合金渗碳钢是指经渗碳后使用的钢，属于表面硬化合金结构钢，它的碳的质量分数低（一般为0.10%~0.25%）。

合金渗碳钢的最终热处理方法是：渗碳及火低温回火。合金渗碳钢经过渗碳、淬火和低温回火后，它的表面具有较高的硬度和耐磨性，心部具有较高的强度和足够韧性。

合金渗碳钢主要用于制造工作中承受较强烈的冲击作用和磨损条件下的渗碳零件，如制作承受动载荷和重载荷的汽车变速箱齿轮、汽车后桥齿轮和内燃机中的凸轮轴、活塞销等。

合金渗碳钢如图。

低碳，一般wC=0.10%～0.25%，以保证零件心部具有足够的塑性、韧性。主要合金元素是Cr，还可加入Ni、Mn、B、W、Mo、V、Ti等，其中，Cr、Ni、 Mn、B的主要作用是提高淬透性，使大尺寸零件淬火后心部得到低碳马氏体组织，以提高强度和韧性；少量的W、Mo、V、Ti能形成细小、难溶的碳化物，以阻止渗碳过程中高温、长时间保温条件下晶粒长大。在零件表层形成的合金碳化物还可提高表面渗碳层的耐磨性。

20Cr钢常用来制造负荷不大、小尺寸的一般渗碳件，如小轴、小齿轮、活塞销等，也可在调质状态下使用，制造工作速度较大并承受中等冲击载荷的零件。这个钢在渗碳时易过热，表面也容易出现渗碳体网。

20CrMnTi是应用最广泛的合金渗碳钢，用于截面在30mm以下、高速运转并承受中等或重载荷的重要渗碳件，如汽车、拖拉机的变速齿轮、轴等零件。

20Cr2Ni4钢用作大截面、较高载荷、交变载荷下工作的重要渗碳件，如内燃机车的主动牵引齿轮、柴油机曲轴等。

预先热处理为正火，其目的是为了改变锻造状态的不正常组织，获得合适的硬度以利切削加工。最终热处理一般是渗碳后淬火加上低温回火。使表层获得高碳回火马氏体加碳化物，表面硬度一般为58～64HRC；而心部组织则视钢的淬透性高低及零件尺寸的大小而定，可得到低碳回火马氏体或其他非马氏体组织，心部具有良好的强韧性。