合金结构都是优质钢，它是在优质碳素结构钢的基础上加入一些合金元素而形成的钢种。合金结构钢的牌号表示方法由“数字+元素符号+数字”三部分组成。前面两位数表示平均碳质量分数的万分之几，合金元素以化学元素符号表示；元素符号后面的数字表示该合金元素质量分数的百分之几，当其平均质量分数小于1．5%时，元素符号后面不标数字；当其平均质量分数≥1．5%，≥2．5%，≥3．5%，…时，则在元素符号后相应标出2，3，4，…如25Cr2Ni4W表示平均w C= 0．25%，w Cr= 2%，w Ni= 4%，w W＜1．5%的合金结构钢。
合金结构钢根据含有碳和合金元素的不同，可分为渗碳钢、调质钢，弹簧钢和滚动轴承钢。
①渗碳钢
一般渗碳钢的w C= 0．10%～0．20%，以保证心部有足够的韧性；加入合金元素铬、锰、硼、镍等主要用于增加渗碳后钢材的淬透性；而合金元素钛、钒等可形成碳化物、细化晶粒，提高钢的耐磨性。渗碳钢按其淬透性高低可分为三大类：
低淬透性钢常用牌号有15Cr，20Cr，20MnB，20Mn2等，其水淬临界淬透直径为20～35 mm。这类钢淬透性低，经渗碳、淬火和低温回火后心部强度较低，强度与韧性配合较差，只可制作受力不太大，强度不太高的耐磨零件，如柴油机凸轮轴、活塞销、滑块和小齿轮等。
中淬透性钢常用牌号有20CrTiMn，20SiMnVB，12CrNi3A，20CrMnMo等，其油淬临界淬透直径为25～60 mm。这类钢淬透性和力学性能都较高，可用做承受中等动载荷且具有足够韧性的耐磨件，如汽车、拖拉机的重要齿轮、齿轮轴、花键轴套、凸轮盘等。
高淬透性钢常用牌号有12CrNi3A，20Cr2Ni4，18Cr2Ni4WA等，其油淬临界淬透直径为100 mm以上。这类钢淬透性高，即使空冷也能形成马氏体。其经渗碳淬火后，心部强度很高，而且强度与韧性配合很好，主要用于制造承受重载荷和强烈磨损的大型零件，如大功率柴油机曲轴、连杆等。
渗碳钢最终热处理为渗碳后的“淬火+低温回火”。表层组织为“回火马氏体+碳化物+残余奥氏体”，硬度可达60～62 HRC；淬透时的心部组织为低碳回火马氏体，硬度为40～ 48 HRC，未淬透时为“回火马氏体+托氏体+铁素体”，硬度为25～40 HRC。典型渗碳钢的牌号、成分、热处理和性能见表1．5．4。
②调质钢
通常调质钢的w C= 0．25%～0．50%，钢材中碳的质量分数过低不易淬硬和淬透，过高则韧性不足。加入元素铬、锰、硼、镍等主要用于增加钢的淬透性，少量的钨、钼可防止第二类回火脆性。调质钢常用牌号有：40Cr，40MnB，38CrMoAlA等。调质钢主要用于要求高强度和良好塑性与韧性配合的重要零件。例如机床主轴、曲轴、连杆、齿轮等。
调质钢按其淬透性高低可分为3大类：
低淬透性调质钢常用牌号有40Cr，40CrV，40MnB，40MnVB等，其油淬临界淬透直径为30～40 mm。其中，40Cr是最常用的合金调质钢，具有较好的力学性能及工艺性能，调质后强度比碳钢高，但淬透性不太高。多用于尺寸较小的较重要零件，如普通机床主轴、变速齿轮、汽车、拖拉机连杆螺栓、传动轮等。
中淬透性调质钢常用牌号有40CrMn，40CrNi，35CrMo等，其油淬临界淬透直径为40～60 mm。由于调质后淬透性好，可用于制造尺寸较大、负荷较重的调质零件，如截面较大的曲轴、连杆等。
高淬透性调质钢常用牌号有40CrMnMo，37CrNi3，25Cr2Ni4W等，其油淬临界淬透直径为60～100 mm。由于调质后淬透性高，综合力学性能好，可用于制造大截面、承受更大载荷的重要调质零件，如大型轴类零件、齿轮等。
调质钢经调质处理后得到回火索氏体组织，可提高其综合力学性能。对于表面要求高硬度及耐磨性的零件，在调质处理以后，还可进行表面淬火或氮化处理。典型调质钢的牌号成分、热处理和性能见表1．5．4。
③弹簧钢
合金弹簧钢的质量分数一般为w C= 0．5%～0．7%，加入元素硅、锰、铬，目的是提高钢的淬透性、强化铁素体，此外，硅还能显著提高钢的弹性极限；加入元素钒、钼，目的是细化晶粒、增加回火稳定性。弹簧钢零件大多是在冲击、振动及变动载荷下工作，因此要求弹簧钢具有高的弹性极限、疲劳极限及冲击韧度。其中最典型的弹簧钢有65Mn和60Si2Mn。65Mn可制作各种小尺寸的圆弹簧、扁弹簧；60Si2Mn的性能比65Mn的性能好，适用于截面尺寸较大，承受负荷较重的弹簧，如拖拉机、汽车上的螺旋弹簧和减震弹簧；55SiMnMoV，55SiMnMoVNb，55SiMnVB是在硅、锰基础上再加入少量的钼、钒、铌、硼等元素，使其具有更好的性能，用来制造截面尺寸大、承受重载荷的大弹簧，如大吨位载重汽车的板簧等。根据弹簧的尺寸不同，可将其分为热成型弹簧（线径或厚度大于10 mm）和冷成型弹簧（线径或厚度小于8～10mm）两大类。热成型弹簧由于尺寸较大，通常可在淬火加热时成型，利用余热进行淬火加中温回火后使用。弹簧热处理后可采用喷丸处理进行表面强化，以进一步提高弹簧的疲劳极限及使用寿命。冷成型弹簧尺寸较小，常用冷拉弹簧钢丝冷卷成型，由于产生加工硬化，屈服强度大大提高，故不必再进行淬火，只要200～300℃进行一次去应力及稳定尺寸的处理即可使用。
典型弹簧钢的牌号、成分、性能、热处理和用途见表1．5．5。
表1.5.5 典型弹簧钢的牌号、化学成分、热处理、性能和用途
④滚动轴承钢
滚动轴承钢的碳的质量分数为w C= 0．95%～1．15%，对硫、磷和杂质要求很严，以保证淬火后有足够的硬度及耐磨性；加入合金元素铬（w Cr= 0．5%～1．65%）是为了提高钢的淬透性，并形成碳化物，提高钢的耐磨性；滚动轴承钢是用来制造滚动轴承中的滚柱、滚珠、滚针和套圈的一种专用钢。这类钢应具有高的硬度和耐磨性，高的接触疲劳强度及足够的韧性，同时对大气和润滑介质有一定的耐蚀能力。滚动轴承钢的牌号表示为字母“G”+铬元素符号（Cr）+数字，数字表示平均铬质量分数的千分之几，碳质量分数不予标出。若再含其他元素时，表示方法同合金结构钢。例如，GCr15钢，表示铬的平均质量分数w Cr= 1．5%的滚动轴承钢。
GCr15钢是滚动轴承钢的典型钢种，可制造中小型轴承；在大型轴承中，还需加入硅、锰，以进一步提高淬透性，它可提高钢的强度和弹性极限，但不降低韧性，如GCr15SiMn。
滚动轴承钢铸造后均需经过球化退火处理，以改善切削加工性能。最终热处理为“淬火+低温回火”，得到“马氏体+细粒状碳化物+少量残余奥氏体”，硬度为62～62 HRC。对于精密零件应进行- 60～- 80℃的冷处理，以减少残余奥氏体量，稳定尺寸。
典型轴承钢的牌号、化学成分、热处理及用途见表1．5．6。
表1.5.6 典型轴承钢的牌号、化学成分、热处理及用途
