近30年国民经济和装备制造业的迅速发展，对各种机械零部件的需求无论在质量上还是在数量上提出了更高的要求和性能指标。寻求性能良好的钢材满足工业需求成为经济可持续发展的重要课题，获得最佳的化学成分配比是关键环节。本文在42CrMo合金钢的基础上，调整了合金元素Cr、Mo、Nb的成分配比，通过三因素三水平的正交实验研究方法，用罗氏硬度计（HRC）、MLD-100型磨料磨损试验机并结合金相显微镜、扫描电镜以及能谱分析，考察了合金元素含量对铸态42CrMo合金钢的硬度、磨损率以及金相组织的影响。研究结果表明：在42CrMo合金钢中加入元素Cr、Mo、Nb的最优配比分别为2.0%、1.2%、0.6%，铸态42CrMo合金钢的硬度值为52.85HRC，磨损率值为0.673。进一步优化实验，铸态42CrMo合金钢的硬度值达到52.96HRC，磨损率值为0.566，轧态42CrMo合金钢的硬度值为60.9HRC，磨损率值为0.493。随着合金元素Mo和Nb的配比增加，试样的硬度也增加，而它的磨损率值减少，合金钢的耐磨性能提高，Nb对硬度和磨损值的影响效果更明显。当Nb含量为0.8%时，铸态42CrMo合金钢的硬度为53.34HRC，磨损率的值为0.562，轧态42CrMo合金钢的硬度最高可达61.94HRC，磨损率值0.484。分析得知，Nb以NbC网状结构存在，起到强化晶界和“骨架”的作用，且金相组织为马氏体，这些是42CrMo合金钢硬度和耐磨性提高的主要原因。