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常用材料及其机械性能 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轴的常用材料及其机械性能 MPa 许用弯曲应力 材料牌号 热处 理 毛坯直 径 mm 硬度 HB 抗拉 强度 b 屈服 强度 s 弯曲 疲 劳极 限 1 扭转 疲 劳极 限 1 1 0 1 备 注 Q235 A 440 240 180 105 125 70 40 用于不重 要或载荷不 大的轴 正火 25 156 420 250 180 100 125 70 40 20 正火 回火 100 100 3 00 300 5 00 500 7 00 103 1 56 400 380 370 360 220 200 190 180 165 155 150 145 95 90 85 80 125 70 40 用于载荷不 大 要求韧 性较高的场 合 用于有一定 正火 回火 100 100 3 00 300 5 00 500 7 50 750 1 000 149 1 87 143 1 87 137 1 87 520 500 480 460 440 270 260 240 230 220 210 205 190 185 175 120 115 110 105 100 165 75 45 调质 100 100 3 00 156 2 07 560 540 300 280 230 220 130 125 175 85 50 强度要求和 加工塑性要 求的轴 正火 25 241 610 360 260 150 195 95 55 正火 回火 100 100 3 00 300 5 00 500 7 50 170 2 17 162 2 17 156 2 17 600 580 560 540 300 290 280 270 240 235 225 215 140 135 130 125 195 95 55 45 调质 200 217 2 55 650 360 270 155 215 100 60 应用最广泛 25 1000 800 485 280 245 120 70 40Cr 调质 100 100 3 00 300 5 00 500 8 00 241 2 86 229 2 69 217 2 55 750 700 650 600 550 500 450 350 350 320 295 255 200 185 170 145 245 120 70 用于载荷较 大 而无很 大冲击的重 要轴 25 900 750 445 255 245 120 70 35SiMn 42SiMn 调质 100 100 3 00 300 4 00 400 5 00 229 2 86 217 2 69 217 2 55 196 2 55 800 750 700 650 520 450 400 380 355 320 295 275 205 185 170 160 245 120 70 性能接近 40Cr 用于 中小型轴 25 1000 800 485 280 245 120 70 40MnB 调质 200 241 2 86 750 500 335 195 245 120 70 性能同 40Cr 用于 重要的轴 40CrNi 调质 25 1000 800 485 280 285 130 75 用于很重要 的轴 25 100 850 500 285 245 120 70 35CrMo 调质 100 100 3 00 300 5 00 500 8 00 207 2 69 750 700 650 600 550 500 450 400 350 320 295 270 200 185 170 155 245 120 70 性能接近 40CrNi 用 于重载荷的 轴 38SiMnMo 调质 100 100 3 00 300 5 00 500 8 00 229 2 86 217 2 69 196 2 41 187 2 41 750 700 650 600 600 550 500 400 360 335 310 270 210 195 175 155 275 120 70 性能接近于 35CrMo 25 1000 850 495 285 275 120 70 37SiMn2MoV 调质 200 200 4 00 400 6 00 269 3 02 241 2 86 241 2 69 880 830 780 700 650 600 425 395 370 245 230 215 275 120 70 用于高强度 大尺寸和重 载荷的轴 38CrMoAlA 调质 30 229 1000 850 495 285 275 125 75 用于要求耐 磨 高强且 热处理变形 很小的 氮化 轴 20Cr 渗碳 淬火 回火 15 60 表面 HRC 56 62 850 650 550 400 375 280 215 160 215 100 60 20CrMnTi 渗碳 淬火 回火 15 表面 HRC 56 62 1100 850 525 300 365 165 100 用于要求强 度 韧性均 较高的轴 如 齿轮轴 蜗 杆 1Cr13 调质 60 187 2 17 600 420 275 155 275 130 75 2Cr13 调质 100 197 2 48 660 450 295 170 275 130 75 用于腐蚀条 件下工作的 轴 1Cr18Ni9Ti 淬火 60 60 18 0 100 2 00 192 550 540 500 220 200 200 205 195 185 120 115 105 165 75 45 用于在高 低温及强腐 蚀条件下工 作的轴 QT400 15 156 1 400 300 145 125 100 用于结构 97 QT450 10 170 2 07 450 330 160 140 110 QT500 7 187 2 55 500 380 180 155 125 QT600 3 197 2 69 600 420 215 185 150 形状复杂的 轴 注 1 表中所列疲劳极限数据 均按下式计算 1 0 27 b s 1 0 156 b s 2 其他性能 一般可取 s 0 55 0 62 s 0 1 4 1 0 1 5 1 3 球墨铸铁 1 0 36 b 1 0 31 b 4 许用静应力 1 b S b 许用疲劳应力 1 1 S 1 5 选用 1 时 重要零件取小值 一般零件取大值 各种发动机曲轴材料及热处理各种发动机曲轴材料及热处理 预备热处理 最终热处理 用 途 材 料 工艺 硬度 HB 工艺 层深 mm 硬度 HB 轿车 轻型 车拖拉机 45 50Mn QT600 3 正火 调质 正火 170 22 8 217 27 7 229 30 2 感应淬火 氮碳共渗 570 180min 油冷 氮碳共渗 560 180min 油冷 2 4 5 0 5 0 1 55 63 500HV0 1 650HV 载重车及拖 拉机 QT600 3 45 45 正火 正火 调质 220 26 0 163 19 6 207 24 1 感应淬火 自回火 感应淬火 自回火 感应淬火 自回火 2 9 3 5 3 4 5 3 46 58 55 63 55 重型载重车 45 QT900 2 35CrMo 正火 正火 回火 调质 280 32 1 216 26 9 氮碳共渗 感应淬火 0 9 1 2 3 5 300HV10 53 58 大马力柴油 机 QT600 3 35CrNi3Mo 35CrMo QT600 3 正火 回火 调质 稳定 化处理 调质 正火 回火 240 30 0 渗氮 490 60h 离子渗氮 515 40h 渗氮 510 120h 0 3 0 5 0 7 600HV 550HV 600HV 各种凸轮轴材料及热处理工艺各种凸轮轴材料及热处理工艺 预备热处理 最终热处理 用 途 材 料 工艺 硬度 HB 工艺 层深 mm 硬度 HB 小拖拉机 轿车 吉普 QT600 3 合金铸铁 45 正火 去应力退 火 调质 229 30 2 241 30 2 187 22 9 贝氏体等温淬火 贝氏体等温淬火氮碳 共渗 感应淬火 0 1 0 15 3 0 6 0 43 50 700HV 颈 55 63 齿 45 58 载重车 拖拉机 45 QT600 3 正火 去应力退 火 163 19 7 230 28 0 感应淬火 贝氏体等温淬火 2 5 5 5 颈 55 63 齿 45 58 45 重型车 20 QT600 3 50 去应力退 火 正火 170 渗碳 淬火回火 贝氏体等温淬火 感应淬火 回火 1 3 1 7 1 5 2 0 58 62 43 51 59 63 船 20CrMnTi 正火 渗碳 淬火 回火 1 7 2 2 56 61 50Mn 退火 去应力退 火 241 28 5 感应淬火 凸轮 轴颈 2 5 1 5 4 58 62 55 62 大马力 柴油机 机 车 45 正火 感应淬火 回火 1 3 2 5 50 55 机床主轴材料和热处理机床主轴材料和热处理 工作条件工作条件 材材 料料 热处热处 理理 硬硬 度度 原原 因因 使用实例使用实例 1 与滚动轴承配合 2 轻载荷或中等载荷 转速低 3 精度要求不高 4 稍有冲击载荷 交变 载荷可以忽略不计 45 调质 处理 220 25 0HB 1 调质后 保证主轴具 有一定强度 2 精度要求不高 一般机床 主轴 1 与滚动轴承配合 2 轻载荷或中等载荷 转速略高 3 装配精度要求不太高 4 冲击和交变载荷可以 忽略不计 45 调 质后 局部 整体 淬硬 42 47H RC 1 有足够的强度 2 轴颈及配件装拆处得 到需要的硬度 3 简化热处理操作 4 不承受较大冲击载荷 龙门铣床 立式铣床 小型立式 车床等的 主轴 正火 170 21 7HB 1 与滚动轴承配合 2 轻载荷或中等载荷 转速低 PV 150N m cm2 s 45 调质 220 25 0HB 1 正火或调质后保证主 轴具有一定的强度和韧 性 2 轴颈处有滑动摩擦 C650 C6 60 C848 0 等大重 型车床主 3 精度要求不很高 4 冲击 交变载荷不大 轴颈 部分 表面 淬硬 48 53H RC 需要有较高的硬度 轴 1 与滚动轴承配合 2 承受中等 转速较高 3 精度要求较高 4 交变 冲击载荷较小 40Cr 42MnVB 淬硬 调质 后局 部淬 硬 42 47H RC 或 52 57H RC 1 为保证有足够的强度 选用 40Cr 调质 2 轴颈和配件装拆处得 到需要的硬度 3 若无冲击力 硬度要 求取高值 齿轮铣床 组合车床 等的主轴 调质 220 25 0HB 1 与滚动轴承配合 2 承受中等 转速较高 3 精度要求较高 4 交变 冲击载荷较小 5 工作中受冲击载荷 40Cr 42MnVB 轴颈 部分 表面 淬硬 48 53H RC 1 调质后主轴有较高的 强度和韧性 2 轴颈处得到需要的硬 度 铣床 龙 门铣床 车床等的 主轴 调质 处理 220 25 0HB 或 250 28 0HB 轴颈 部分 表面 淬火 52 57H RC 1 与滑动轴承配合 2 承受中等载荷 转速 较高 PV 400N m cm2 s 3 承受较高的交变和冲 击载荷 4 精度要求较高 40Cr 42MnVB 装拆 配件 处表 面淬 硬 48 53H RC 1 调质后主轴有较高的 强度和韧性 2 为获得良好的耐磨性 选择表面淬硬 3 配件装拆部分有一定 硬度 车床主轴 或磨床砂 轮主轴 80mm 以下 调质 处理 轴颈 部分 表面 淬火 1 与滑动轴承配合 2 承受中等载荷 转速 较 PV 400N m cm2 s 提高 3 承受较高的交变和冲 击载荷 4 精度要求更高 40Cr 42CrMn 装拆 配件 处表 面淬 硬 表面硬 度 56 61H RC 1 调质后主轴有较高的 强度和韧性 2 为获得良好的耐磨性 选择表面淬硬 3 配件装拆部分有一定 硬度 磨床砂轮 主轴 调质 250 28 0HB 1 与滑动轴承配合 2 承受中等载荷或重载 荷 65Mn 轴颈 59HRC 1 调质后有较高的强度 2 表面淬硬后提高耐疲 劳性能 磨床砂轮 主轴 部分 表面 淬硬 PV 400N m cm2 s 3 要求轴颈有更高的耐 磨性 4 精度要求较高 5 承受较高的交变 但 冲击载荷较小 装拆 配件 处表 面淬 硬 50 55H RC 3 获得较高的硬度 提 高耐磨性 4 表面马氏体易粗大 冲击值低 调质 轴颈 部分 表面 淬硬 1 与滑动轴承配合 2 承受中等载荷或重载 荷 PV 400N m cm2 s 3 要求轴颈有更高的耐 磨性 4 精度要求较高 5 承受较高的交变 但 冲击载荷较小 6 表面硬度和显微组织 要求更高 GCr15 9Mn2V 装拆 配件 处表 面淬 硬 250 28 0HB 59HRC 1 获得高的表面硬度和 良好的耐磨性能 2 超精磨性好 粗糙度 易降低 较高精度 的磨床主 轴 正火 或调 质 250 28 0HB 1 与滑动轴承配合 2 受重载荷 转速很高 3 精度要求极高 轴隙 0 003mm 4 受很高的疲劳应力和 冲击载荷 38CrMoAlA 渗氮 900HV 1 有很高的心部强度 2 达到很高的表面硬度 不易磨损保持精度稳定 3 优良的耐疲劳性能 4 畸变量小 高精度磨 床主轴 镗床主轴 坐标镗床 等的主轴 1 与滚动或滑动轴承配 合 转速较低 2 受轻载荷或中等载荷 50Mn2 正火 192 24 1HB 对于大直径主轴 当热 处