中碳鋼(Medium carbon steel)
碳含量為0.25％～0.65％的碳素鋼。它包括大部分優質碳素結構鋼和一部分普通碳素結構鋼。此類鋼大多用於製作各種機械零件，有的用於製作工程結構件。
中碳鋼屬於亞共析鋼，其退火組織為珠光體和鐵素體。隨著鋼中碳含量增加，組織中珠光體數量增加，而鐵素體數量減少。
碳含量大於0.40％的鋼淬火組織為馬氏體；碳含量大於0.40％時，除了馬氏體外還有少量殘留奧氏體，殘留奧氏體數量隨著鋼中碳含量的增加而增加。
中碳鋼的最終熱處理方式有調質、淬火後低溫回火、高頻淬火後低溫回火、等溫淬火和淬火後中溫回火。
(1)調質。組織為回火索氏體。這種組織具有良好的綜合力學性能，強度較高，塑性和韌性良好。調質用鋼要具有良好的淬透性，以保證調質件整個截面上組織和性能均勻。與合金鋼相比，碳素鋼的淬透性較差，所以只適於截面尺寸不大的中碳鋼零件進行調質處理。
(2)淬火後低溫回火。組織為回火馬氏體，這種組織具有很高的強度和適當的塑性和韌性。
(3)高頻淬火後低溫回火。高頻淬火層組織為極細的隱針馬氏體，低溫回火後得到回火馬氏體，經這種處理可以得到與滲碳處理類似的效果。高頻淬火前一般進行調質或正火。所以高頻淬火和回火後，零件心部強度較高，塑性和韌性良好，而其表層硬度高，耐磨性好。另外，高頻淬火件表層產生壓應力，其疲勞極限高，使用壽命長。
(4)等溫淬火。組織為貝氏體，這種組織具有較高的強度和良好的塑性和韌性。
(5)淬火後中溫回火。組織為回火索氏體。
中碳鋼在最終熱處理之前有的進行正火作為預先熱處理，其目的是細化晶粒，減輕鋼中組織不均勻性，得到均勻的珠光體和鐵素體組織，為最終熱處理作組織準備。
中碳鋼經調質處理後，主要用於製作各種傳動軸、連杆、離合器、軸銷、螺栓等。中碳鋼經高頻淬火和低溫回火後，用於受衝擊載荷且要求耐磨的齒輪、車床主軸、花鍵軸、凸輪軸和半軸等。
正火狀態或不經熱處理的中碳鋼，用於製作負荷不大的拉杆、套筒、緊固件、墊圈和手柄等。碳含量較高的中碳鋼用於製作彈簧和鋼絲等。
中碳鋼的熱處理工藝介紹
鋼的熱處理：是將固態鋼材採用適當的方式進行加熱、保溫和冷卻以獲得所需組織結構與性能的工藝。熱處理不僅可用於強化鋼材，提高機械零件的使用性能，而且還可以用於改善鋼材的工藝性能。
其共同點是：只改變內部組織結構，不改變表面形狀與尺寸。
熱處理工藝能夠顯著地提高鋼的力學性能，增加零件的強度、韌性和使用壽命，提高硬度和耐磨性。所以重要的機器零件和工具都要進行熱處理。熱處理還可以改善工件的加工工藝性能，從而提高生產率和加工質量。
因此，熱處理在機械製造工業中起著十分重要的作用。下面以45鋼和40Cr鋼為例。
在生產中將淬火後再進行高溫回火稱為「調質處理」，調質處理後零件具有良好的綜合機械性能，廣泛應用於各種重要的結構零件，特別是那些在交變負荷下工作的連杆、螺栓、齒輪及軸類等。但表面硬度較低，不耐磨。可用調質＋表面淬火提高零件表面硬度。
1、45鋼——優質中碳結構鋼
45鋼,是GB中的叫法,JIS中稱為:S45C,ASTM中稱為1045,080M46,DIN稱為:C45；45鋼為優質碳素結構用鋼,化學成分：含碳（C）量是0.42~0.50%，Si含量為0.17~0.37%，Mn含量0.50~0.80%，Cr含量<=0.25%。冷熱加工性能都不錯，機械性能較好，且價格低、來源廣，所以應用廣泛。它的最大弱點是淬透性低，截面尺寸大和要求比較高的工件不宜採用。
45鋼熱處理推薦溫度：正火850，淬火840，回火600.
①.45鋼淬火後沒有回火之前，硬度大於HRC55（最高可達HRC62）為合格。實際應用的最高硬度為HRC55（高頻淬火HRC58）。
②.45鋼不採用滲碳淬火的熱處理工藝。
45鋼的調質：45鋼淬火溫度在A3+(30~50)℃，在實際操作中，一般是取上限的。偏高的淬火溫度可以使工件加熱速度加快，表面氧化減少，且能提高工效。為使工件的奧氏體均勻化，就需要足夠的保溫時間。如果實際裝爐量大，就需適當延長保溫時間。不然，可能會出現因加熱不均勻造成硬度不足的現象。但保溫時間過長，也會也出現晶粒粗大，氧化脫碳嚴重的弊病，影響淬火質量。我們認為，如裝爐量大於工藝文件的規定，加熱保溫時間需延長1/5。
因為45鋼淬透性低，故應採用冷卻速度大的10%鹽水溶液。工件入水後，應該淬透，但不是冷透，如果工件在鹽水中冷透，就有可能使工件開裂，這是因為當工件冷卻到180℃左右時，奧氏體迅速轉變為馬氏體造成過大的組織應力所致。因此，當淬火工件快冷到該溫度區域，就應採取緩冷的方法。
由於出水溫度難以掌握，須憑經驗操作，當水中的工件抖動停止，即可出水空冷（如能油冷更好）。另外，工件入水宜動不宜靜，應按照工件的幾何形狀，作規則運動。靜止的冷卻介質加上靜止的工件，導致硬度不均勻，應力不均勻而使工件變形大，甚至開裂。
45鋼調質件淬火後的硬度應該達到HRC56~59，截面大的可能性低些，但不能低於HRC48，不然，就說明工件未得到完全淬火，組織中可能出現索氏體甚至鐵素體組織，這種組織通過回火，仍然保留在基體中，達不到調質的目的。45鋼淬火後的高溫回火，加熱溫度通常為560~600℃，硬度要求為HRC22~34。因為調質的目的是得到綜合機械性能，所以硬度範圍比較寬。
但圖紙有硬度要求的，就要按圖紙要求調整回火溫度，以保證硬度。如有些軸類零件要求強度高，硬度要求就高；而有些齒輪、帶鍵槽的軸類零件，因調質後還要進行銑、插加工，硬度要求就低些。
關於回火保溫時間，視硬度要求和工件大小而定，我們認為，回火後的硬度取決於回火溫度，與回火時間關係不大，但必須回透，一般工件回火保溫時間總在一小時以上。
如果用45鋼滲碳，淬火後芯部會出現硬脆的馬氏體，失去滲碳處理的優點。現在採用滲碳工藝的材料，含碳量都不高，到0.30％芯部強度已經可以達到很高，應用上不多見。0.35％從來沒見過實例，只在教科書裡有介紹。可以採用調質＋高頻表面淬火的工藝，耐磨性較滲碳略差。
2、40Cr鋼——合金結構鋼
40Cr屬於GB3077「合金結構鋼」。40Cr鋼的含碳量為0.37%～0.44%，比45鋼略低，Si、Mn的含量相當，含Cr0.80%～1.10%。在熱軋供貨的情況下，這1%的Cr基本不起作用，它倆的力學性能大體相當。由於40Cr的價格比45鋼貴一半左右，所以出於經濟性的考慮能用45鋼的就不用40Cr。
40Cr鋼的調質處理：Cr在熱處理中的主要作用是提高鋼的淬透性。由於淬透性提高，淬火（或調質）處理後40Cr的強度、硬度、衝擊韌性等機械性能也明顯比45鋼高，但也是由於淬透性強，在淬火時40Cr的內應力也就比45鋼大，同樣的條件下40Cr材料的工件開裂傾向也就比45鋼材料的工件大。
因此為避免工件開裂，40Cr淬火時大多選用導熱性較低的油作為淬火介質（有時也用雙液淬火法，俗話叫水淬油冷），而45剛則用導熱性較高的水作為淬火介質。當然，水和油的選擇也不是絕對的，和工件的形狀也有密切關係。形狀簡單的40Cr零件也可以使用水淬，而形狀複雜的45鋼零件也許就得使用油淬甚至鹽浴。
40Cr工件調質的淬回火，各種參數工藝卡片都有規定，我們在實際操作中體會是：
（1）40Cr工件淬火後應採用油冷，40Cr鋼的淬透性較好，在油中冷卻能淬硬，而且工件的變形、開裂傾向小。但是小型企業在供油緊張的情況下，對形狀不複雜的工件，可以在水中淬火，並未發現開裂，只是操作者要憑經驗嚴格掌握入水、出水的溫度。
（2）40Cr工件調質後硬度仍然偏高，第二次回火溫度就要增加20~50℃，不然，硬度降低困難。
（3）40Cr工件高溫回火後，形狀複雜的在油中冷卻，簡單的在水中冷卻，目的是避免第二類回火脆性的影響。回火快冷後的工件，必要時再施以消除應力處理。
中碳鋼熱處理後能夠達到的最高硬度約為HRC55(HB538)，σb為600～1100MPa。所以在中等強度水平的各種用途中，中碳鋼得到最廣泛的應用，除作為建築材料外，還大量用於製造各種機械零件。
而中碳鋼只要溫度夠，保溫時間夠一般都是可能達到這個硬度值的，要是不變形是不可能的事。建議一是有加工餘量，然後上磨床加工，二是表面淬火。