轴的常用材料及热处理.
销轴常用的几种材料
销轴常用的几种材料销轴常用的几种材料一，45号钢GB/T699-1999标准规定45钢抗拉强度为600MPa，屈服强度为355MPa，伸长率为16%，断面收缩率为40%，冲击功为39J 。
45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达45～52HRC。
40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。
45号钢广泛用于机械制造，这种钢的机械性能很好。
但是这是一种中碳钢，淬火性能并不好，45号钢可以淬硬至HRC42~46。
所以如果需要表面硬度，又希望发挥45#钢优越的机械性能，常将45#钢表面淬火（高频淬火或者直接淬火），这样就能得到需要的表面硬度。
注：直径为8―12mm的45号钢淬火时容易产生裂纹，这是一个较为复杂的问题。
目前采取的措施是淬火时试样在水中快速搅动，或者采用油冷，可避免出现裂纹。
二，40Cr40Cr是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达45～52HRC。
40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。
40Cr是我国我国GB的标准钢号，40Cr钢是机械制造业使用最广泛的钢之一。
调质处理后具有良好的综合力学性能，良好的低温冲击韧性和低的缺口敏感性。
钢的淬透性良好，水淬时可淬透到Ф28～60mm,油淬时可淬透到Ф15～40mm。
这种钢除调质处理外还适于氰化和高频淬火处理。
切削性能较好，当硬度为HB174～229时，相对切削加工性为60%。
轴类零件加工基本知识
精选ppt
10
4、轴类零件种类：
有光轴、空心轴、半轴、阶梯轴、花键轴、十字轴、 偏心轴、曲轴及凸轮轴等。
精选ppt
11
精选ppt
12
二、轴类零件的技术要求
1、加工精度： 尺寸精度：主要指轴的直径尺寸精度。影响轴的回转 精度和配合精度。
一类是支承轴颈，要求较高IT5～IT7；
另一类是配合轴颈，要求稍低IT6～IT9。
项目二 了解车工技术 任务二 轴类零件加工基本知识
教学目的 1、懂得轴类零件的相关基本知识； 2、懂得车削。轴类零件的装夹。 教学重点 1、轴类零件的技术要求分析； 2、车削轴类零件的三种装夹方式。
精选ppt
1
传动精轴选pp装t 配图
2
传动精轴选pp零t 件图
3
一 、轴类零件的功用及结构特点
1、轴类零件的功用： 主要起支承传动件和传递运动和扭矩的作用。
用两顶尖安装工件，必须在工件的端面钻出中心孔。
精选ppt
24
中心孔的作用及结构：
中心孔是轴类工件在顶尖上安装的定位基面。
A型
B型
精选ppt
C型
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3、用一夹一顶安装工件
特点： 一端卡盘夹住（三爪、四
爪卡盘均可），另一端用后 顶尖顶住的装夹方法。能承 受较大的轴向切削力，安装 刚性好，比较安全，可提高 切削用量。车削轴类零件时 最好用这种方法。
高速重载轴可选20Cr、20CrMnTi等。
精选ppt
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2、毛坯：
●光轴或直径相差不大的阶梯轴：一般采用热 轧圆棒料；成品零件尺寸精度与冷拉圆棒料相符合 时采用冷拉圆棒料（外圆可不加工）；
●重要轴多采用锻件：毛坯加热锻打后，金属 内部晶格沿表面均匀分布，得到较高的机械强度；
销轴常用的几种材料
销轴常用的几种材料销轴常用的几种材料一，45号钢GB/T699-1999标准规定45钢抗拉强度为600MPa，屈服强度为355MPa，伸长率为16%，断面收缩率为40%，冲击功为39J 。
45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达45～52HRC。
40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。
45号钢广泛用于机械制造，这种钢的机械性能很好。
但是这是一种中碳钢，淬火性能并不好，45号钢可以淬硬至HRC42~46。
所以如果需要表面硬度，又希望发挥45#钢优越的机械性能，常将45#钢表面淬火（高频淬火或者直接淬火），这样就能得到需要的表面硬度。
注：直径为8―12mm的45号钢淬火时容易产生裂纹，这是一个较为复杂的问题。
目前采取的措施是淬火时试样在水中快速搅动，或者采用油冷，可避免出现裂纹。
二，40Cr40Cr是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达45～52HRC。
40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。
40Cr是我国我国GB的标准钢号，40Cr钢是机械制造业使用最广泛的钢之一。
调质处理后具有良好的综合力学性能，良好的低温冲击韧性和低的缺口敏感性。
钢的淬透性良好，水淬时可淬透到Ф28～60mm,油淬时可淬透到Ф15～40mm。
这种钢除调质处理外还适于氰化和高频淬火处理。
切削性能较好，当硬度为HB174～229时，相对切削加工性为60%。
该钢适于制作中型塑料模具。
力学性能：试样毛坯尺寸（mm）：25热处理：第一次淬火加热温度（℃）：850；冷却剂：油第二次淬火加热温度（℃）：-回火加热温度（℃）：520；冷却剂：水、油抗拉强度（σb/MPa）：≥980屈服点（σs/MPa）：≥785断后伸长率（δ5/%）：≥9断面收缩率（ψ/%）：≥45冲击吸收功（Aku2/J）：≥47布氏硬度（HBS100/3000）（退火或高温回火状态）：≤207三，30CrMnTi比20CrMnTi钢的强度、淬透性高，但冲击韧性略低。
轴的结构
②套筒——结构简单，定位可靠，多用于轴上 零件间距离较小的场合。但由于套筒与轴之间 存在间隙，故在高速情况下不宜使用。
③轴端挡圈——适用于固定轴端零件，可承受 剧烈振动和冲击载荷。 ④轴端挡板——适用于心轴和轴端固定。
⑤弹性挡圈——结构简单紧凑，只能承受很小 的轴向力，常用于固定滚动轴承。
2）周向固定
①平键连接——加工容易，装拆方便，轴向不能固定，不 能承受轴向力。
②花键连接——具有接触面积大，承载能力强，对中性和 导向性好，加工工艺复杂，制造成本高。
③紧定螺钉——紧定螺钉端部拧入轴上凹坑实现固定。结 构简单，不能承受较大载荷，只应用于辅助联接。
3）双向作用（同时有轴向和周向固定作用） ①销联接（销钉连接）——常用作安全装置，过载时可被 剪断，防止损坏其他零件。 ②圆锥面——装拆方便，适用于高速、冲击以及对中性要 求较高的场合。 ③紧定螺钉——轴向力和周向力均不能大，转速也不能高。 为防治螺钉松动，可加锁圈。 ④过盈配合——结构简单，定心好，承载能力强，但装配 困难，且对配合尺寸的精度要求较高。常与平键联合使用， 以承受大的交变、振动和冲击载荷。
2、轴的结构工艺性 轴的结构除了考虑零件固定与支承外，还需考虑到加工、 装配等工艺性要求。 （1）加工工艺性 ①轴的结构中，应有加工工艺所需的结构要素。如需磨削 的轴段，为了顺利退出行程，阶梯处应设有砂轮越程槽； 需切制螺纹的轴段，为了防止撞刀，应设有螺纹退刀槽； 为了便于加工定位，必要时轴的两端应设中心孔。 ②为了减少刀具品种、节省换刀时间，同一根轴上所有的 圆角半径、倒角尺寸、环形切槽宽度等应尽可能各自统一。
（2）装配工艺性 ①零件各部分装配时，不能互相干涉。
②轴的结构也应便于轴上零件的装配。
3、改进轴的结构，降低应力集中，提高疲劳强 度 （1）改进结构减小应力集中，改善零件的结构 形状对消除和减少应力集中，提高轴的疲劳强度 起着非常重要的作用。 （2）降低表面粗糙度，采用精车或磨削，较小 轴表面的加工刀痕，有利于较小应力集中，提高 轴的疲劳强度。 （3）采用表面热处理（表面淬火、渗碳、碳氮 共渗等）和冷加工（滚压、喷丸）均能明显提高 轴的疲劳强度。
40cr作为轴时的热处理_解释说明以及概述
40cr作为轴时的热处理解释说明以及概述1. 引言1.1 概述本文将详细探讨40cr作为轴时的热处理方法及其对材料性能的影响。
热处理是一种常见的金属加工技术，通过改变材料内部的组织结构和属性，以提高其力学性能和耐磨性。
特别是在应用于轴承等需要高强度和耐磨性的零件上，合理的热处理方法对于确保材料质量至关重要。
1.2 文章结构本文分为五个主要部分：引言、40cr作为轴时的热处理、40cr热处理过程解释说明、40cr热处理结果分析与评价以及结论。
在引言部分，我们将介绍文章涉及内容的概览并简要描述每个章节的目标。
接下来，我们将详细介绍40cr作为轴时的热处理相关知识，包括40cr材料介绍、热处理方法概述以及热处理参数对材料性能的影响。
1.3 目的本文旨在全面说明40cr作为轴时采用不同热处理方法时所取得的效果，并对其结果进行深入分析与评价。
通过详细解释预热过程、淬火过程和回火过程，我们将揭示这些热处理步骤对40cr材料的影响。
通过评估40cr材料的强度、硬度、韧性以及抗脆性，并结合微观组织分析与显微硬度测量结果，我们将为读者提供关于40cr热处理方法的全面理解。
最后，我们将总结研究结果并给出对未来工艺优化的建议，以期推动相关领域的发展。
2. 40cr作为轴时的热处理2.1 40cr材料介绍40cr是一种常用的合金结构钢，其化学成分包括0.37-0.44%的碳(C)、0.17-0.37%的硅(Si)、0.50-0.80%的锰(Mn)、0.80-1.10%的铬(Cr)，还含有少量的磷(P)和硫(S)等元素。
该材料具有良好的强度和耐磨性，广泛应用于制造轴等需要高强度和耐磨性能的零件。
2.2 热处理方法概述热处理是通过控制材料加热、冷却和回火过程，改变材料内部组织结构以达到提高其机械性能的目的。
对于40cr轴来说，常用的热处理方法包括预热、淬火和回火。
预热是在进行淬火前将材料加热至一定温度范围内保持一段时间，目的是消除材料内部残留应力、改善加工硬化组织，并使整个工件温度均匀。
常用材料及热处理名词解释
曲轴、摇杆、拉杆、键、销、螺栓、转轴齿轮、齿条、链轮、凸轮、轧辊、曲柄轴齿轮、轴、联轴器、衬套、活塞销、链轮活塞杆、齿轮、不重要的弹簧
齿轮、连杆、扁弹簧、轧辊、偏心轮、轮圈、轮缘
叶片、弹簧
1.数字表示钢中平均含碳量的万分数，例如45表示平均含碳量为0.45％
2.序号表示抗拉强度、硬度依次增加，延伸率依次降低
30Mn
40Mn
50Mn
60Mn
螺栓、杠杆、制动板
用于承受疲劳载荷零件：轴、曲轴、万向联轴器
用于高负荷下耐磨的热处理零件：齿轮、凸轮、摩擦片弹簧、发条
含锰量0.7％～1.2％的优质碳素钢
合金结构钢
铬钢
15Cr
20Cr
30Cr
40Cr
45Cr
渗碳齿轮、凸轮、活塞销、离合器较重要的渗碳件
常用材料及热处理名词解释
附表18常用钢材（摘自GB/T 700、GB/T 699、GB/T 3077、GB/T 11352、GB/T 5676）
名称
钢号
主要用途
说明
碳素结构钢
Q215-A Q235-A Q235-B Q255-A Q275
受力不大的铆钉、螺钉、轮轴、凸轮、焊件、渗碳件螺栓、螺母、拉杆、钩、连杆、楔、轴、焊件
汽车、拖拉机上强度特高的渗碳齿轮
铸
钢
ZG230-450
ZG310-570
机座、箱体、支架
齿轮、飞轮、机架
ZG表示铸钢，数字表示
屈服点及抗拉强度（MPa）
附表19常用铸铁（摘自GB/T 9439、GB/T 1348、GB/T 9400）
轴的常用材料及其机械性能
轴的常用材料及其机械性能轴的材料种类很多，选用时主要根据对轴的强度、刚度、耐磨性等要求，以及为实现这些要求而采用的热处理方式，同时考虑制造工艺问题加以选用，力求经济合理。
轴的常用材料是优质碳素钢35、45、50，最常用的是45和40Cr钢。
对于受载较小或不太重要的钢，也常用Q235或Q275等普通碳素钢。
对于受力较大，轴的尺寸和重量受到限制，以及有某些特殊要求的轴，可采用合金钢，常用的有40Cr、40MnB、40CrNi 等。
球墨铸铁和一些高强度铸铁，由于铸造性能好，容易铸成复杂形状，且减振性能好，应力集中敏感性低，支点位移的影响小，故常用于制造外形复杂的轴。
特别是我国研制成功的稀土-镁球墨铸铁，冲击韧性好，同时具有减摩、吸振和对应力集中敏感性小等优点，已用于制造汽车、拖拉机、机床上的重要轴类零件，如曲轴等。
根据工作条件要求，轴都要整体热处理，一般是调质，对不重要的轴采用正火处理。
对要求高或要求耐磨的轴或轴段要进行表面处理，以及表面强化处理(如喷丸、辐压等)和化学处理(如渗碳、渗氮、氮化等)，以提高其强度（尤其疲劳强度）和耐磨、耐腐蚀等性能。
在一般工作温度下，合金钢的弹性模量与碳素钢相近，所以只为了提高轴的刚度而选用合金钢是不合适的。
轴一般由轧制圆钢或锻件经切削加工制造。
轴的直径较小时，可用圆钢棒制造；对于重要的，大直径或阶梯直径变化较大的轴，多采用锻件。
为节约金属和提高工艺性，直径大的轴还可以制成空心的，并且带有焊接的或者锻造的凸缘。
对于形状复杂的轴（如凸轮轴、曲轴）可采用铸造。
轴的常用材料及其机械性能(MPa)各种发动机曲轴材料及热处理各种凸轮轴材料及热处理工艺机床主轴材料和热处理半轴常用材料及技术要求。
轴的常用材料及热处理.
按钮
轴的常用材料及热处理
二、轴的常用材料热处理
如 45 钢 ， 经 正 火 、 调质及部分表面淬 火等热处理，
一般轴类零件 常用中碳钢， 得到所要求的强度、 韧性和硬度。
Produced by Мiss Хiè
按钮
轴的常用材料及热处理
对中等精度而 转速较高的轴 类零件，
一般选用合金 钢 （ 如 40Cr 等），
轴的常用材料及热处理
轴的常用材料及热处理
一、轴的性能要求
二、轴的常用材料热处理
Produced by Мiss Хiè
轴的常用材料及热处理
一、轴的性能要求
好的综合 力 学 性 能 （强度和塑 性、韧性良 好配合）以 防止断裂。
高的疲劳 强度
轴颈、花键等处 较高硬度与耐磨 性
Produced by Мis具有较高 的综合力学性 能。
Produced by Мiss Хiè
按钮
轴的常用材料及热处理
对在高转速、重 载荷等条件下工 作的轴类零件，
可选用20CrMnTi 、 20Mn2B、20Cr等低 碳合金钢
经 渗碳 淬火处 理后 ， 具有很高的表面硬度， 心 部则 获得较 高的 强 度和韧性。
Produced by Мiss Хiè
按钮
Produced by Мiss Хiè
常用材料及热处理名词解释
不经热处理可用于中等载荷的零件，如拉杆、轴、套筒、钩子等。经调质处理后适用于强度及韧性要求较高的零件如传动轴等。
普通含锰钢
15
用于强度要求较高的零件。通常在调质或正火后使用。用于制造齿轮，机床主轴，花键轴，联轴器等。由于它淬透性差，因此截面大的零件很少采用。
60
这是一种强度和弹性相当高的钢。用于制造连杆，轧辊。弹簧、轴等。
硬度测定是为了检验材料经热处理后的机械性能—硬度
用于经退火、正火、调质的零件及铸件的硬度检查。
HRC洛氏硬度
用于经淬火、回火及表面化学热处理的零件的硬度检查。
HV维氏硬度
特别适用于薄层硬化零件的硬度检查。
HT200
HT250
163-255
属高强度铸铁。用于较重要铸铁如汽缸、齿轮、凸轮、机座、床身、飞轮、皮带轮、齿轮箱、阀壳、联轴器、衬筒。轴承座等。
HT300
HT350
HT400
170-255
170-269
197-269
属高强度、高耐磨铸件如齿轮、凸轮、床身、高压液压泵和滑阀的壳体、车床卡盘等。
球墨铸铁
冰冷处理
冰冷处理
将淬火钢继续冷却至室温以下的处理方法
进一步提高硬度，耐磨性并使其尺寸趋于稳定
用于滚动轴承的钢球、量规等。
发蓝发黑
发蓝发黑
氧化处理。用加热方法使一件表面形成一层氧化铁所组成的保护必薄膜。
防腐蚀，美观
用于一般常见的紧固件
硬度
HB布氏硬度
材料抵抗硬的物体压入零件表面的能力称”硬度”。根据测定方法不同，可以分布氏硬度，洛氏硬度、维氏硬度等。
A6
A7
延伸率低，拉拉强度高，耐磨性好，焊接性不够好。用于制造不重要的轴、键。弹簧等。
轴的设计计算
轴的设计计算轴的设计计算【⼀】能⼒⽬标1.了解轴的功⽤、分类、常⽤材料及热处理。
2.能合理地进⾏轴的结构设计。
【⼆】知识⽬标1.了解轴的分类，掌握轴结构设计。
2.掌握轴的强度计算⽅法。
3.了解轴的疲劳强度计算和振动。
【三】教学的重点与难点重点重点：轴的结构设计难点：难点：弯扭合成法计算轴的强度【四】教学⽅法与⼿段采⽤多媒体教学（加动画演⽰），结合教具，提⾼学⽣的学习兴趣。
【五】教学任务及内容任务知识点轴的设计计算1. 轴的分类、材料及热处理2. 轴的结构设计3. 轴的设计计算⼀、轴的分类（⼀）根据承受载荷的情况，轴可分为三类1、⼼轴⼯作时只受弯矩的轴，称为⼼轴。
⼼轴⼜分为转动⼼轴（a）和固定⼼轴(b)。
2、传动轴⼯作时主要承受转矩，不承受或承受很⼩弯矩的轴，称为传动轴。
3、转轴⼯作时既承受弯矩⼜承受转矩的轴，称为转轴。
（⼆）按轴线形状分：1、直轴（1）光轴作传动轴（应⼒集中⼩）（2）阶梯轴优点：1）便于轴上零件定位；2）便于实现等强度2、曲轴另外还有空⼼轴（机床主轴）和钢丝软轴（挠性轴）——它可将运动灵活地传到狭窄的空间位置。
如⽛铝的传动轴。
⼆、轴的结构设计轴的结构设计就是确定轴的外形和全部结构尺⼨。
但轴的结构设计原则上应满⾜如下要求：1)轴上零件有准确的位置和可靠的相对固定；2)良好的制造和安装⼯艺性；3)形状、尺⼨应有利于减少应⼒集中；4）尺⼨要求。
（⼀）轴上零件的定位和固定轴上零件的定位是为了保证传动件在轴上有准确的安装位置；固定则是为了保证轴上零件在运转中保持原位不变。
作为轴的具体结构，既起定位作⽤⼜起固定作⽤。
1、轴上零件的轴向定位和固定：轴肩、轴环、套筒、圆螺母和⽌退垫圈、弹性挡圈、螺钉锁紧挡圈、轴端挡圈以及圆锥⾯和轴端挡圈等。
2、轴上零件的周向固定：销、键、花键、过盈配合和成形联接等，其中以键和花键联接应⽤最⼴。
（⼆）轴的结构⼯艺性轴的结构形状和尺⼨应尽量满⾜加⼯、装配和维修的要求。
轴承合金及粉末冶金材料
2．轴承合金的分类及用途 按化学成分的不同，常用的轴承合金可分为锡基、铅基、铝基、铜基和铁基 等数种。使用最多的是锡基与铅基轴承合金，它们又称巴氏合金。巴氏合金的牌 号编号方法为“Z”+基本元素符号+主加元素符号+主加元素含量+辅加元素符号 +辅加元素含量，其中“Z”是“铸造”的意思。例如，ZSnSb11Cu6表示主加元素
图8-14 铁基多孔轴承的显微组织（250 ）
（2）铜基多孔轴承 常用的铜基多孔轴承是由ZCuSn5Pb5Zn5青铜粉末与石墨粉末制成，硬度为 ， 它的成分与ZCuSn5Pb5Zn5锡青铜相近，但其中有质量分数为0.3%～2%的石墨， 组织是 α 固溶体+石墨+铅+孔隙。它有较好的导热性、耐蚀性、抗咬合性，但承压 能力较铁基多孔轴承小，常用于制作纺织机械、精密机械、仪表等。
工程材料及热处理
轴承合金及粉末冶金材料
1.1 轴承合金
1．轴承合金的性能要求 滑动轴承是汽车、拖拉机、机床及其他机器中的重要部件。轴承合金是制造滑动轴承的轴瓦及内 衬的材料。轴承支撑着轴，当轴旋转时，轴瓦和轴发生强烈的摩擦，并承受轴颈传来的周期性载荷。 因此，轴承合金应具有以下性能。 （1）足够的强度和硬度，以承受轴颈较大的单位压力。 （2）足够的塑性和韧性，高的疲劳强度，以承受轴颈的周期性载荷，并抵抗冲击和振动。 （3）良好的磨合能力，使其与轴能较快地紧密配合。 （4）高的耐磨性，与轴的摩擦系数小，并能保留润滑油，减轻磨损。 （5）良好的抗蚀性、导热性，较小的膨胀系数，防止因摩擦升温而发生咬合。 为了满足上述提出的性能要求，轴承合金的组织最好是在软基体上分布着硬质点。这样，当轴在 轴瓦中转动时，软基体（或软质点）被磨损而凹陷，硬质点（或硬基体）耐磨相对凸起。凹陷部分可 保持润滑油，凸起部分可支持轴的压力，并使轴与轴瓦的接触面积减小，从而保证了近乎理想的摩擦 条件和极低的摩擦系数。另外，软基体（或软质点）还能起嵌藏外来硬质点的作用，以免划伤轴颈。
机械设计轴的设计.
潘存云教授研制
潘存云教授研制
潘存云教授研制
键槽应设计成 同一加工直线
三、各轴段直径和长度的确定 轴段直径大小取决于作用在轴上的载荷大小； 确定轴段直径大小的基本原则： 1. 按轴所受的扭矩估算轴径，作为轴的最小轴径dmin。 2. 有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径。 3. 安装标准件的轴径，应满足装配尺寸要求。 4. 有配合要求的零件要便于装拆。
孔径d 30 32 35 38 40 42 45 48 50 55 65 82 60 112 84 60 63 65… 142 107
长度 长系列 L 短系列
便于零件的装配，减少配合表面的擦伤的措施： 1) 在配合段轴段前应采用较小的直径； 2) 配合段前端制成锥度； 3) 配合段前后采用不同的尺寸公差。 为了便于轴上零件的拆卸，轴肩 高度不能过大。
发动机
传动轴
后桥
潘存云教授研制
11.1
概
述
一、轴的用途及分类 功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。 分类： 转轴---传递扭矩又承受弯矩 按承受载荷分有： 传动轴---只传递扭矩 类 心轴---只承受弯矩 型 按轴的形状分有：
车厢重力
潘存云教授研制
自行车 前轮轴
前叉
潘存云教授研制
200 250
……
…
…
…
…
…
用于不重要或 载荷不大的轴 有较好的塑性 和适当的强度， 可用于一般曲 轴、转轴。
…
轴的常用材料及其主要力学性能
材料牌号 热处理 毛坯直径 mm 硬度 HBS 屈服强 弯曲疲 度极限 劳极限 σ-1 σs MPa 400~420 225 170 375~390 215 590 295 255 570 285 245 640 355 275 735 540 355 685 490 335 900 735 430 785 570 370 735 590 365 685 540 345 930 785 440 835 685 410 785 590 375 抗拉强 度极限 σb 640 835 530 490 600 800 390 635 195 305 395 190 180 215 290 剪切疲 许用弯 劳极限 曲应力 [σ-1] σ-1 105 140 135 155 200 185 260 210 210 195 280 270 220 160 230 115 110 185 250 40 55 60
轴的用途和分类
第十一章轴§11-1 概述三．轴的材料主要是碳钢和合金钢。
碳钢：价格低廉，对应力集中的敏感性低，可用热1处理或化学处理提高耐磨性和抗疲劳强度，最常用45号钢。
合金钢：比碳钢具有更高的机械性能和更好的淬火性能。
在传递大动力，并要求减小尺寸与质量，提高轴颈的耐磨性，以及在高温或低温条件下工作的轴，采用合金钢。
注意：在一般工作温度下（低于200），各种碳钢和合金钢的弹性模量相差不多，所以不四．提高轴的强度的常用措施1．合理布置轴上零件以减小轴的载荷 2．改进轴上零件的结构以减小轴的载荷 3．改进轴的结构以减小应力集中的影响 4．改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度 五．轴的结构工艺性§11-3 轴的计算轴的计算通常在初步完成结构设计后进行校核计算。
计算准则是满足轴的强度或刚度要求，必要时校核轴的振动稳定性。
一．轴的强度校核计算根据轴的受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当选取许用应力。
对于仅仅（或主要）承受扭矩的轴（传动轴），按扭转强度计算； 对于只承受弯矩的轴（心轴），按弯曲强度计算； 对于既承受弯矩又承受扭矩的轴（转轴），按弯扭组合强度进行计算，需要时按疲劳强度进行精确校核。
1．按扭转强度条件计算这种方法只按轴所受的扭矩计算轴的强度；如果还受不大的弯矩，则用降低许用扭转切应力的方法予以考虑。
在作轴的结构设计时，通常用这种方法初步估算轴径。
对于不太重要的轴，也可作为最后计算结果。
轴的扭转强度为[]MPa dn PW T TTT ττ≤≈=362.010*55.9由上式可得轴径 [][]mm nPA n P n P d T T 3033636.2.010*55.9.2.010*55.9==≥ττ式中：[]3602.0/10*55.9T A τ=，表15-3。
对于空心轴()mm n PA d 3401β-≥，β=0.5~0.6当轴截面上开有键槽时，应增大轴径以考虑键槽对轴的强度的削弱。
表15-1 轴的常用材料及其主要力学性能
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表15-3 轴常用几种材料的[τT]及A0值
轴的材料 [τT]/MPa A0 Q235-A、20 15～25 149～126
Q275、35 （1Cr18Ni9Ti）
20～35 135～112
45 25～45 126～103
40Cr、35SiMn 38SiMnMo、3Cr13
35～55 112～97
注：1）表中[τT]值是考虑了弯曲影响而降低了的许用扭转切应力。 2）在下述情况时， [τT]取较大值，A0取较小值；弯曲较小或只受扭矩 作用、载荷平稳、无轴向载荷或只有较小的轴向载荷、减速器的低 速轴、轴只作单向旋转；反之， [τT]取较小值，A0取较大值。
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计算时，常将轴上的分布载荷简化为集中力，其作用点取 为载荷分布段的中点。
3Cr13
调质
≤100 ≤100
＞100~200
835 530 490
635
395 190 180
230 115 110
75
用于腐蚀条 件下的轴 用于高、低 温及腐蚀条件 下的轴 用于制造复 杂外形的轴
1Cr18Ni 淬火 9Ti QT600-3
≤192
195
45
190~ 600 370 215 185 270 245~ 800 480 290 250 QT800-2 335 注：①表中所列疲劳极限σ-1值是按下列关系式计算的，供设计时参考。 碳钢σ-1≈0.43 σB ；合金钢： σ-1≈0.2（σB+σs ）+100 ； 不锈钢： σ-1≈0.27（σB+σs ） ； τ-1≈0.156（σB+σs ） ； 球墨铸铁： σ-1≈0.36σB ；τ-1≈0.31σB。 ②1Cr18Ni9Ti（GB1221-84）可选用，但不推荐。
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。
40crnimo轴 工作温度
40crnimo轴工作温度以40CrNiMo轴工作温度为标题，我们将探讨关于该轴的工作温度范围，以及在不同温度下其性能和特点的变化。
40CrNiMo轴是一种常用的合金钢轴材料，具有优良的机械性能和热处理能力。
它主要由碳、铬、镍和钼等元素组成，这些元素的含量使得40CrNiMo轴在高温环境下仍然能够保持较好的强度和硬度。
我们来看40CrNiMo轴的工作温度范围。
一般来说，40CrNiMo轴的工作温度范围在-40℃至300℃之间。
在低温环境下，40CrNiMo 轴仍然能够保持较好的韧性和抗冲击性能，不易产生脆性断裂。
而在高温环境下，40CrNiMo轴能够保持较高的强度和硬度，不易发生塑性变形。
我们来看40CrNiMo轴在不同工作温度下的性能和特点的变化。
在低温环境下，40CrNiMo轴的强度和韧性都会有所降低，但仍能满足一般工况下的使用要求。
此外，40CrNiMo轴在低温环境下的疲劳寿命也会受到影响，需要进行适当的设计和材料选择。
在高温环境下，40CrNiMo轴的强度和硬度会有所提高，但韧性会降低。
因此，在高温环境下使用40CrNiMo轴时，需要注意避免超过其承载能力范围，以防止发生断裂或变形等事故。
40CrNiMo轴还具有良好的热处理性能。
通过适当的热处理工艺，可以使40CrNiMo轴获得更高的强度和硬度，提高其抗疲劳和耐磨性能。
常用的热处理方法包括淬火和回火，通过控制加热温度和冷却速度等参数，可以使40CrNiMo轴达到理想的组织和性能。
40CrNiMo轴的工作温度范围在-40℃至300℃之间，适用于一般工况下的使用。
在不同工作温度下，40CrNiMo轴的性能和特点会有所变化，需要根据具体的工作条件和要求进行选择和设计。
同时，合适的热处理也可以提高40CrNiMo轴的性能和使用寿命。
因此，在使用40CrNiMo轴时，需要综合考虑工作温度、载荷、速度等因素，以确保其安全可靠地运行。