SAE 4315 合金结构钢（镍铬钼渗碳钢）详解
SAE 4315 是美国汽车工程师协会（SAE）标准中的一种低碳镍铬钼合金渗碳钢，专为表面硬化处理（渗碳/碳氮共渗）设计，具有优异的芯部韧性和表面耐磨性，广泛应用于齿轮、传动轴等需要高表面硬度的零件。
1. 基本概述
标准：SAE J404（美国汽车工程师协会标准）
对应中国牌号：15CrNiMo（GB/T 3077）
UNS编号：G43150
主要特点：
低碳含量（0.13~0.18%），优化渗碳性能
**镍（1.65~2.00%）+铬（0.40~0.60%）+钼（0.20~0.30%）**合金体系
渗碳后表面硬度可达HRC 58-62，芯部保持高韧性
优异的抗疲劳性能，适合高周循环载荷
2. 化学成分（典型值）
元素
碳(C)
锰(Mn)
硅(Si)
铬(Cr)
镍(Ni)
钼(Mo)
磷(P)
硫(S)
含量 0.13~0.18% 0.40~0.60% 0.15~0.35% 0.40~0.60% 1.65~2.00% 0.20~0.30% ≤0.025% ≤0.025%
合金元素作用：
镍（Ni）：提高芯部韧性和淬透性
铬（Cr）：增强表面硬化能力
钼（Mo）：抑制晶粒长大，提高回火稳定性
3. 机械性能（典型值）
(1) 渗碳前（退火态）
抗拉强度 (MPa)
屈服强度 (MPa)
延伸率 (%)
硬度 (HB)
500~700 300~500 20~25 150~200
(2) 渗碳后（淬火+低温回火）
表面硬度 (HRC)
芯部硬度 (HRC)
弯曲疲劳极限 (MPa)
接触疲劳极限 (MPa)
58~62 30~38 450~550 600~700
4. 热处理工艺
(1) 渗碳处理
渗碳温度：920~940℃（气体渗碳）
碳势控制：0.8~1.0%C
扩散时间：根据渗层深度调整（通常0.1mm/h）
淬火：渗碳后直接油淬（820~850℃）或二次加热淬火
回火：150~200℃（低温回火）
(2) 预备热处理
正火：870~900℃空冷（细化晶粒）
退火：720~760℃炉冷（改善切削性）
5. 典型用途
汽车齿轮：变速箱同步环、差速器齿轮
航空部件：直升机传动齿轮
工程机械：挖掘机回转齿圈
精密仪器：高负荷轴承套圈
6. 加工特性
切削加工性：退火态良好（HB≤200）
焊接性：需预热200~300℃（低碳当量0.45~0.50）
磨削性：渗碳后需使用CBN砂轮
7. 与其他渗碳钢对比
钢号
典型成分
核心优势
主要应用
SAE 4315 0.15%C,1.8%Ni,0.5%Cr,0.25%Mo 高芯部韧性 重载齿轮
SAE 4320 0.20%C,1.8%Ni,0.5%Cr,0.25%Mo 平衡性能 通用齿轮
SAE 8620 0.20%C,0.55%Ni,0.5%Cr,0.20%Mo 经济型 普通齿轮
8. 注意事项
渗碳变形控制：复杂形状零件需采用压淬工艺
晶界氧化：真空渗碳可避免表面氧化
替代选择：
更高强度需求：SAE 9310
更经济方案：SAE 8620
9. 市场供应形式
圆钢：Φ20~150mm
锻件：齿轮毛坯
冷拉棒材：精密零件用料
如需具体的渗碳层深度设计或热处理曲线，可提供零件图纸进一步优化方案。
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