合金钢是为了改善钢的组织和性能，在碳钢的基础上有目的地加入一些元素而制成的，常加入的合金元素有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、钛、铝、硼、稀土元素等。与碳钢相比，合金钢的淬透性、回火稳定性等性能显著提高，故应用日益广泛。
1.合金钢的分类
合金钢的分类方法很多，但最常用的是下面两种分类方法。
（1）按合金元素总含量多少分类
①低合金钢：合金元素总含量为＜5%；
②中合金钢：合金元素总含量为5%～10%；
③高合金钢：合金元素总含量为＞10%。
（2）按用途分类
①合金结构钢：用于制造工程结构和机械零件的钢；
②合金工具钢：用于制造各种量具、刀具、模具等的钢；
③特殊性能钢：具有某些特殊物理、化学性能的钢，如：不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。
2.合金钢的牌号、性能及应用
合金钢牌号是按其碳含量、合金元素的种类及含量、质量级别来编制的。
（1）合金结构钢
合金结构钢指用于制造重要工程结构和机械零件的钢。合金结构钢的牌号用“两位数字+元素符号+数字”表示。前面两位数字代表钢中平均碳的质量分数的万倍；元素符号代表钢中含的合金元素；最后的数字表示该元素平均质量分数的百倍。如为高级优质钢，则在钢号后加符号“A”。
①低合金结构钢。低合金结构钢是在碳素结构钢的基础上，加入少量的合金元素（含量小于3%）。其主要加入的合金元素为Mn，强化了铁素体，提高了强度；V，Ti等元素使晶粒细化，使韧性提高。低合金结构钢主要用于建筑、桥梁、车辆、船舶等，以16Mn应用最广。常用低合金钢的牌号、性能及应用见表2-17。
表2-17 常用低合金钢的牌号、性能及应用
②合金渗碳钢。含碳量为0.1%～0.2%，以保障芯部具有足够的韧性，合金含量小于3%。主加元素为Cr、Mn、Ti、V，提高了淬透性，使晶粒细化，耐磨性提高。
主要用于表面要求硬而耐磨，芯部具有足够强度和韧性的零件，如：汽车变速箱的齿轮等。常用渗碳钢的牌号、性能及应用见表2-18。
表2-18 常用渗碳钢的牌号、力学性能及应用
③合金调质钢。含碳量为0.25%～0.5%，主加元素为Cr、Mn、Si、Ni等，以提高淬透性和强化铁素体。调质钢具有良好的综合力学性能。合金调质钢广泛用于制造汽车、拖拉机、机床和其他机器上的各种重要零件，如：齿轮、轴类件、连杆等。常用合金调质钢的牌号、热处理温度、力学性能及应用见表2-19。
表2-19 常用合金调质钢的牌号、热处理、力学性能及应用
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④合金弹簧钢。它具有高的弹性、疲劳强度及冲动韧度，含碳量为0.5%～0.7%，主加元素为Cr、Mn、Si等，以提高淬透性和弹性极限。合金弹簧钢是一种专用结构钢，主要用于制造各种弹簧和弹性元件。常用合金弹簧钢的牌号、化学成分、热处理温度、及力学性能见表2-20。
表2-20 常用合金弹簧钢的牌号、化学成分、热处理及力学性能
⑤滚动轴承钢。其碳质量分数一般为0.95%～1.10%，以保证其高硬度、高耐磨性和高强度。铬为基本合金元素，铬含量为0.40%～1.65%。高碳低铬，主要用来制造滚动轴承的滚动体（滚珠、滚柱、滚针）、内外套圈等，属专用结构钢，如：GCr15。常用滚动轴承钢的牌号、化学成分、热处理温度及回火后硬度见表2-21。(www.xing528.com)
表2-21 常用滚动轴承钢的牌号、化学成分、热处理温度及回火后硬度
（2）合金工具钢
合金工具钢与合金结构钢在牌号表示上的区别在于碳含量的表示方法不同。当ωC＜1%时，牌号前面用一位数字表示平均碳的质量分数的千倍；当ωC≥1%时不标碳含量。高速钢不论碳含量多少，都不标出，但当合金的其他成分相同，仅碳含量不同时，则在碳含量高的牌号前加“C”。
碳素工具钢易加工，价格便宜，但其热硬性差，淬透性低，且容易变形和开裂。合金工具钢具有更高的硬度、耐磨性和红硬性，所以尺寸大、精度高、形状复杂及工作温度较高的工具都采用合金工具钢制造。
合金工具钢按用途分为刃具钢、量具钢和模具钢三大类。
①合金刃具钢。合金刃具钢主要用于制造各种金属切削刀具，如：车刀、铣刀、钻头等。
对合金刃具钢的性能要求：高的硬度和耐磨性，高的热硬性，足够的强度、塑性和韧性。合金刃具钢又分为低合金刃具钢和高速钢。低合金刃具钢是在碳素工具钢的基础上加入少量的合金元素的钢制成的，其最高工作温度不超过300℃。
9SiCr是最常用的低合金刃具钢，被广泛用于制造各种薄刃刀具，如：板牙、丝锥、绞刀等。常用低合金刃具钢的牌号、热处理、硬度及应用见表2-22。
表2-22 常用低合金刃具钢的牌号、热处理、硬度及应用
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高速钢是一种具有高硬度、高耐磨性和高耐热性的工具钢，又名风钢或锋钢，意思是淬火时即使在空气中冷却也能硬化并且很锋利。它是一种成分复杂的合金钢，含有钨、钼、铬、钒、钴等，合金元素总量达10%～25%。它在高速切削产生高热情况下（约500℃）仍能保持高的硬度，HRC在60以上，这就是高速钢最主要的特性——红硬性。
高速钢的热处理工艺较为复杂，必须经过退火、淬火、三次回火等一系列过程。常用的高速钢有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、W9Mo3Cr4V三种。常用高速钢的牌号、成分、热处理、硬度、热硬性及应用见表2-23。
表2-23 常用高速钢的牌号、成分、热处理、硬度及应用
②合金量具钢。量具用钢用于制造各种测量工具，如：卡尺、千分尺、块规。其性能要求主要有两个方面：一是高硬度（大于56 HRC）和高耐磨性；二是高尺寸稳定性，即在存放和使用过程中，尺寸不发生变化。量具名称、选用钢号实例及热处理方法见表2-24。
表2-24 量具名称、选用钢号实例及热处理方法
③特殊性能钢。特殊性能钢具有特殊物理或化学性能，用来制造除要求具有一定的机械性能外，还要求具有特殊性能的零件。其种类很多，机械制造中主要使用不锈耐酸钢、耐热钢、耐磨钢。不锈耐酸钢包括不锈钢与耐酸钢。能抵抗大气腐蚀的钢称为不锈钢。而在一些化学介质（如：酸类等）中能抵抗腐蚀的钢称为耐酸钢。
不锈钢的钢号前的数字表示平均含碳量的千分之几，合金元素仍以百分数表示。当含碳量≤0.03%及≤0.08%时，在钢号前分别冠以“00”或“0”，例如：不锈钢3Cr13的平均含碳量为0.3%、含铬量约为13%；0Cr13钢的平均含碳量≤0.08%、含铬量约为13%；00Cr18Ni10钢的平均含碳量≤0.03%、含铬量约为18%、含镍量约为10%。
热强钢在高温下的强度有两个特点：一是温度升高，金属原子间结合力减弱、强度下降；二是在再结晶温度以上，即使金属受的应力不超过该温度下的弹性极限，它也会缓慢地发生塑性变形，且变形量随时间的增长而增大，最后导致金属破坏。这种现象称为蠕变，产生的原因是在高温下金属原子扩散能力增大，使那些在低温下起强化作用的因素逐渐减弱或消失。热强钢采用的合金元素，如：铬、镍、钼、钨、硅等，除具有提高高温强度的作用外，还可提高高温抗氧化性。图2-12所示为热强钢的应用实例。
图2-12 热强钢的应用实例
（a）输送带；（b）电阻丝；（c）热处理炉挂具；（d）锅炉炉栅
耐磨钢是指在强烈冲击载荷作用下才能发生硬化的高锰钢。它只有在强烈冲击与摩擦的作用下，才具有耐磨性，在一般机器工作条件下并不耐磨。它主要用于制造坦克、拖拉机的履带，挖掘机铲斗的斗齿以及防弹钢板、保险箱钢板、铁轨分道岔等。由于高锰钢极易加工硬化，使切削加工困难，故大多数高锰钢零件是采用铸造成型的，如图2-13所示应用实例。
图2-13 耐磨钢应用实例
（a）履带；（b）铁轨分道岔
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