轴的常用材料和机械性能

1、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 4 0Cr、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

2、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

3、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）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 许用弯曲应力备注 +1 0 -1Q235-A-4402401801051257040用于不重 要或载荷不 大的轴20正火2515642025018010012570 40用于载荷不正火回火100100300300500500700103156400380370360

4、220200190180165155150145959085801257040大，要求韧性 较高的场合。正火25875403202301301657545100100149300187520270210120正火300500260205115用于有一定500143480240190110165754535回火500187460230185105强度要求和750137440220175100加工塑性要 求的轴。7501871000调质1001565603002301301002075402802201251758550300正火252416103602601501959555100170正火10

5、02176003002401403001625802902351353002171959555应用最广泛。45回火500560280225130540270215125500156750217调质217200255650360270155215100602510008004852802451207010024140Cr调质100300286229750550350200用于载荷较 大，而无很大700500320185冲击的重要30026965045029517024512070。 轴50060035025514550021780025535SiMn调质259007504452552451207

6、0性能接近42SiMn1001003003004004005002292862172692172551962558007507006505204504003803553202952752051851701602451207040Cr，用于中 小型轴。25100080048528024512070性能同40MnB调质2002417505003351952451207040Cr，用于重286要的轴。调质用于很重要40CrNi25100080048528028513075的轴2510085050028524512070100100300750550350200性能接近35CrMo调质20770050

7、03201852451207040CrNi ，用于300269650450295170重载荷的轴。500600400270155500800229100286100300217750600360210调质269700550335195性能接近于38SiMnMo3002751207050019665050031017535CrMo 。24160040027015550018780024125100085049528527512070200269用于高强度、调质302880700425245200大尺寸和重37SiMn2MoV24140028683065039523027512070载荷的轴。40

8、0780600370215241600269用于要求耐 磨、高强且热38CrMoAlA调质30229100085049528527512575处理变形很小的（氮化）轴20Cr渗碳 淬火 回火15 60表面HRC566285065055040037528021516021510060用于要求强 度、韧性均较 高的轴 （如齿 轮轴、蜗杆 ）20CrMnTi渗碳 淬火 回火15表面HRC566211008505253003651651001Cr13调质6018721760042027515527513075用于腐蚀条 件下工作的 轴。2Cr13调质10019724866045029517027513

9、0751Cr18Ni9Ti淬火6060180 1002001925505405002202002002051951851201151051657545用于在高、低温及强腐蚀 条件下工作 的轴。QT400-15-156197400300145125100用于结构、形状复杂的轴QT450-10-170207450330160140110QT500-7-187255500380180155125QT600-3-197269600420215185150注：1. 表中所列疲劳极限数据， 均按下式计算 -10.27（ b+s），-10.156（ b+s）2. 其他性能，一般可取 s（0.55 0.62）

10、 s， 01.4 -1， 01.5 -1。3. 球墨铸铁 -10.36 b， -10.31 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用途材料预备热处理最终热处理工艺硬度 （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170228217277229302感应淬火 氮碳共渗： 570， 180min 油冷 氮碳共渗： 560， 180min 油冷2 4.50.50.15563500HV0.1 650HV载重车及拖QT600-

11、3正火220感应淬火，自回火2.9 4658拉机4545正火 调质260 163196207241感应淬火，自回火 感应淬火，自回火3.53 4.5355635545正火280氮碳共渗0.9 1.2300HV10重型载重车QT900-2正火 +回火32135CrMo调质216269感应淬火355358大马力柴油QT600-335CrNi3Mo正火 +回火 调质 +稳定 化处理 调质正火 +回火240300渗氮， 490， 60h0.3600HV机35CrMo离子渗氮， 515， 40h0.5550HVQT600-3渗氮， 510， 120h0.7600HV各种凸轮轴材料及热处理工艺用途材料预备

12、热处理最终热处理工艺硬度 （HB）工艺层深（mm）硬度（ HB）229贝氏体等温淬火正火302贝氏体等温淬火氮碳小拖拉机QT600-3去应力退241共渗0.10.1543 50轿车合金铸铁火302感应淬火3.06.0700HV吉普45调质187颈 55 63229齿 45 58163感应淬火2.55.5颈 55 63正火197齿 45 58载重车45贝氏体等温淬火45拖拉机QT600-3去应力退230火28020去应力退渗碳、淬火回火1.31.75862重型车QT600-3去应力退 火170贝氏体等温淬火435150火 正火感应淬火、回火1.52.05963船20CrMnTi正火-渗碳、淬火、

13、回火1.72.256 6150Mn退火241大马力机感应淬火 凸轮255862去应力退285柴油机轴颈1.545562火车45正火-感应淬火、回火1.32.55055机床主轴材料和热处理工作条件材料热处 理硬度原因使用实 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220250HB1) 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4247HRC1)有

14、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1) 与滚动轴承配合2) 轻载荷或中等载荷， 转 速低2PV150Nm/(cm 2s) 3) 精度要求不很高4)冲击, 交变载荷不大45正火170217HB1)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， 需C650、C660、C8480等 大重型 车床主 轴调质220250HB轴颈部 分表 面淬硬4853HRC要有较高的硬度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

15、)淬硬 调质后 局 部淬 硬4247HRC 或5257HRC1) 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1) 与滚动轴承配合2) 承受中等，转速较高40Cr(42MnVB)调质220250HB1) 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) 工作中受冲击载荷轴颈部 分表 面淬硬4853HRC1) 与滑动轴承配合2) 承受中等载荷， 转速较 高PV2 400Nm/(cm 2 s)3) 承受较高的交变

16、和冲 击载荷4) 精度要求较高40Cr(42MnVB)调质处 理220 250HB 或250 280HB1) 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)轴颈部 分表面 淬火5257HRC装拆配件处表面淬硬4853HRC1) 与滑动轴承配合2) 承受中等载荷， 转速较2PV400Nm/(cm 2s) 提高3) 承受较高的交变和冲 击载荷4) 精度要求更高40Cr(42CrMn)调质处 理轴颈部 分表面 淬火装拆配 件处表 面淬硬表面硬 度 56 61HRC1)调质后主轴有较高的 强度和韧性2)为获

17、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1) 与滑动轴承配合2) 承受中等载荷或重载 荷PV 2 400Nm/(cm 2 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65Mn调质250280HB1) 调质后有较高的强度2) 表面淬硬后提高耐疲 劳性能3 ) 获得较高的硬度， 提高 耐磨性4) 表面马氏体易粗大， 冲 击值低磨床砂轮主轴轴颈部 分表 面淬硬59HRC装拆配件处表面淬硬5055HRC1) 与滑动轴承配合2) 承受中等载荷或重载 荷PV 2400Nm/(cm 2 s)GCr159Mn2V调质 轴颈部 分表

18、面淬硬250280HB 59HRC1)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 要求更高装拆配件处表面淬硬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 0.003mm4) 受很高的疲劳应力和 冲击载荷38CrMoAlA正火或调质250280HB1) 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 轴渗氮900HV1) 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192241HB对于大直径主轴， 当热处 理 设备或技术有