轴的常用材料及其机械性能

1、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、40MnB40CrNi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，

2、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

3、的轴还可以制成空心的，并且带有焊接的或者锻造的凸缘。轴的常用材料及其机械性能对于形状复杂的轴（如凸轮轴、曲轴）可采用铸造。材料牌号热处理毛坯直径（mm）硬度HB抗拉强度Cb>屈服强度（s>弯曲疲劳极限0-12s扭转疲劳极限T1>许用弯曲应力备注<+1，Q235-A-4402401801051257040用于不重要或载荷不大的轴(MPa)20正火25<1564202501801001257040用于载荷不大，要求韧性较高的场合。正火回火<100>100300>300500>50070010315640038037036022020019018

4、016515515014595908580125704035正火25<875403202301301657545用于有一定强度要求和加工塑性要求的轴。正火回火<100>100300>300500>500750>75010001491871431871371875205004804604402702602402302202102051901851751201151101051001657545调质<100>100300156207560540300280230220130125175855045正火25<2416103602601501959

5、555应用最广泛。正火回火<100>100300>300500>5007501702171622171562176005805605403002902802702402352252151401351301251959555调质<2002172556503602701552151006040Cr调质25100080048528024512070用于载荷较大，而无很大冲击的重要轴。<100>100300>300500>5008002412862292692172557507006506005505004503503503202952552001

6、851701452451207035SiMn调质2590075044525524512070性能接近40Cr,用于中小型轴。42SiMn<100229286800520355205>100->300-300-40021726921725575070045040032029518517024512070>400-50019625565038027516040MnB调质25100080048528024512070性能同40Cr,用于重要的轴。<2002412867505003351952451207040CrNi调质25100080048528028513075用于

7、很重要的轴2510085050028524512070<10075055035020035CrMo调质>100C>300-300-50020726970065050045032029518517024512070性能接近40CrNi,用于重载荷的轴。>500-800600400270155<10022928675060036021038SiMnMo调质>100C>300-300-50021726919624170065055050033531019517527512070性能接近于35CrMoo>500-800187241600400270155

8、2510008504952852751207037SiMn2MoV调质<200>20040026930224128688083070065042539524523027512070用于高强度、大尺寸和重载荷的轴。>400-60024126978060037021538CrMoAlA调质30229100085049528527512575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15表面H

9、RC1100850525300365165100回火56621Cr13调质<6018721760042027515527513075用于腐蚀条件下工作的轴。2Cr13调质<100197248660450295170275130751Cr18Ni9Ti淬火<60>60180>100200<1925505405002202002002051951851201151051657545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QT450-10-170207450330160140110QT

10、500-7-187255500380180155125QT600-3-197269600420215185150注：1.表中所列疲劳极限数据，均按下式计算产0.27（h+小），厂产0.156（bb+bj2.其他性能，一般可取°s=（0.550.62）小，a01.41，1.51。3.球墨铸铁b-1=0.36小，1=0.31s。4.许用静应力b+1=ab/Sb,许用疲劳应力a-1-h/S-1。5.选用b-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4550MnQT600-3正火调质

11、正火170228217277229302感应淬火氮碳共渗：570C,180min油冷氮碳共渗：560C,180min油冷24.5>0.5>0.15563>500HV0.1>650HV载重车及拖拉机QT600-345正火正火220260163196感应淬火，自回火感应淬火，自回火2.93.534.54658556345调质207241感应淬火，自回火>3>5545正火氮碳共渗0.91.2>300HV10重型载重车QT900-2正火+回火28032135CrMo调质216269感应淬火355358QT600-3正火+回火240300大马力柴油机35CrNi

12、3Mo调质+稳定化处理调质渗氮，490C,60h离子渗氮，515C,40h>0.3>600HV35CrMo>0.5>550HVQT600-3正火+回火渗氮，510C,120h>0.7>600HV各种凸轮轴材料及热处理工艺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正火贝氏体等温淬火4350小拖拉机QT600-3229302贝氏体等温淬火氮碳共渗去应力退火0.10.15>700HV轿车合金铸铁241302感应淬火3.06.0颈5563吉普45调质187229齿4558载重车正火163197感应淬火2.55.5颈556345齿455

13、8拖拉机QT600-3贝氏体等温淬火去应力退火230280>4520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正火感应淬火、回火1.52.05963大马力船20CrMnTi正火-渗碳、淬火、回火1.72.25661柴油机机50Mn退火241285感应淬火凸轮255862车去应力退火轴颈1.54556245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）

14、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铳床，立式铳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_2PV<150N-m/（cn3）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，需要有较高的硬度C650、C660、C8480等大重型车床主轴调

15、质220250HB轴颈部分表面淬硬4853HRC1）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铳床，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铳床，龙门铳床，车床等的主轴轴颈部分表面4853HRC3）精度要求较高4）交变,冲击载荷较小5）工作中受冲击载荷淬硬1）与滑动轴承配

16、合2）承受中等载荷，转速较高PV<400Nm/（cm2s）3）承受较高的交变和冲击载荷4）精度要求较高40Cr(42MnVB)调质处理220250HB或250280HB1）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（480mm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PV<400Nm/（cm2s）提高3）承受较高的交变和冲击载荷4）精度要求更高40Cr(42CrMn)调质处理表面硬度5661HRC1）调质后主轴有较高的强度和韧性2）为获得良好的耐磨

17、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轴颈部分表面淬火装拆配件处表面淬硬1）与滑动轴承配合2）承受中等载荷或重载荷PV<400Nm/（cm2s）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<400Nm/（cm2s）3）要求轴颈有更高的耐磨性GCr159Mn2V调质250280HB

18、>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轴颈部分表面淬硬装拆配件处表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，键床主轴、坐标键床等的主轴渗氮>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困难时，可用此材料重型机床主轴1）与滑动轴承配合2）受中等载荷心部强度不高，但转速很高3）精度要求不太高4）不大的冲击压力和较高的疲劳应力20Cr20MnVB20Mn2B渗碳后淬硬表面硬度5663HRC1）心部强度不高，受力易扭曲畸变2）表面硬度高，适用于高速低载荷主轴高精度精密车床，内圆磨床等的主轴1）与滑动轴承配合2）重载荷，高速运转3）高的冲击力4）很高的交变载荷20CrMnTi12CrNi3渗碳后淬硬表面硬度5663HRC1）很高的表面硬度冲击韧性和心部强度2）热处理畸变比20Cr小转塔车床、齿轮磨床、精密丝杆车床、