典型零件的选材及热处理
机械零件选材及热处理设计手册
机械零件选材及热处理设计手册
1. 选材原理和方法，介绍不同材料的特性、优缺点，如金属材
料（钢、铝、铜等）、塑料、复合材料等的选择原则和方法。
包括
材料的力学性能、耐磨性、耐蚀性、加工性等方面的考量。
2. 热处理基础知识，介绍热处理的基本原理，包括淬火、回火、正火、退火等常见热处理工艺，以及热处理对材料性能的影响。
3. 典型零件材料选材与热处理设计，针对不同类型的零件，如
轴承、齿轮、销轴等，介绍其常用的材料选材和热处理设计方案。
比如对于需要高强度和耐磨性的零件，可能会选择高强度合金钢并
进行表面渗碳处理。
4. 实例分析与应用，通过实际案例，分析不同选材和热处理方
案的优劣，以及在特定工况下的应用。
5. 相关标准和规范，介绍国内外相关的选材和热处理的标准和
规范，帮助读者在设计过程中遵循相关的规定。
总的来说，这本手册会从理论和实践两个方面全面介绍机械零
件选材和热处理设计的相关知识，旨在帮助工程师和设计人员在实际工程中做出合理的材料选择和热处理设计，以确保零件具有良好的性能和可靠性。
汽车材料教案——第四章第一节1
理解
经济
性能
含义
了解
考虑
方法
课堂
小结
材料的力学性能。
材料的工艺性能
材料的经济性
作业
课
后
记
设计零件时，也要注意热处理工艺性，如其结构形状复杂，应选用淬透性较好的钢材。
一般来说，碳钢的锻造、切削加工等工艺性能较好，其机械性能可以满足一般零件的工作条件要求，因此，碳钢的用途较广，但它强度不够，淬透性差。所以制造大截面、形状复杂和强度高的淬火零件，常选用合金钢，因为合金钢淬透性好、强度高。可是合金钢的锻造、切削加工等工艺性能较差。
3、铝基轴承合金的分类：
铝锡镁轴承合金
铝锡轴承合金。
前几章我们从整体上学习了汽车金属材料的各方面性能，从今天开始我们一起来学习一下汽车上典型零件的选材及其热处理。
第四章典型零件的选材及热处理
第一节零件选材的基本原则
二、选材原则
从材料的力学性能、工艺性能和经济性能三方面考虑。
（一）材料的力学性能
1、先决条件：保证材料经久耐用。
2、其次注意：强度、硬度抗疲劳强度。
3、还要考虑：短时过载、润滑不良、材料内部缺陷。
在工程设计上，材料的机械性能数据一般是以材料制成的试样进行机械性能试验测定的，严格来说，不能确切反映实际。
回忆
上节
课内
容回
答问
题。
记忆
零件
选材
的基
本原
则。
及过程
学生
活动
从五方面论述材料的工艺性能并逐一解释
介绍机械上选材时候要考虑的各种因素
（二）材料的工艺性能
1、铸造性能：
机械零件的常用材料特性及应用
用途、工作条件、物理、化学、机械工艺性能、经济性。
零件材料 各种材料的化学成分和力学性能可在相关国标、行标 和机械设计手册中查得。
以功能來分: 依其機械、電氣、熱學及其他性質功能來分。
1 )泛用塑膠： 通常以美觀及低功能使用要求，為訴求重點。 如：PE 、 PVC 、 PMMA、ABS
轴用材料
要求: 充分強度/耐磨性/耐疲勞性/充分硬度/充 分橈度
選用
一般用軸材料(A3/S10C/S45C) 強力用軸材料(SNCM240(价高)/42CrMo)
齿轮用材料
要求: 充分強度/耐磨性/充分硬度/耐衝擊性/易 加工性
選用
高周波淬火處理材料(S45C/42CrMo) 滲碳淬火處理材料(42CrMo) 氮化相比，钢具有高的强度、韧性和塑性。 可用热处理方法改善其力学性能和加工性能。
选用原则： 优选碳素钢(A3.S45C)，其次是硅、锰、硼、钒类合
金钢,特殊硬度可以选合金工具钢（Cr12).
金属热处理方式
热处理方式：退火、正火、淬火和回火四种基本工艺，俗称金 属热处理的“四把火”。 1.退火：是将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用不 同的保温时间，然后进行缓慢冷却，目的是使金属内部组织达 到 或接近平衡状态，获得良好的工艺性能和使用性能，或者为 进一步淬火作组织准备。 2.正火：是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效 果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削 性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。 3.淬火：是将工件加热保温后，在水、油或其它无机盐、有机水 溶液等淬冷介质中快速冷却。淬火后钢件变硬，但同时变脆。 (S45C可以达到42-50HRC, Cr12可以达到52-60HRC) 4.回火：是为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而 低于 710℃的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，这 种工艺称为回火
轴类零件选材及热处理
本章结束
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图8-1 CM6140车床主轴
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表8-1 机床主轴工作条件、用材及热处理
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图8-2 汽车半轴
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图8-3 解放牌汽车变速齿轮简图
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表8-2 部分箱体支承类零件用材情况
代表性零件
机床床身、轴承座、 齿轮箱、缸盖、变速
器壳、离合器壳
承力支架、箱体底座 铸钢ZG270-500
刚度、强度、耐冲击
正火
支架、挡板、盖、罩、 钢板Q235、08、20、
壳
16Mn
车辆驾驶室车箱
钢板08
精品
刚度、强度
不热处理
刚度0 ～ 55HRC）。如机床齿轮。 •重载、中高速、大冲击载荷齿轮： 低 碳 （ 合 金 ） 钢 （ 20Cr 、 20MnB 、 20CrMnTi ） 渗 碳
（碳氮共渗）及淬火低温回火，齿面58～63HRC。如 汽车、拖拉机变速齿轮和后桥齿轮。 •精密传动齿轮或硬面内齿轮，要求热处理变形小： 38CrMoAl、35CrMo等。调质及气体氮化。如非重载、 工作平稳的精密齿轮。
图8-3
•负荷特点： 承载、磨损及冲击负荷较大，工作条件比较繁重。
•材料： 20CrMnTi。
•热处理技术条件： 渗碳层深0.8～1.3mm，表层Wc为0.8%～1.05%，齿面 58～62HRC。心部33～45HRC。
•工艺路线： 锻造→正火→粗加工、半精加工→渗碳淬火、低温回 火。
8.3 弹簧类零件材料选择（spring)
④铬矾弹簧钢： 50CrVA等，φ50mm淬透，应力较大的弹簧（工作温 度≤ 300℃）。
机械工程材料第6章典型零件选材
表6.1
工作条件 ①与滚动轴承配合 ②轻、中载荷，转速低 ③精度要求不高 ④稍有冲击
表6.1 机床主轴工作条件、用材及热处理
材料 45 主要热处理 正火或调质 硬度 220~250 HBS 使用实例 一般简式机床
①与滚动轴承配合 ②轻、中载荷，转速略高 ③精度要求不太高 ①与滑动轴承配合 ②有冲击载荷 ①与滚动轴承配合 ②中等载荷，转速较高 ③精度要求较高 ④冲击与疲劳较小 ①与滑动轴承配合 ②中等载荷，转速较高 ③精度要求很高 ①与滑动轴承配合 ②中等载荷，心部强度不高，转 速高 ③精度要求不高 ④有一定冲击和疲劳 ①与滑动轴承配合 ②重载荷，转速高 ③有较大冲击和疲劳载荷
2、轴类零件选材及加工工艺路线确定步骤
1）看懂零件图 了解和分析零件的形状、大小与特征； 2）分析其工作条件、性能要求和热处理要求； 3）确定材料及热处理工艺 根据用途，选择合适的材料和强 化工艺； 4）确定零件的加工工艺路线 制造轴类零件常采用锻造、切 削加工、热处理（预先热处理及最终热处理）等工艺，其中 切削加工和热处理工艺是制造轴类零件必不可少的。台阶尺 寸变化不大的非重要轴，可选用与轴的尺寸相当的圆棒料直 接切削加工而成，然后进行热处理，不必经过锻造加工。
右图为“解放”牌载重汽车变速箱变速 齿轮。该齿轮将发动机动力传递到后轮， 并起倒车的作用，工作时承载、磨损及 冲击负荷均较大。要求齿轮表面有较高 的耐磨性和疲劳强度，心部有较高的强 度(σb > 1 000 MPa)及韧性(αk＞60 J／ cm2)。 选材及加工工艺路线有以下两种方式。
“解放”牌载重汽车变速箱变速齿轮选材及加工工艺路线
2）汽车半轴： 汽车半轴是一个传递扭矩的重要 部，工作时承受冲击、弯曲疲 劳和扭转应力的作用，要求材 料有足够的抗弯强度、疲劳强 度和较好的韧性。
典型零件的选材及加工工艺路线分析讲解材料
轻量化
减轻材料重量，提高产品机动性，降低能源 消耗和排放。
环保化
发展可再生、可回收、可降解的材料，减少 对环境的污染。
智能化
研究具有自适应、自修复、自感应等功能的 智能材料。
新材料的研究与开发
碳纤维复合材料
具有高强度、轻质、耐高温等优点，广 泛应用于航空航天、汽车等领域。
高分子合成材料
具有优良的化学稳定性、绝缘性、耐 磨性等，在建筑、电子、化工等领域
03
材料的应用与发展趋势
材料的应用领域
01
航空航天
用于制造飞机、火箭等高强度、轻 质材料。
建筑领域
用于制造桥梁、高层建筑等高强度、 高耐久性材料。
03
02
汽车工业
用于制造发动机、变速器等耐磨、 耐高温材料。
电子产品
用于制造集成电路、晶体管等精密、 小型化材料。
04
材料的发展趋势
高性能化
提高材料的强度、硬度、耐高温等性能，以 满足更高要求的工业应用。
可加工性原则
材料应具有良好的可加工性， 以便于零件的制造和加工。
可维修性原则
材料应易于维修和更换，以提 高零件的使用寿命和降低维修 成本。
常用材料介绍
钢铁
钢铁是机械制造业中应用最广泛的材料之一，具 有高强度、良好的韧性和耐磨性。
铜及铜合金
铜及铜合金具有良好的导电性、导热性、耐腐蚀 性和加工性能，广泛应用于电气、电子、化工等 领域。
实例二：齿轮类零件的选材与加工工艺
灰铸铁
用于制造一般用途的齿轮，如减速器齿轮等。
球墨铸铁
用于制造高强度、高耐磨性的齿轮，如汽车变速毛坯准备
根据零件材料和尺寸要求，准备毛坯。
粗加工
机床主要零件选材及热处理与热处理技术要求表示方法
一、机床主要零件选材及热处理摘录（仅供参考）
2、导轨
3、丝杠
注：热处理技术要求系指丝杠螺纹部分。
软丝杠的方头和轴颈一般需C42或G48。
注：（1）、表中的齿根最大弯曲应力及齿面最大接触应力按GB3480和GB10062规定计算；
（2）、齿轮的有效渗碳硬化层和渗氮层深度分别见附表4-1和附表4-2。
附表4-1：齿轮的有效渗碳硬化层深度(mm)
5、蜗轮副(蜗杆及蜗轮)
说明：经渗碳的蜗杆，其有效渗碳硬化层深度见附表5-1。
7、齿条
齿条可参照齿轮选择材料和制定热处理技术要求。
工作频繁的齿条应采用硬化措施。
细长齿条宜采用渗氮处理（或氮碳共渗或硫氮碳共渗处理）。
精度低的齿条可采用整体淬火。
工作不频繁或受力不大的齿条可以不采用硬化措施，其中要求调质的齿条宜用易切削非调钢YF40MnV或YF45MnV。
8、箱体
箱体一般采用灰铸铁制造，并经高温时效处理。
主轴箱等要求较高的箱体宜用HT300或HT350，一般箱体采用HT200或HT250。
要求刚度高受力大的箱体可采用球墨铸铁QT600-3制造。
单件小批量生产的箱体可采用45钢或Q235钢焊接结构。
这些箱体亦须进行高温时效处理。
说明：本资料是根据1993年北京机床研究所材料部编写的《《机床八类主要零件选材及热处理》整理而成。
其中，省去了一些解释文字。
二、机床行业热处理技术要求表示方法
注：冷卷弹簧的定形、消除应力处理可用“Hh”表示。
十字轴的选材热处理工艺分析
十字轴的选材热处理工艺分析专业：机械设计与制造班级：机械设计与制造1班姓名：学号：成绩：万向传动轴一般是由万向节，传动轴和中间支承组成。
主要用于在工作过程中相对位置不断改变的两根轴间传递转矩和旋转运动。
万向传动轴设计应满足如下基本要求1.保证所连接的两根轴相对位置在预计范围内变动时，能可靠地传递动力。
2.保证所连接两轴尽可能等速运转。
3.由于万向节夹角而产生的附加载荷，振动和噪声应在允许范围内。
4.传动效率高，使用寿命长，结构简单，制造方便，维修容易等。
变速器或分动器输出轴与驱动桥输入轴之间普遍采用十字轴万向传动轴。
在转向驱动桥中，多采用等速万向传动轴。
当后驱动桥为独立的弹性，采用万向传动轴。
十字轴万向节是汽车传动系统中的易损件，其中万向节十字轴轴径表面剥落、表面压痕的失效形式，又是万向节失效的主要形式。
为了解决此问题，万向节的选材、机械加工、热处理以及表面烧伤等方面的质量加强控制以外，万向节在产品设计方面也须改进，如采取轴承外圈内径设计成凸度、滚针设计成凸度、滚针两头设计成锥度等措施，有效地减少了应力集中，使万向节轴承滚动体与内外滚道的接触应力分布趋于合理。
在实际的应用过程中，也确实证明了这些措施的有效性，在一定程度上提高了产品的使用寿命。
但通过大量的失效件分析发现，目前这些改进还不能使轴承的接触应力分布达到最优化，对材料的选择需改进。
十字轴万向节结构简单，强度高，耐久性好，传动效率高，生产成本低，但所连接的两轴夹角不宜太大。
当夹角增加时，万向节中的滚针轴承寿命将下降。
普通的十字轴式万向节主要由主动叉、从动叉、十字轴、滚针轴承及轴向定位件和橡胶封件等组成图1-1 十字轴万向节工程图万向节的运动特性是比较特殊的，由于传动轴的输入轴和输出轴有夹角，所以输出轴的运动每时每刻都在改变，万向节轴承运动不但有相对于传动轴与十字轴一起变速的转动，而且还有相对十字轴进行摆动的运动。
万向节这种复杂的运动会给分析研究带来很多不便。
弹簧零件的选材及热处理工艺 项目五热处理工艺的制订规范
③ 细化晶粒：V
汽车弹簧
三、热处理及组织特点
⑴ 冷成型弹簧：冷拔→
冷成型→定型处理 (250~300℃)。 用于<φ10mm弹簧。 ⑵ 热成型弹簧：
冷卷螺旋压缩弹簧 汽车板簧淬火线
热成型→淬火+中温回火
使用状态下的组织：T回 用于大截面弹簧(>φ10mm)
四、弹簧的表面质量 弹簧的表面质量对其寿命影响很大。 提高表面质量的方法: ① 防止表面脱碳；② 避免表面缺陷； ③ 进行喷丸处理，使表面 产生压应力。
主要作用: 储存能量和减震 按其外型可分为: 板弹簧和螺旋弹簧
一、性能要求
弹簧是利用弹性变形储存能量或缓和冲击的零件。
⑴ 高的σs，σs/σb；
高的σ-1；足够的韧性
⑵ 高的淬透性。
二、成分特点
⑴ 中高碳：
碳素弹簧钢为0.6~0.9%C 合金弹簧钢为0.45~0.7%C ⑵ 合金元素作用： ① 提高淬透性、强化铁素体：Mn、 Si、Cr ② 提高s/b：Si
板 簧 喷 丸 处 理 示 意 图
五、常用钢号及用途 碳素弹簧钢 65 70 75 65Mn用于制造小 截面弹簧。
冷卷螺旋压缩弹簧
合金弹簧钢 Si、Mn弹簧钢，如65Mn、60Si2Mn，用于制造 较大截面弹簧。 Cr、V弹簧钢，如50CrV，用于大截面、大载荷、 耐热的弹簧。
汽车板簧
大型热卷弹簧
机械零件选材及热处理手册
机械零件选材及热处理手册=============1. 第一章：概述--------本手册旨在为机械零件的选材和热处理提供全面的指导和建议。
选材和热处理是机械零件制造过程中的两个关键环节，直接影响到零件的性能和质量。
本手册将帮助读者了解各种机械零件的选材和热处理要求，并提供实用的操作方法和技巧。
2. 第二章：机械零件的选材-------------本章将介绍不同类型机械零件的选材要求。
首先，将讲解各种材料的性质和特点，如碳钢、合金钢、不锈钢、铝合金等。
然后，将详细阐述不同类型零件的选材要求，如齿轮、轴、轴承、活塞等。
此外，还将讨论选材的经济性和环保性。
3. 第三章：热处理的基本原理-------------热处理是机械零件制造过程中的一个重要环节。
本章将介绍热处理的基本原理和工艺，包括加热、保温和冷却三个阶段。
此外，还将讲解各种热处理方法及其对零件性能的影响，如退火、正火、淬火、回火等。
4. 第四章：热处理的实践操作-------------本章将详细介绍各种热处理设备的操作方法和技巧。
首先，将讲解热处理设备的种类和特点，如炉、罐、箱子等。
然后，将详细阐述各种设备的操作流程和注意事项，如炉子的加热方法、冷却速度的控制、淬火液的选择等。
此外，还将讨论热处理过程中的质量控制和安全问题。
5. 第五章：热处理的质量控制-------------本章将介绍热处理过程中的质量控制方法和技巧。
首先，将讲解各种检测手段在热处理过程中的作用和应用，如显微镜、硬度计、X射线等。
然后，将详细阐述各种质量控制方法的操作流程和注意事项，如炉温的监控、淬火液的浓度控制、金相组织的检验等。
此外，还将讨论热处理缺陷的产生原因和预防措施。
6. 第六章：案例分析与实践经验--------------本章将通过实际案例分析，介绍各种机械零件的热处理实践经验。
首先，将选取具有代表性的零件进行案例分析，如齿轮、轴、轴承、活塞等。
然后，将详细阐述这些零件的热处理要求、工艺流程、注意事项等。
《金属材料与热处理》典型零件的选材原则及工艺路线设计
第三步:根据零件的几何形状、尺寸及工作中所承受的 载荷，计算出零件中的应力分布；
第四步:由工作应力、使用寿命或安全性与实验室性能 指标的关系，确定对实验室性能指标要求的具体数值；
第五步:利用手册根据使用性能选材。
交变应力，还可造成曲轴的扭转和弯曲振动，产生附加应力 ；应力分布不均匀；曲轴颈与轴承有滑动摩擦。
（2）性能要求 曲轴的失效形式主要是疲劳断裂和轴颈严 重磨损。因此材料要有高强度、一定的冲击韧性、足够弯曲 、扭转疲劳强度和刚度，轴颈表面有高硬度和耐磨性。
（3）曲轴材料
锻钢曲轴：优质中碳钢和中碳合金钢，如35、40、45 、35Mn2、40Cr, 35CrMo钢等；
交变， 冲击
交变， 冲击
摩擦，振 齿折断,磨损,疲劳断
动
裂,接触疲劳(麻
点)
振动
弹性失稳，疲劳破 坏
强烈摩擦 磨损，脆断
表面高强度及疲劳极 限，心部强度、 韧性
弹性极限，屈强比， 疲劳极限
硬度，足够的强度， 韧性
由于零件所要求的机械性能数据，不能简单地同手 册、书本中所给出的完全等同相待，还必须注意以下 情况：
铸造曲轴：铸钢、球墨铸铁、珠光体可锻铸铁及合金铸 铁等, 如ZG25、QT600-3、QT700-2 、KTZ450-5、 KTZ500-4等。
2. 175A型农用柴油机曲轴选材
175A型柴油机曲轴简图
（1）性能要求 农用柴油机曲轴功率和承受载荷不大；但
滑动轴承中工作轴颈部要有较高硬度及耐磨。要求σb≥750 MPa, 整体硬度240 HBS～260 HBS, 轴颈表面硬度≥625 HV, δ≥2%, ak≥150 kJ/m2。
材料的选用及其热处理 前后的组织分析
2．材料的工艺性 在制造业中所谓的工艺就是将原材料经过 一系列的加工变为零件或机器的过程。材料 加工成零件的难易程度，将直接影响零件的 质量、生产效率和成本。表12—1给出了各 种材料机械加工工艺性能的相互对比
材料 Y12
加工性指数 100
材料 18 8不锈钢
加工性指数 25
Y12Pb
材料时应注意降低零件的总成本。零件的总 成本包括材料本身的价格、加工等直接成本 和其他一切间接所开支的成本，如运费与安 装等。
材 料 碳素结构钢 低合金结构钢 优质碳素结构钢 易切钢 合金结构钢(除铬一镍) 铬镍合金结构钢(中合金钢) 滚动轴承钢 合金工具钢 低合金工具钢 高速钢 硬质合金
相对价格 1 1．25 3～1.5 1．7 1．7～2．5 5 3 1．6 3～4 16～20 150～200
1、
工程材料选用原则和方法
机械制造中，设计产品、设计工艺装备(刃
具、夹具、模具、量具等)以及生产零件时， 都会遇到选择材料，确定热处理方法，安排 加工工艺路线等方面的问题.合理地选择材 料与热处理工艺不仅能保证零件内在的质量， 同时直接关系到产品的经济效益。
1．材料的使用性 材料的力学性能、物理性能和化学性能，是选材 时首先应予保证的。 对于机器零件和工程构件，最重要的是力学性能。 如何才能准确地了解具体零件的 力学性能指标，这就要能正确地分析零件的受力状 态、载荷性质、工作温度、环境条件等几 方面。受力状态有拉、压、弯、扭、剪等；载荷性 质有静态载荷、动态冲击载荷和动态交变载 荷等；工作温度可分为高温、低温；除应考虑以上 所提的机械性能外，还应考虑零件的特殊 要求和使用的环境。
４、通过磨片试验和多媒体分析软件，对材
料（未知材料）的金相组织迚行分析，并指 出该材料的处理工艺和对应组织、用途、性 能、化学成分、应达到的强度、韧度、塑性、 硬度等技术指标。 ５、实验结果分析
27 汽车材料 教案：汽车典型零件的选材——选材概述
《汽车材料》教案任课教师：课程名称：课程代码：上课班级：专业：总学时：周学时：学期：202 ～202 学年第学期汽车材料教案主要教育教学目标一、知识目标1. 能说出汽车零件失效的原因及选材的原则和方法；2. 能概述汽车齿轮工作条件、性能要求及热处理工艺；3. 能概述汽车轴类零件工作条件、性能要求及热处理工艺；4. 能概述汽车弹簧工作条件、性能要求及热处理工艺；5. 能概述汽车箱体类零件工作条件、性能要求及热处理工艺；6. 能概述汽车车身冲压零件工作条件、性能要求及热处理工艺；7. 能概述汽车其他零件工作条件、性能要求及热处理工艺；二、能力目标1. 具有根据使用要求初步选材的能力；2. 具有分析汽车零件在不同工作条件下对性能要求的能力；3. 具有根据汽车零件的工作条件和性能要求，进行选材和分析其加工工艺的能力。
三、素质目标1. 培养严谨的工作态度、责任心；2. 培养吃苦耐劳的精神；3. 培养能运用所学知识解决实际问题的能力。
教学活动过程一、组织教学二、复习前课知识1、滚动轴承钢的分类及牌号；2、滚动轴承钢的性能要求。
三、导入新课汽车制造过程中，从设计新产品、改造老产品，到维修、更换零件，都会涉及到零件的选材、热处理工艺的确定和热处理工序安排等问题，那我们如何来进行汽车零件的选材呢？导出：四、新授课第一节汽车典型零件的选材——选材概述点名，记考勤（1min）教师提问引导学生回答（2 min ）一、零件的失效1、失效失效：当零件由于某种原因而丧失某种功能，即失效。
例：齿轮磨损、主轴变形、弹簧无弹性等。
零件失效，会带来很大的危害，甚至严重的事故。
2、失效形式（1）破坏失效——零件完全断裂而无法工作的失效。
（2）损伤严重失效——零件的变形超过了允许范围而造成的失效。
（3）不能达到满意的效果——指表面磨损、腐蚀、疲劳等。
刀具变钝、齿面点蚀、金属表面生锈等。
某载货汽车车架纵梁在恶劣工况发生疲劳断裂某载货汽车货箱举升油缸支座发生疲劳断裂3、、失效的原因（1）设计不合理:结构形状设计不合理；计算错误、工作条件估计错误。
机械零件选材及热处理手册
机械零件选材及热处理手册导言：机械零件选材及热处理是机械设计中非常重要的环节之一。
合理的选材可以确保机械零件具有足够的强度和耐用性，而热处理可以进一步提高零件的物理性能和力学性能。
本手册旨在介绍机械零件选材的基本原则和热处理的常见方法，供机械设计人员参考和应用。
第一章机械零件选材1.1选材原则机械零件的选材应考虑以下几个原则：1）强度要求：根据零件的使用条件和承受的载荷，选择具有足够强度的材料。
强度要求包括抗拉强度、屈服强度和冲击韧性等。
2）耐磨性要求：根据零件在使用过程中的摩擦磨损情况，选择具有良好耐磨性的材料，如铸铜合金、高锰钢等。
3）耐腐蚀性要求：根据零件在特殊环境中的耐蚀性要求，选择具有良好耐腐蚀性的材料，如不锈钢、耐酸碱钢等。
4）加工性要求：根据零件的形状和复杂程度，选择易于加工和加工性能稳定的材料，如碳钢、合金钢等。
5）经济性要求：根据零件的制造成本和使用成本，选择成本合理的材料，既满足零件性能要求，又不浪费资源。
1.2常用材料机械零件常用的材料包括：碳钢、合金钢、铸铁、铝合金、不锈钢等。
下面对这些材料进行简要介绍：1）碳钢：碳钢具有良好的可焊性、可锻性和加工性，适用于大多数机械零件的制造，但其耐蚀性较差。
2）合金钢：合金钢是通过添加合金元素（如铬、钼、镍等）来提高钢的性能，常用于承受较大载荷和高温环境的机械零件。
3）铸铁：铸铁具有良好的耐磨性和耐热性，适用于高温和摩擦磨损较大的零件，如发动机缸体和曲轴等。
4）铝合金：铝合金具有良好的强度和耐蚀性，适用于重量要求较轻和耐腐蚀性要求较高的零件。
5）不锈钢：不锈钢具有良好的耐腐蚀性和强度，适用于要求不生锈和耐腐蚀的零件，如食品加工设备和化工容器等。
第二章热处理方法2.1热处理的目的热处理是通过控制材料的加热和冷却过程，在不改变材料形状的情况下改变材料的组织结构和性能。
热处理的目的包括提高材料的硬度、强度和韧性，改善材料的耐磨性和耐蚀性。
2.2常见的热处理方法常见的热处理方法包括淬火、回火、正火、等温退火、冷处理等。
机械零件材料及毛坯的选择
〖任务描述〗机械零件材料及毛坯的选择车床主轴是指机床上带开工件或刀具旋转的轴，它是打算机床的加工质量和切削效率的重要部件。
下面以图 6-1 所示的C616 型车床主轴为例来分析其选材及热处理方法。
明确任务，在任务的驱动下学习。
图 6-1 C616 型车床主轴〖任务分析〗该车床主轴受交变弯曲和扭转复合应力作用，载荷不大，转速中等，冲击载荷也不大，所以具有一般综合力学性能即可满足要求。
但大的内锥孔、外锥体与卡盘、顶尖之间有摩擦，花键处与齿轮有相对滑动。
为防止划伤和磨损，这些部位要求有较高的硬度和耐磨性。
轴颈与滚动轴承协作硬度要求不高。
C616 型车床主轴选用 45 钢。
热处理技术条件为整体硬度 220～250 HBW；内锥孔和外锥体 45～50 HRC；花键局部 48～53 HRC。
其加工工艺路线为锻造—正火—粗加工—调质—半精加工—淬火、低温回火—粗磨(外圆、锥孔、外锥体)—铣花键—花键淬火、回火—精磨。
〖相关学问〗学习情境一零部件的失效一、零部件失效的概念及形式一般机器零件常见的失效形式有过量变形、断裂和外表损伤三种。
1.过量变形把握零部件失效（1）过量弹性变形。
机械零件在使用过程中只要受力必定会发生弹性变形，但是弹性变的概念。
形量过大会使零件失效。
引起弹性变形失效的缘由主要是零部件的刚度缺乏。
要预防过量弹性变形，则应选用弹性模量大的材料。
（2）过量塑性变形。
零部件承受的静载荷超过材料的屈服强度时，将产生塑性变形。
过量塑性变形是机械零件失效的重要形式，轻则使机器工作状况变坏，重则使机器无法连续运行，甚至破坏。
（3）蠕变。
在恒定载荷和高温下，蠕变一般是不行避开的，通常是以金属在肯定温度和应力下经过肯定时间所引起的变形量来衡量。
2.断裂1）韧性断裂韧性断裂时，零件承受的载荷大于零件材料的屈服强度，断裂前零件有明显的塑性变形，尺寸发生明显的变化。
一般断面缩小，且断口呈纤维状。
零件的韧性断裂往往是由于受到很大的载荷或过载引起的。
典型零件热处理实例,轴类热处理实例
典型零件热处理实例，轴类热处理实例轴类热处理实例一、工作条件以及材料与热处理要求1.条件:在滑动轴承中工作,υ周＜ 2m/S,要求表面有较高在硬度的小轴,心轴.如机床走刀箱、变速箱小轴..要求: 45、50,形状复杂的轴用40Cr、42MnVB.调质,HB228-255,轴颈处高频淬火,HRC45-502.条件: 在滑动轴承中工作,υ周＜ 3m/S,要求硬度高、变形小,如中间带传动装置的小轴要求: 40Cr、42MnVB 调质,HB228-255,轴颈高频淬火,HRC45-50.3.条件: υ周≥ 2m/S,大的弯曲载荷及摩擦条件下的小轴，如机床变速箱小轴。
要求: 15、20、20Cr、20MnVB 渗碳,淬火,低温回火,HRC58-62.4.条件: 高载荷的花键轴,要求高强度和耐磨,变形小.要求: 45 高频加热,水冷,低温回火,HRC52-58.5.条件: 在滚动或滑动轴承中工作,轻或中等负荷,低速,精度要求不高,稍有冲击,疲劳负荷可忽咯的主轴,或在滚动轴承中工作,轻载,υ＜1m/s的次要花键轴.要求: 45 调质,HB225-255(如一般简易机床主轴)6.条件: 在滚动或滑动轴承中工作,轻或中等负荷转速稍高.ρυ≤150N.m/(cm^2.s),精度要求高,冲击,疲劳负荷不大.要求: 45 正火或调质,HB228-255,轴颈或装配部位表面淬火,HRC45-50.7.条件: 在滑动轴承中工作,中或重载,转速较高ρυ≤400N.m/cm^2.S,精度较高,冲击、疲劳负荷不大.要求: 40Cr 调质,HB228-255或HB248-286,轴颈表面淬火,HRC≥54,装配部位表面淬火HRC≥45.8.条件: 其他同上,但转速与精度要求比上例高,如磨床砂轮主轴.要求: 45Cr、42CrMo其他同上,表面硬度HRC≥56.9.条件: 在滑动或滚动轴承中工作,中载、高速、心部强度要求不高,精度不太高,冲击不大,但疲劳应力较大,如磨床,重型齿轮铣床等主轴.要求: 20Cr 渗碳,淬火,低温回火,HRC58-62.10.条件: 在滑动或滚动轴承中工作,重载,高速(ρυ≤400N.m/cm^2.s)冲击,疲劳应力都很高.要求: 18CrMnTi 20Mn2B 20CrMnMoVA 渗碳淬火低温回火HRC≥59.11.条件: 在滑动轴承中回转,重载,高速,精度很高≤0.003mm,很高疲劳应力,如高精度磨床镗床主轴.要求: 38CrAlMoA 调质硬度HB248-286:轴颈渗氮,硬度HV≥900.12.条件: 电动机轴,主要受扭.要求: 35及45 正火或正火并回火,HB187及HB217.13.条件: 水泵轴,要求足够抗扭强度和防腐蚀.要求: 3Cr13及4Cr13 1000-1050℃油液,硬度分别为HRC42及HRC48.14.条件: C616-416车床主轴,45号钢(1)承受交变弯曲应力,扭转应力,有时还受冲击载荷.(2)主轴大端内锥孔和锥度处圆,经常与卡盘,顶针有相对摩擦.(3)花键部分经常磕碰或相对滑动(4)在滚动轴承中动转,中速,中载.要求:(1)整体调质后硬度HB200-230,金相组织为索氏体 .(2)内锥孔和外圆锥面处硬度HRC45-50,表面3-5mm风金相组织为屈氏体和少量回火马氏体.(3)花键部分硬度HRC48-53,金相组织同上15.条件: 跃进-130型载重(2.5吨)汽车半轴承受冲击、反复弯曲疲劳和扭转,主要瞬时超载而扭断,要求有足够的抗弯、抗扭、抗疲劳强度和较好的韧性要求: 40Cr 35CrMo 42CrMo40CrMnMo 40Cr 调质后中频表面淬火,表面硬度HRC≥52,深度4-6mm,静扭矩6900N.m,疲劳≥30万次,估计寿命≥30万km金相组织: 索氏体+屈氏体(原用调质加高频淬火寿命仅为4万km)二、备注:1.(1-8)备注:主轴与轴类材料与热处理选择必须考虑受力大小、轴承类型和主轴形状及可能引起的热处理缺陷.在滚动轴承或轴颈上有轴套在滑动轴承中回转,轴颈不需特别高的硬度,可用45、45Cr,调质,HB220-250,50Mn,正火或调质HRC28-35.在滑动轴承中工作的轴承应淬硬,可用15、20Cr,渗碳,淬火,回火到硬度HRC56-62,轴颈处渗碳深度为0.8-1mm.直径或重量较大的主轴渗碳较困难,要求变形较小时,可用45或40Cr在轴颈处作高频淬火.高精度和高转速(＞2000r/min)机床主轴尚须采用氮化钢进行渗氮处理,得到更高硬度.在重载下工作的大断面主轴,可用20SiMnVB或20CrMnMoVBA,渗碳,淬火,回火,HRC56-62.2.(9)备注:内心强度不高,受力易扭曲变形表面硬度高,宜作高速低负荷主轴.热处理变形较大.3.(100备注:心部有较高的σb及αk值，表面有高的硬度及耐磨性.有热处理变形.4.(11)备注:很高的心部强度,表面硬度极高,耐磨和变形量小.5.(12)备注:860-880℃正火6.(13)备注:或1Cr13 1100℃油淬,350-400℃回火,HRC56-62.7.(14)备注:加工和热处理步骤:下料→锻造→正火→粗加工→调质→半精车外圆,钻中心孔,精车外圆,铣键槽→锥孔及处圆锥局部淬火,260-300℃回火→车各空刀槽,粗磨处圆,滚铣花键槽→花键高频淬火,240-260℃加火→精磨.蜗杆蜗轮热处理实例一、工作条件以及材料与热处理要求1.条件: 负荷不大,断面较小的蜗杆要求: 45 调质,HB220-2502.条件: 有精度要求(螺纹磨出)而速度＜2m/s.要求: 45 淬火,回火,HRC45-503.条件: 滑动速度较高,负荷较轻的中小尺寸蜗杆要求: 15 渗碳,淬火,低温回火,HRC56-624.条件: 滑动速度＞2m/s(最大7-8m/s);精度要求很高,表面粗糙度为0.4的蜗杆,如立车中的主要蜗杆要求: 20Cr 20Mn2B 900-950℃渗碳,800-820℃油淬，180-200℃低温回火，HRC56-62 5.条件: 要求高耐磨性、高精度及尺寸大的蜗杆要求: 18CrMnTi、20SiMnVB处理同上,HRC56-626.条件: 要求足够耐磨性和硬度的蜗杆要求: 40Cr、42SiMn、45MnB 油淬,回火,HRC5-507.条件: 中载、要求高精度并与青铜蜗轮配合使用(热处理后再加工丝扣)之蜗杆要求: 35CrMo调质, HB255-303(850-870℃油淬,600-650回火)8.条件: 要求高硬度和最小变形的蜗杆要求: 38CrMoAlA、38CrAlA正火或调质后氮,硬度HV＞8509.条件: 汽车转向蜗杆要求: 35Cr 815℃氰化、200℃回火,渗层深度0.35-0.40mm,表面锉力硬度,机床丝杠汽车、拖拉机、配件矿山机械及其他零件热处理实例机床丝杠热处理实例一、工作条件以及材料与热处理要求1.条件: ≤级精度,受力不大,如各类机床传动丝杠要求: 45、45Mn2 一般丝杠可用正火,≥HB170;受力较大的丝杠,调质,HB250;方头,轴颈局部淬硬HRC422.条件: ≥7级精度,受力不大,轴颈方头等处均不需淬硬,如车床走刀丝杠要求: 45Mn易切削钢和45 热轧后σb=600-750N/mm^2,除应力后HB170-207,金相组织:片状珠光体+铁素体3.条件: 7-8级精度,受力较大,如各类大型镗床、立车、龙门铣和刨床等的走刀和传动丝杠要求: 40Cr、42MnVB、(65Mn)调质HB220-250,σb≥850N/mm^2;方头、轴颈局部淬硬HRC42,金相组织：均匀索氏体4.条件: 8级精度,中等负荷,要求耐磨,如平面磨床,砂轮架升降丝杠与滚动螺线啮合要求: 40Cr、42MnVB 调质HB250,中频表淬HRC54,, 调质后基体组织:均匀索氏体+细状珠光体5.条件: ≥6级精度,要求具有一定耐磨性,尺寸稳定性,较高强度和较好的切削加工性,如丝杠车床,齿轮机床、坐标镗床等的丝杠要求: T10、T10A、T12、T12A球化退火,HB163-193,球化等级3-5级,网状碳化物≤3级,调质HB201-229,金相组织;细粒状珠光体6.条件: ≥6级精度,要求抗腐蚀、较高的抗疲劳性和尺寸稳定性.如样板镗床或其他特种机床精密丝杠.要求: 38CrMoAlA 调质HB280,渗氮HV850,调质后基体组织,均匀的索氏体,渗氮前表面应无脱碳层7.条件: ≥6级精度,要求耐耐磨、尺寸稳定,但负荷不大,如螺纹磨床、齿轮磨床等高精度传动丝杠(硬丝杠)要求: 9Mn2V(直径≤60mm)、CrWMn(直径＞60mm),球化退火后,球状珠光体1.5-4级,网状碳化物≤3级,硬度≤HB227,淬火硬度 HRC56+0.5,金相组织,回火马氏体无残余奥氏体存在8.条件: ≥6级精度,受点负荷的,如螺纹或齿轮磨床、各类数控机床的滚珠丝杠要求: GCr15(直径≤70mm0)、GCr15SiMn(直径＞80mm)球化退火后,球状珠光体1.5-4级,网状碳化物≤3级,HRC60-62,金相组织;回火马氏体二、备注:1.丝杠的选材与处理;(1)丝杠的主要损坏形式,一般丝杠(≤7级精度)为弯曲及磨损;≥6级精度丝杠为磨损及精度丧失或螺距尺寸变化(2)丝杠材料应具有足够的力学性能,优良的加工性能,不易产生磨裂,能得到低的表面粗糙度和低的加工残余内应力,热处理后具有较高硬度, 最少淬火变形和残余奥氏体常用于不要求整体热处理至高硬度的材料,有45、40Mn、40Cr、T10、T10A、T12A、T12等.淬硬丝杠材料, 有GCr15、9Mn2V、CrWMn、GCr15、SiMn、38CrMOAlA等(3)热处理: 一般丝杠:正火(45钢)或退火(40Cr),除应力处理和低温时效,调质和轴颈、方头高频淬火与回火精密不淬硬丝杠: 除应力处理低温时效,球化退火,调质球化,如遇原始组织不良等,还需先经900℃(T10、T10A)-950℃(T12、T12A)正火处理后再球化退火,或直接调质球化精密淬硬丝杠: 退火或高温正火后退火,除应力处理,淬火和低温时效2.考虑热加工工艺性,丝杠结构设计注意事项:(1)结构尽可能简单,避免各中沟槽、突变的台阶、锐角等,尤其是氮化丝杠更应避免一切棱角(2)丝杠一端应留空刀槽.凸起台阶或吊装螺钉孔,便于冷热加工中吊挂用(3)不应有较大的凸阶,以免除局部镦粗的锻造工序.3.滚珠丝杠副的材料与热处理:(1)材料选用;滚珠丝杠;L≤2m、Φ40-80mm变形小、耐磨性高的6-8级丝杠用CrWMn整体淬火汽车、拖拉机、配件热处理实例一、工作条件以及材料与热处理要求1.条件; 推土机用销套: 承受重载、大冲击和严重磨损要求: 20Mn、25MbTiB 渗碳,二次淬火,低温回火,HRC59,渗碳层深2.6-3.8mm2.条件: 推土机履带板: 承受重载、大冲击和严重磨损要求: 40Mn2Si 调质,履带齿中频淬火或整体淬火,中频回火,距齿顶淬硬层深30mm3.条件: 推土机链轨节承受重载、大冲击和严重磨损要求: 50Mn、40MnVB 工作面中频淬火,回火,淬硬层深6-10.4mm4.条件: 推土机支承轮要求: 55SiMn、45MnB 滚动面中频淬火,回火,淬硬层深6.2-9.1mm5.条件: 推土机驱动轮要求: 45SiMn 轮齿中频淬火,淬硬层深7.5mm6.条件: 活塞销: 受冲击性的交变弯曲剪切应力、磨损大.主要是磨损、断裂要求: 20Cr 渗碳,淬火,低温回火,HRC59(双面)7.条件: 刮板弹簧转子发动机用,要求在高温下保持弹抗疲劳性能要求: 718耐热合金1050℃固溶处理,冷变形,690℃真空时效,8h (或620℃下8小时,500℃下松驰8小时)8.条件: 受冲击性迅速变化着的拉应力和装配时的预应力作用,在发动机运转中,连杆螺栓折断会引起严重事故,要求有足够的强度、冲击韧性和杭疲劳能力要求: 40Cr调质,HRC31,不允许有块状铁素体:下料→锻造→退火或正火→加工→调质(回火水冷防止第二类火脆性→加工→装配二、备注1.＜Φ50mm、耐磨性高、承受较大压力的6-8级,丝杠用GCr15整体或中频淬火2.＞Φ50mm、耐磨性高、6-8级丝杠用GCr15SiMn整体或中频淬火3.≤Φ40mm、L≤2mm、变形小、耐磨性高的6-8级丝杠用9Mn2V、整淬,冰冷处理.4.有防蚀要求特殊用途的丝杠用9Cr18,中频加热表面淬火. 矿山机械及其他零件、工作条件以及材料与热处理要求1.条件: 牙轮钻头主要是磨坏要求: 20CrMo渗碳,淬火,低温回火,HRC612.条件: 输煤机溜槽(原用16Mn钢板,未处理,仅用3-6个月)要求: 16Mn钢板中频淬火(寿命可提高一倍)3.条件: 铁锹(原用低碳钢固体渗碳淬火,回火,质量很差)要求: 低碳钢淬火,低温回火,得低碳马氏体,质量大大提高4.条件: 石油钻井提升系统用吊环(原用35钢)、吊卡(原用40CrNi或 35CrMo) 正火或调质,质量差,笨重.要求: 20SiMn2MoVA淬火,低温回火,得低碳马氏体,质量大大提高5.条件: 石油射孔枪承受火药爆炸大能量高温瞬间冲击,类似于枪炮.主要是过量塑性变形引起开裂要求: 20SiMn2MoVA淬火,低温回火,得低碳马氏体,σb=1610N/mm^2, αk=80N.m/mm^26.条件: 煤矿用圆环牵引链,要求高抗拉强度和抗疲劳,主要是疲劳断裂及加工时冷弯开裂.要求: 20MnV、25Mn2V 弯曲后闪光对焊,正火,880℃淬火,250℃回火获得代碳马氏体,预变形强化.σb≥850N/mm^2,σs≥650N/mm^2,αk≥100N.m/mm^27.条件: 凿岩机钎尾受高频冲击与矿石摩擦严重,要求多冲杭力大,耐疲劳,主要是断裂与凹陷要求: 30SiMnMoV、32SiMnMoV HRC56,渗碳淬火→650℃回火,二次加热260-280℃等温淬火→螺纺部分滚压强化8.条件: 凿岩机钎杆受高频冲击与矿石摩擦严重,要求多冲抗力大, 耐疲劳和磨损,主要是折断与磨损要求: 30SiMnMoV HRC59,900-920℃下用’603’液体渗碳2h, 至880℃空冷25-30s,油冷,230回火3h9.条件: 中压叶片油泵定子要求槽口耐磨和抗弯曲性能好.主要是槽口磨损、折断要求: 38CrMoAl 渗氮,HV900 调质→粗车→去应力→精车→渗氮10.条件: 机床导轨要求轨面耐磨和保持高精度.主要是磨损和精度丧失要求: HT200 HT300 表面电接触加热淬火,HRC5611.条件: 化工用阀门、管件等腐蚀大的零件,要求抗腐蚀性高要求: 普通碳素钢渗硅12.条件: 锅炉排污阀主要是锈蚀,要求抗腐蚀性好要求; 45 渗硼13.条件:(1)1t蒸汽锤杆sus660 cr4wmov 4cr17mo 1.4122 1.4122特殊钢材Φ120,L=2345mm 10t模锻锤锤杆(2)受较剧烈多次冲击和疲劳应力.主要是疲劳断裂要求; (1)45Cr 850℃淬火,10％盐冷,450℃回火,HRC45(2)35CrMo 860-870℃水淬,450-480℃回火,HRC4014.条件: 电耙耙斗、电铲铲斗的齿部:冲击大、摩擦严重.主要是磨坯.要求; ZGMn13 水韧处理,HB180-220(工作时在冲击和压力下HB450-550)15.条件: Φ840及Φ650mm的矿车轮要求: ZG55、ZGCrMnSi HB280-330二、备注:1.L≤1m、变形小、耐磨性高的6-7级丝杠用20CrMoA,渗碳,淬火2.L≤2.5mm、变形小、耐磨性高、6-7级丝杠用40CrMoA,高频或中频淬火.3.7-8级的丝杠用55、50Mn,高频淬火.4.L≤2.5mm、变形小、耐磨性高、5-6级精度的丝杠,38CrMoAlA或 38CrWVAl,氮化.5.螺母 GCr15、CrWMn、9CrSi,也有用18CrMn Ti 12CrNiA等渗碳钢的6.硬度要求推荐HRC60±2,螺母取上限,当丝杠L≥1.5<,或精度为 5、6级时,硬度可低一些,但须≥HRC567.采用表面热处理的淬透层深度,磨削后,应为:中频处理 9CRSI 45crnimova。
轴类零件的选材及热处理工艺
为： （ １ ） 传递扭矩 ， 受交变扭转 载荷 ， 往往 还受 交变弯 曲应力 ； （ ２ ） 轴颈承受较大 的摩擦 ； （ ３ ） 大多承受一定 的过载或 冲击载荷 。
２ 轴 的 失 效 形 式
Ｈ１ ５ ５ Ｂ外圆磨床砂 轮架 主轴 ， 材料为 ３ ８ Ｃ ｒ Ｍｏ Ａ １ 。调质要求 硬度 ２ ５ ０ — ２ ８ ０ ＨＢ 。渗氮层表面硬度 ≥９ ０ ０ Ｈ Ｖ，渗氮层深 度 ０ ． ４ —
如， Ｃ ６ ２ ０ 、 Ｃ Ｗ６ １ １ ０ ０等 的 主轴 用 材 ， 一般选用碳 素钢 （ 如４ ５钢 ） ；
例如 Ｙ ７ １ ６ ３齿轮磨 床主轴 选用 渗碳 钢 ： ２ ０ Ｃ ｒ Ｍｎ Ｔ ｉ 。正 火 ：
９ ５ ０ — ９ ７ ０ ℃， 空 冷 。 渗碳 、 淬火 ： ９ １ ０ — ９ ４ ０ ％渗 碳 ， ３ ２ ０ — ３ ４ ０ ％油 淬 ， １ ６ ０ — ２ ０ ０ ℃ 回火 。表 面 硬 度 ： ＞５ Ｉ ９ ＨＲ Ｃ。
须进行 ４ ０ ０ ％保 温 ６ ｈ的消 除 脆 性 处 理 。 ５ ． ２ 渗 碳 钢 所 生 产 的轴
一
求： （ １ ） 高的疲 劳强度 ， 防止疲劳断裂 ； （ ２ ） 良好 的综合 力学性能 ，
为减少应力集中效应和缺 １ ： ３ 敏感性 ． 以防止 冲击或 过载断裂 ， 需
要 轴的强度和塑性 、 韧性 有 良好配合 ； （ ３ ） 良好 的耐 磨性 ， 以防止
而 同时承受轴 向和弯扭交变 载荷 ， 精度要求较 高 ， 又承受一 定冲
击 的 较 重 要 的轴 ． 例如 ， Ｃ ６ １ ３ ２车 床 主 轴 、 Ｍ７ ４ ７ ５ Ｂ磨 床 砂 轮 主 轴
Ｍ１ ３ ５ ０万能外 圆磨床头 架主轴 ， 材料 为 ２ ０ Ｃ ｒ ， 要 求渗碳 深
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铣床（中载）主轴 —— 40Cr等调质，轴颈高频表面淬 火。
组合机床（重载）主轴 —— 20CrMnTi ，经渗C、淬火 、回火处理。
精密镗床（高精度）主轴 —— 38CrMoAl ，调质 + 氮 化 + 时效。
实例１ —— C620 车床主轴
℃ 830~ 840水 850油
850油
850油 940 水，油 850油
回火
℃
580~ 640空 500 水，油
500 水，油
550 水，油
640 水，油
600 水，油
机械性能
b
s AKU2
MPa MPa J
600 355 39
980 785 47
980 785 47
980 835 63
980 835 71
连杆工作时除了承受交变拉应力外，还受纵向 弯曲应力，截面上的应力分布基本上是相同的。 连杆的主要失效形式是疲劳断裂。 性能要求： 较高的屈服强度和疲劳强度，足够的刚度和韧 性，即要求良好的综合机械性能。还要根据连
杆尺寸考虑连钢杆材的淬透性
中、小型内燃机连杆：40、40Cr、40MnB 大功率内燃机连杆：42CrMo、40CrNi
连杆螺栓
2、技术要求： 调质处理后为回火索氏体，硬度为30～38HRC
3、选材40Cr
淬透性的考虑
水淬
至水冷端的距离
油淬
工艺路线
下料→锻造→退火或正火→粗加工→调质
→精加工 淬火
840℃
温
度
回火
油冷
525℃
水 冷
时间
考虑缺口敏感性选用调质处理较好。
二、轴类零件
性能要求 —— 强度、塑韧性，疲劳强度，轴颈耐磨性
980 785 63
C620 车床主轴
淬火 52HRC
课堂作业
60钢退火状态，已知其珠光 体硬度260HB，试计算60钢的硬 度并估计其强度。
Chapter 10
20CrMnTi钢齿轮热处理工艺
℃ 950～970℃
三、齿轮类零件
•1.轻载、低速或中速、冲击力小、精度较低 的一般齿轮——中碳钢，Q255、Q275、40、45、50、
50Mn，正火或调质，软齿面齿轮
•2.中载、中速、承受一定冲击载荷、运动较 为平稳的齿轮——中碳钢、中碳合金结构钢，45、
50Mn、40Cr、42SiMn，表面淬火及低温回火，硬齿面齿轮
磨齿
正火工艺
返回
渗碳工艺
返回
调质钢的牌号（摘自GB/T3077－1999）
淬 透 钢号 性
45
低 40MnB
40Cr
中 35CrMo
38CrMoAlA 高
40CrMnMo
主 要 成 分, %
C
Mn
0.42~ 0.50~
Si Cr 0.17~
0.50 0.80 0.37 0.37~ 1.10~ 0.20~
第10章 结构钢及其选用
渗碳件热处理工艺路线：
下料——锻造——正火或退火或调质— —粗加工、半精加工——渗碳——淬火、 低温回火——磨削
渗氮件热处理工艺路线：
下料——锻造——正火（退火）——粗加 工——调质——精加工——去应力退火— —粗磨——渗氮——精磨或研合机械性能一般；大端轴颈等部位耐磨性高。 性能指标 —— 硬度220～250HB，轴颈52HRC 。 选材 —— 45钢 热处理工艺 —— 830℃水淬 + 500℃回火 + 轴颈高 频淬火 + 200℃回火 最终组织 —— 心部：回火S 轴颈表面： M回火 工艺路线 —— 锻造→正火→粗加工→调质→精加工 →表面淬火＋低温回火→磨削
0.44 1.40 0.40
0.37~ 0.50~ Cr 0.8
0.45 0.80 ~1.10
0.32~ 0.40~ Cr 0.8
0.40 0.70 ~1.10 0.35~ Al 0.7 Cr 1.35
0.42 0.37~ 0.45
~1.1 0.90~ 1.20
~1.65
Cr 0.9 ~1.20
淬火
实例2--M120W万能磨床内圆磨头主轴
综合机械性能一般；内锥孔及φ25mm（滑动轴承配合处）处要求耐磨性高。 性能指标 —— 硬度220～250HB，轴颈52HRC 。 选材 —— 15钢渗碳 热处理工艺 —— 930℃渗碳，780℃水淬 + 200回火 最终组织 —— 表面： M回火 工艺路线 —— 锻造→正火→车削→渗碳→车螺纹→淬火＋低温回火→磨削
•3.重载、高速或中速，且受较大冲击载荷的 齿轮——低碳合金渗碳钢或碳氮共渗钢，20Cr、
20CrMnTi等，渗碳、淬火、低温回火
•4.精密传动齿轮——氮化钢， 38CrMoAl，调质，氮
化
20CrMnTi钢的汽车变速箱齿轮热处理工艺曲线
表面：高碳回火马氏体+残余奥氏体+碳化物 中心：铁素体+索氏体+低碳回火马氏体