轴类零件选材及热处理工艺分析

1 轴类零件的作用

    轴类零件的主要作用是支承传动零件、传递运动和动力。

2 工作条件

（1）承受较大的交变弯曲应力、扭转应力。

（2）轴颈和花键部位承受较大的摩擦。

（3）一定的冲击载荷。

3 失效形式

    常见的时效形式有疲劳断裂、过量的弯曲变形和扭转变形、过量磨损。

4 力学性能要求

（1）良好的综合力学性能。

（2）轴颈等部位应具有高的硬度和良好的耐磨性。

（3）高的疲劳强度

5 轴类零件常用材料及热处理

（1）中碳钢和中碳合金钢。考虑到轴类零件的综合力学性能要求，主要选用经过轧制或锻造的35、40、45、50、40Cr、40CrNi、40MnB钢等，一般应进行正火或调质；若轴颈处耐磨性要求高，可对轴颈处进行表面淬火。具体的钢种应根据载荷的类型、零件的尺寸和淬透性的大小决定。承受弯曲载荷和扭转载荷的轴类，应力的分布是由表面向中心递减的，对淬透性要求不高；承受拉、压载荷的轴类，应力沿轴的截面均匀分布，应选用淬透性较高的钢。

（2）对承受冲击载荷较大，对强韧性要求高时或要求进一步提高轴颈的耐磨性时，可选用20Cr、20CrMnTi等合金渗碳钢并进行渗碳、淬火、低温回火处理。

（3）对于受力小、不重要的轴可选用Q235～Q275等普通质量碳钢。

（4）球墨铸铁和高强度灰铸铁可用来制作形状复杂、难以锻造成形的轴类零件，如曲轴等。

6 轴类零件选材举例

（1）机床主轴。下图是C6132卧式车床主轴，工作时主要承受交变弯曲应力、扭转应力作用和一定的冲击载荷，运转较平稳。要求具有良好的综合力学性能，锥孔、外圆锥面、花键表面要求耐磨。 现选用45钢制造，其工艺路线如下：

    下料→锻造→正火→粗加工→调质→半精加工（花键除外）→局部淬火（内外圆锥面）+低温回火→粗磨→铣花键→花键感应淬火+低温回火→精磨。

    整体调质硬度可达到220～250HBS；内外圆锥面采用盐浴局部淬火和低温回火，硬度为45～50HRC；花键部分采用高频感应淬火和低温回火，硬度为48～53HRC。

（2）内燃机曲轴。右图是175A型农用柴油机曲轴简图，由于该柴油机的功率（4.4KW）不大，故曲轴承受的弯曲应力、扭转应力和冲击载荷不大。但曲轴在滑动轴承中工作，轴颈部位要求具有较高的硬度和耐磨性。具体要求是：σb≥750MPa，整体硬度为240～260HBS，轴颈处表面硬度≥625HV，δ≥2％，Ak≥12J。现选用Q700-2，铸造成形，其工艺路线如下：

    铸造→高温正火→高温回火→机械加工→轴颈处气体渗氮。

    高温正火是为了获得均匀细小的珠光体基体，提高强度、硬度和耐磨性。高温回火是消除正火造成的应力。轴颈处渗氮是为了提高轴颈处的表面硬度和耐磨性。