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碳钢的在性能上主要有以下几方面的不足：

(1)淬透性低。一般情况下，碳钢水淬的淬透直径只有10mm-20mm。
(2)强度和屈强比较低。如普通碳钢Q235钢的s为235MPa，而低合金结构钢16Mn的s则为360MPa以上。40钢的s/b仅为0.43,远低于合金钢。
(3)回火稳定性差。由于回火稳定性差，碳钢在进行调质处理时，为了较高的强度需采用较低的回火温度，这样钢的韧性就偏低；为了较好的韧性，采用高的回火温度时强度又偏低，所以碳钢的综合机械性能水平不高。
(4)不能满足特殊性能的要求。碳钢在抗氧化、耐蚀、耐热、耐低温、耐磨损以及特殊电磁性等方面往往较差，不能满足特殊使用性能的需求。

合金渗碳钢
1. 用途

主要用于制造汽车、拖拉机中的变速齿轮，内燃机上的凸轮轴、活塞销等机器零件。这类零件在工作中遭受强烈的摩擦磨损，同时又承受较大的交变载荷，特别是冲击载荷。

2. 性能要求

(1) 表面渗碳层硬度高，以保证优异的耐磨性和接触疲劳抗力，同时具有适当的塑性和韧性。

(2) 心部具有高的韧性和足够高的强度。心部韧性不足时，在冲击载荷或过载作用下容易断裂;强度不足时，则较脆的渗碳层易碎裂、剥落。

(3) 有良好的热处理工艺性能 在高的渗碳温度(900℃~950℃)下，奥氏体晶粒不易长大，并有良好的淬透性。

3. 成分特点

(1)低碳:碳含量一般为0.10%~0.25%，使零件心部有足够的塑性和韧性。

(2) 加入提高淬透性的合金元素:常加入Cr、Ni、Mn、B等。

(3) 加入阻碍奥氏体晶粒长大的元素:主要加入少量强碳化物形成元素Ti、V、W、Mo等，形成稳定的合金碳化物。

4.钢种及牌号

20Cr低淬透性合金渗碳钢。这类钢的淬透性低，心部强度较低。

20CrMnTi中淬透性合金渗碳钢。这类钢淬透性较高、过热敏感性较小，渗碳过渡层比较均匀，具有良好的机械性能和工艺性能。

18Cr2Ni4WA和20Cr2Ni4A高淬透性合金渗碳钢。这类钢含有较多的Cr、Ni等元素，淬透性很高，且具有很好的韧性和低温冲击韧性。

5. 热处理和组织性能

合金渗碳钢的热处理工艺一般都是渗碳后直接淬火，再低温回火。 热处理后，表面渗碳层的组织为合金渗碳体+回火马氏体+少量残余奥氏体组织，硬度为60HRC~62HRC。心部组织与钢的淬透性及零件截面尺寸有关，完全淬透时为低碳回火马氏体，硬度为40HRC~48HRC;多数情况下是屈氏体、回火马氏体和少量铁素体，硬度为25HRC~40HRC。心部韧性一般都高于700KJ/m2。

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