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

2、。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

3、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）材料牌号热处理毛坏直径（mm）硬度HB抗拉 强度（T b屈服 强度T s弯曲 疲 劳极 限T-1 扭转 疲劳极 限T -1许用弯曲应力:备注T1T切Q235-A4402401801051257040用于不重-要或载何不大的轴正火25 1564202501801001257040100 40022016595用于载荷不2030010338020015590大，要求韧性回火300 5001563701901508

4、51257040较咼的场合。36018014580500 70035正火25 875403202301301657545L用有 疋正火100 300300 5001491871435205004802702602402102051901201151101657545强度要求和 加工塑性要 求的轴。回火500 187460230185105750137440220175100750 1871000调质100 2075402802201251758550300正火25 2416103602601501959555100 217600300240140300162580290235135300 21

5、71959555应用最广泛。45回火500560280225130540270215125500 156750217调质217 2006503602701552151006025525100080048528024512070100 300286229750700550500350320200185用于载何较 大，而无很大冲击的重要300 26924512070650450295170O 由 车500600350255145500 2178002552590075044525524512070229100 300217800520355205性能接近40Cr，用于中42SiM n2697504

6、50320185300 21770040029517024512070小型轴。400255650380275160400 19650025525100080048528024512070性能同40MnB调质24140Cr，用于重 20028675050033519524512070要的轴。40CrNi调质25100080048528028513075用于很重要的轴2510085050028524512070100 300750550350200性能接近35CrMo调质2077005003201852451207040CrNi，用于300 269650450295170重载何的轴。5006004

7、00270155500 800229100 300217750600360210调质269700550335195性能接近于38Si MnMo300 5001966505003101752751207035CrMo。241600400270155500 18780024125100085049528527512070调质200 269302880700425245用于高强度、 大尺寸和重37SiM n2MoV24140028683065039523027512070载荷的轴。400 780600370215241600269用于要求耐 磨、高强且热38CrMoAIA调质302291000850

8、49528527512575处理变形很 小的（氮化）轴渗碳表面淬火15HRC85055037521520Cr 605665040028016021510060用于要求强回火62度、韧性均较渗碳表面高的轴（如齿HRC轮轴、蜗杆20CrM nTi淬火151100850525300365165100回火56621Cr13调质 6018721760042027515527513075用于腐蚀条 件下工作的2Cr13调质 10019766045029517027513075O 由 车248 601Cr18Ni9Ti淬火6054020019515180100 200500200185105条件下工作 的轴

9、。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6 -10.27(Tb+ (Ts), T -10.156(Tb+(J s)2.其他性能，一般可取 T s (0.55 0.62) T s,T 01.4 t -1 , t o 1.5 t -1。3.球墨铸铁 t -1 0.36 t b,T -1 0.31 t b。4.许用静应力T +1= T b

10、/S b,许用疲劳应力T -1-1/S -1。5.选用T -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(mr)硬度(HB170228感应淬火轿车、轻型45正火氮碳共渗：570C,24.555 63217车拖拉机50Mn调质180min油冷 0.5 500HV0.1277QT600-3正火229氮碳共渗：560C,180min油冷 0.1650HV302220正火260感应淬火，自回火2.9载重车及拖QT600-31633.546 5845正火196感应淬火，自回火34.555 63拉机45调质感应淬火，自回火 55207

11、 324145正火280氮碳共渗0.91.2 300HV。重型载重车QT900-2正火+回火32135CrMo调质216感应淬火3553 58269QT600-3正火+回火240大马力柴油35CrNi3Mo调质+稳定300渗氮，490C, 60h 0.3600HV机35CrMo化处理离子渗氮，515C, 40h 0.5550HVQT600-3 I丄调质渗氮，510C, 120h 0.7600HV正火+回火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（HB229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轿车去应力退241共渗0.1

12、 0.1543 50合金铸铁火302感应淬火3.0 6.0700HV吉曰45调质187颈5563229齿4558正火163感应淬火2.5 5.5颈5563载重车45197齿4558去应力退贝氏体等温淬火 45拖拉机QT600-3230火28020去应力退 火 正火渗碳、淬火回火1.3 1.758 62重型车QT600-3 170贝氏体等温淬火43 5150感应淬火、回火1.5 2.059 63船20CrM nTi正火-渗碳、淬火、回火1.7 2.256 61大马力50Mn退火241感应淬火凸轮机2558 62柴油机去应力退285轴颈1.5 455 62车火45正火-感应淬火、回火1.3 2.5

13、50 55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）精度要求不咼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）精度要求不咼一般机 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45调质 后局 部整 体淬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）不承受较大冲击载何龙门铣 床，立式 铳床小型立 式车床忽略不计硬等的主 轴1）与滚动轴承配合2）轻载荷或中等载荷，转 速低PV

14、W 150N- m/（cm 2 s）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 要有较咼的硬度C650C660C8480等大重型 车床主 轴调质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）精度要求较咼4）交变,冲击载何较小40Cr(42 MnVB)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，硬度要求取咼值齿轮铣 床，组合车床等的主轴1）与滚动轴承配合2

15、）承受中等，转速较高3）精度要求较咼4）交变,冲击载何较小5）工作中受冲击载何40Cr(42 MnVB)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1度铳床，龙 门铳床， 车床等 的主轴轴颈 部分 表面 淬硬4853HRC1）与滑动轴承配合2）承受中等载何，转速较高PVv2400N- m/（cm s）3）承受较咼的交变和冲 击载荷4）精度要求较咼40Cr(42 MnVB)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（0 80mm轴颈 部分 表面 淬

16、火5257HRC装拆 配件 处表 面淬 硬4853HRC以下）1）与滑动轴承配合2）承受中等载何，转速较PV v 400N- m/（cm2 s） 提高3）承受较咼的交变和冲 击载荷4）精度要求更咼40Cr(42CrM n)调质 处理 轴颈 部分 表面 淬火 装拆表面硬 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PVv2400N- m/（cm s）3）要求轴颈有更咼的耐磨性4）精度要求较咼5）承受较咼的交变，但冲 击载何较小65Mn调质250280HB1）调

17、质后有较咼的强度C2）表面淬硬后提咼耐疲 C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 59HR(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PVv2400N- m/（cm s）3）要求轴颈有更咼的耐磨性4）精度要求较咼5）承受较咼的交变，但冲 击载何较小6）表面硬度和显微组织 要求更咼GCr159Mn 2V调质250280HB 59HR(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 C降低较咼精 度的磨 床主轴轴颈 部分 表面 淬硬装拆 配件 处表 面淬 硬1）与滑动轴承配合2

18、）受重载荷，转速很高3）精度要求极高，轴隙900HV1）与滚动或滑动轴承配合，转速较低2）受轻载何或中等载何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）受中等载何心部强度 不咼，但转速很咼3）精度要求不太高4）不大的冲击压力和较 高的疲劳应力20Cr20MnVB20Mn 2B渗碳 后淬 硬表面硬 度5663HRC1）心部强度不咼，受力易扭曲畸变2）表面硬度咼，适用于咼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20Cr Mn Ti:渗碳表面硬1）很咼的表面硬度冲击转塔车半轴常用材料及技术要求产口口钢号预处理整体调质感应淬火渗碳淬火杆部(HRC)法兰(HRC)层深（mm）硬度(HRC)层深(mm)硬度(HRC)轿车和+尿 吉曰40Cr正火28 3228 324650 55-40MnB正火41 47-20CrM