15Cr、20Cr、40Cr 都屬于國標(biāo)合金結(jié)構(gòu)鋼（GB/T 3077），核心差別在碳含量，直接決定了熱處理方式、力學(xué)性能和適用場景。15Cr、20Cr 是低碳合金滲碳鋼，主打滲碳淬火做表面耐磨件；40Cr 是中碳合金調(diào)質(zhì)鋼，主打調(diào)質(zhì)處理做強韌兼顧的受力結(jié)構(gòu)件。
一、化學(xué)成分（標(biāo)準(zhǔn)范圍，質(zhì)量分?jǐn)?shù)）
| 牌號 | 碳含量 C | 鉻含量 Cr | 硅 Si | 錳 Mn | 磷 P | 硫 S |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 15Cr | 0.12～0.18% | 0.70～1.00% | 0.17～0.37% | 0.40～0.70% | ≤0.035% | ≤0.035% |
| 20Cr | 0.18～0.24% | 0.70～1.00% | 0.17～0.37% | 0.50～0.80% | ≤0.035% | ≤0.035% |
| 40Cr | 0.37～0.44% | 0.80～1.10% | 0.17～0.37% | 0.50～0.80% | ≤0.035% | ≤0.035% |
Cr 的作用：提高淬透性、強度、耐磨性和回火穩(wěn)定性，不明顯降低韌性，是結(jié)構(gòu)鋼里最常用的合金元素。
二、核心特性與熱處理定位
1. 15Cr
屬于低碳低合金滲碳鋼，碳含量，原始硬度低、塑性和韌性好，冷沖壓、冷擠壓、切削加工都很容易。 本身淬火后硬度不高，必須經(jīng)過滲碳 + 淬火 + 低溫回火使用：表面碳含量提高，淬火后獲得高硬度、高耐磨表層，心部保持低碳鋼的韌性，抗沖擊、抗疲勞。 缺點：淬透性一般，適合截面不大的小件；焊接性較好，焊前一般不需要預(yù)熱。
2. 20Cr
同樣是低碳滲碳鋼，碳含量比 15Cr 略高。 強度、淬透性比 15Cr 更好，滲碳淬火后表面硬度和耐磨性更優(yōu)，心部韌性依舊充足。 工業(yè)上應(yīng)用比 15Cr 更廣泛，是經(jīng)典的滲碳結(jié)構(gòu)鋼，加工性能良好，適合大批量生產(chǎn)。 同樣以滲碳淬火 + 低溫回火為核心工藝，不適合直接調(diào)質(zhì)做高強度結(jié)構(gòu)件。
3. 40Cr
屬于中碳合金調(diào)質(zhì)鋼，碳含量適中，是國內(nèi)用量極大的通用合金結(jié)構(gòu)鋼。 不適合滲碳，核心工藝是調(diào)質(zhì)處理（淬火 + 高溫回火），獲得均勻的回火索氏體組織，實現(xiàn)高強度、高屈服、良好韌性和疲勞強度的平衡。 也可進行表面淬火（高頻淬火），獲得表面耐磨、心部強韌的效果。 淬透性優(yōu)于 15Cr/20Cr，可用于尺寸更大的軸類、齒輪等受力件；焊接性一般，重要焊接件需要預(yù)熱和焊后熱處理。
三、典型力學(xué)性能（調(diào)質(zhì) / 標(biāo)準(zhǔn)熱處理狀態(tài)參考）
| 牌號 | 抗拉強度 | 屈服強度 | 斷后伸長率 | 斷面收縮率 | 沖擊功 | 應(yīng)用硬度參考 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 15Cr | ≥490MPa | ≥295MPa | ≥24% | ≥55% | ≥71J | 滲碳淬火 HRC 58～62 |
| 20Cr | ≥635MPa | ≥390MPa | ≥20% | ≥50% | ≥60J | 滲碳淬火 HRC 58～62 |
| 40Cr | ≥980MPa | ≥785MPa | ≥9% | ≥45% | ≥47J | 調(diào)質(zhì) HB 241～286 |
注：15Cr、20Cr 的常規(guī)力學(xué)性能為正火或退火狀態(tài)，實際服役性能以滲碳淬火后為準(zhǔn)；40Cr 為標(biāo)準(zhǔn)調(diào)質(zhì)試樣性能。
四、典型應(yīng)用場景對比
15Cr
多用于受力不大、要求耐磨且沖擊韌性好的小型零件，強調(diào)低成本、易加工：
小尺寸齒輪、凸輪、滑塊、套筒、活塞銷； 儀表、輕載傳動、農(nóng)機上的耐磨小零件； 冷擠壓、冷鐓成型的滲碳件。
20Cr
應(yīng)用最廣的滲碳鋼之一，適合中等載荷、耐磨、受沖擊的零件：
汽車、機床的齒輪、軸、爪盤、萬向節(jié)、十字軸； 活塞銷、軸承套圈、凸輪軸、撥叉； 要求表面硬、心部韌的中小模數(shù)傳動件。
40Cr
通用調(diào)質(zhì)鋼，用于承受交變載荷、中等載荷、要求強韌平衡的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件：
機床主軸、傳動軸、齒輪、曲軸、連桿； 汽車半軸、轉(zhuǎn)向節(jié)、螺栓、蝸桿； 模具頂桿、夾具、軸套；可高頻淬火做表面耐磨件。
五、國際牌號對照（常用對標(biāo)）
| 國標(biāo) | 美標(biāo) ASTM | 日標(biāo) JIS | 歐標(biāo) EN |
|---|---|---|---|
| 15Cr | 5115 | SCr415 | 15Cr3 |
| 20Cr | 5120 | SCr420 | 20Cr4 |
| 40Cr | 5140 | SCr440 | 41Cr4 |
