碳鋼應具有一般結構鋼所具有的鍛造性、切削性。在熱處理方面，除要求過熱敏感性小和淬火變形小以外，還要求有良好的滲碳適應性，即滲碳速度快、表面碳含量適合、過渡層平緩、滲碳層的殘余奧氏體量少等。

合金化 其目的主要是提高鋼的淬透性。根據滲碳零件的非均質特點，滲碳鋼的合金化應從基體(心部)和滲層兩個方面來考慮。

熱處理滲碳鋼零件的熱處理包括機械加工前的預處理和最終處理。預處理的目的是消除鍛造應力及保證適當的硬度，改善切削加工性能。根據不同鋼種和預處理要求進行不同的預處理：正火、正火+回火、淬火+回火。例如制造齒輪的20CrMnTi鋼鍛造后進行950～970℃正火是為了消除鍛造應力，并保證進行正常切削加工所需的硬度。淬透性高的中合金滲碳鋼18Cr2Ni4wA在正火后得到馬氏體組織，硬度很高，必需再進行高溫回火進行軟化。12CrNi3A齒輪鋼則需用調質來改善切削加工性能。最終處理的目的是使滲碳鋼零件達到規定的性能要求。滲碳后一般進行淬火和低溫回火處理。根據鋼種和性能要求的不同，可以進行各種組合的最終處理。

滲碳后仍能保持細晶粒，淬火時表面層不易出現網狀碳化物的鋼和在滲碳后不再需要切削加工的零件(如20CrMnTi鋼制齒輪)，可以采用滲碳后直接淬火+低溫回火工藝。直接淬火工序簡單，成本低，變形小，而且滲碳層的殘余奧氏體量少。這是目前許多工廠都采用的工藝。

滲碳時晶粒易長大的鋼，或滲碳后需要進行切削加工的零件，則需要采用滲碳后先冷卻、然后再進行淬火+低溫回火工藝。滲碳時晶粒長大，而力學性能又要求很高的零件有時還采用二次淬火+低溫回火工藝。采用二次淬火零件變形較大，有時第一次淬火可用正火代替，以減少變形。

中合金高淬透性滲碳鋼在淬火前還要求進行一次或多次高溫回火，這樣可以降低淬火后滲層中的殘余奧氏體量，同時可以降低零件硬度和改善切削加工性能。一些心部具有很高的綜合力學性能而表面又需要有高的硬度和耐磨性的重載滲碳部件，在淬火時先放入200℃左右的鹽浴中進行等溫處理，然后再進行500～550℃高溫回火，最終進行低溫回火。這樣，滲碳層既可得到高碳的回火馬氏體，從而保持高的硬度和耐磨性，而心部保持回火索氏體以保證高的強韌性。

分類滲碳合金結構鋼按淬透性和強度高低可以分為三大類：低淬透性滲碳鋼、中淬透性滲碳鋼和高淬透性滲碳鋼。

(1)低淬透性滲碳鋼(鞏蘭800～1000MPa)，包括合金元素含量較低的錳鋼、錳釩鋼、鉻鋼、鉻釩鋼，它們用于不重要的齒輪、軸件以及小齒輪、小軸、活塞銷等滲碳件。

(2)中淬透性滲碳鋼(鞏蘭1000～1200MPa)，包括合金元素含量較高的鉻錳鋼、鉻錳鈦鋼、鉻錳鉬鋼以及多元素含硼鋼。用于汽車、拖拉機主齒輪、活塞銷等滲碳件。

(3)高淬透性滲碳鋼(鞏蘭>1200MPa)，包括鉻鎳鋼、鉻錳鉬鋼、鉻鎳鎢鋼等多元素中合金鋼，用于大型及重要的齒輪、軸件等滲碳件。

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