渗碳型合金结构钢（渗碳钢）的化学成分特点

渗碳型合金结构钢（渗碳钢）的含碳量一般都在0.15%~0.25%范围内，对于重载的零部件，可以提高到0.25%~0.30%，以使心部在淬火及低温回火后仍具有足够的塑性和韧性，含碳量低是为了保证零件心部具有高的或较高的韧性。但含碳量不能太低，否则就不能保证一定的强度。为了提高钢的力学性能和淬透性以及其他热处理性能，在渗碳钢中通常加入的合金元素有Mn、Cr、Ni、Mo、W、V、B等。合金元素在渗碳钢中的作用是提高淬透性，细化晶粒，强化固溶体，影响渗层中的含碳量、渗层厚度及组织，利于大型零件实现渗碳后的淬火强化，即淬火渗碳零件的表层和心部均可获得马氏体组织，具有良好的综合力学性能，即表面具有高的硬度、耐磨性和接触疲劳强度，而心部具有高的强韧性。此外，钢的高淬透性，还有利于零件淬火时选择较低冷却能力的淬火介质，或采用等温淬火和分级淬火方法，因而可在保证淬火质量的同时减少零件的淬火变形。此外，钢中添加形成稳定碳化物的合金元素，如V、Ti、W等，使钢在渗碳温度下长时间渗碳时奥氏体晶粒不均长大。细小的晶粒，有利于零件渗碳后采用直接淬火法，既节约渗碳后重新加热淬火的能量，又可缩短生产周期，提高生产率和产品的热处理质量。
应当指出，钢中添加形成碳化物的合金元素，如Cr、Mo等，易使渗碳层的碳深度偏高，形成网状或块状碳化物，增大渗碳层的脆性，应采用正确的渗碳工艺加以预防，例如，气体渗碳时采用较低碳势的渗碳气氛。含B钢种价格较低，淬透性较好，但是，淬火变形较大和淬火变形的规律性较差，难以控制。
渗碳零件多数是比较重要的零件，要求力学性能和可靠性较高，例如，汽车、拖拉机的齿轮和活塞销，船舶、轧钢机和矿山机械的大型重载齿轮或高速重载齿轮，高强韧性轴承和凿岩机的活塞等。因此，渗碳钢对钢材的冶金质量和分学成分等的要求较高，绝大部分渗碳钢属于优质钢或高级优质钢(GB/T 699-1999《优质碳素结构钢》、GB/T 3077-1999《合金结构钢》)，该成分特点之一是杂质含量低；优质钢中磷、硫的质量分数均小于或等于0.04%，高级优质钢中磷、硫的质量分数均小于或等于0.03%。渗碳齿轮用钢冶金质量的要求见表1。
表1    齿轮用渗碳钢的冶金质量的要求
项目名称 检验标准 技术要求
非金属夹杂物 GB/T 10561-1989《钢中非金属夹杂物显微评定》“钢中非金属夹杂物评级图” 合金钢按GB/T 3077-1999规定
  氧化物≤3级 硫化物≤3级 氧化物+硫化物≤5.5级
带状组织 GB/T上13299-1991《钢的显微组织、游离渗碳体、魏氏组织带状组织评定方法》 齿轮渗碳钢要求不大于3级
晶粒度 YB过5148-1993《金属平均晶粒度测定》 通常要求钢的晶粒度不小于6级

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资料来源：东莞市弘超模具科技有限公司结构钢事业部
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