典型零件的选材.doc

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材料选用的原则与方法
机械零件的选材是一项十分重要的工作。选材是否恰当，特别是一台机器中关键零件的选材是否恰当，将直接影响到产品的使用性能、使用寿命及制造成本。要做到合理选用材料，就必须全面分析零件的工作条件、受力性质和大小，以能力。金属切削机床，尤其是高精度机床对此应有严格的要求。轴的精度持久性与使用过程中轴某些部位的磨损和热处理及切削加工引起的残余应力释放密切相关。热处理残余应力越小，精度持久性越高。
(5) 转速。高转速意味着运转总时间的缩短，且转速高易引起振动，故转速影响精度和精度的持久性。高转速时选用氮化主轴是有利的，其次是调质和正火。
(6) 配合轴承类型。配合的滑动轴承选用巴氏合金时，轴颈处硬度可略低；选用锡青铜时，轴颈处不低于50HRC；选用钢质轴承(如镗床主轴)，轴颈应有更高的表面硬度。
(7) 轴的复杂程度和长径比。轴越复杂和表面不连续性越严重，应力集中越高，此时提高塑性和韧性是有利的，选用调质、渗碳较好。
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轴的长径比越大，热处理弯曲变形倾向越大，应选用淬透性好的材料以减少变形。同样，轴的截面越大，也应选用淬透性好的材料。
4. 轴的常用材料及热处理
常用轴类材料主要是经锻造或轧制的低、中碳钢或中碳的合金钢。如牌号为35钢、40钢、45 钢、50 钢等，其中45钢应用最广。这类钢一般均进行正火、调质或调质+表面淬火来改善力学性能。
对于受力小或不重要的轴，可采用Q235 钢、Q275 钢等；当受力较大并要求限制轴的外形、尺寸和质量，或要求提高轴颈的耐磨性时，可采用20Cr 钢、40Cr 钢、40CrNi 钢、20CrMnTi 钢、40MnB 钢等，并辅以渗碳、调质、调质+高频表面淬火等相应的热处理。
近年来越来越多的采用球墨铸铁和高强度灰铸铁作为轴的材料，尤其是作曲轴材料。其热处理主要是退火、正火、调质和表面淬火。
5. 轴类零件的工艺路线
(1) 整体淬火轴的工艺路线：
下料→锻造→正火或退火→粗加工→半精加工→调质→粗磨→去应力回火→精磨至尺寸
(2) 调质后再表面淬火轴的工艺路线：
下料→锻造→退火或正火→粗加工→调质→半精加工→表面淬火→粗磨→时效→精磨或精磨后超精加工
(3) 渗碳轴的工艺路线：
下料→锻造→正火→粗加工→半精加工→渗碳→去除不需渗碳的表面层→淬火并低温回火→粗磨→时效→精磨或精磨后超精加工
(4) 氮化主轴的工艺路线：
下料→锻造→退火→粗加工→调质→半精加工→去应力回火→粗磨→氮化→精磨或研磨到尺寸
6. 轴类零件的选材示例
(1) 机床主轴。主轴是机床中最主要的零件之一，工作时高速旋转，传递动力，它的工作条件及失效形式决定了主轴应具有良好的综合力学性能，但还应考虑主轴上不同部位上的不同性能要求。
下面以C6132 车床主轴为例，介绍其选材方法并进行热处理工艺分析， 所示。
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该轴工作时承受弯曲和扭转应力作用，有时受到冲击载荷的作用，运转较平稳，工作条件较好。主轴大端内锥孔和锥度外圆，经常与卡盘、顶针有相对摩擦；花键部分与齿轮有相对滑动，故要求这些部位有较高的硬度和耐磨性。该主轴在滚动轴承中运转，轴颈处硬度要求220HBS～250HBS。
根据上述工作条件分析，该主轴可选45钢。热处理工艺及应达到的技术条件是：整体调质，硬度为220HBW～250HBW；内锥孔和外锥面处硬度为45HRC～50HRC；花键部位高频感应淬火，其硬度为48HRC～53HRC。该主轴加工工艺路线如下：
下料→锻造→正火→粗加工→调质→半精加工(除花键外)→局部淬火、回火(内锥孔及外锥面)→粗磨(外圆、外锥面及内锥孔)→铣花键→花键高频感应淬火、回火→精磨(外圆、外锥面及内锥孔)。
正火主要是消除锻造应力，并获得合适的硬度(180HBW～220HBW)，改善切削加工性能及组织，为调质处理作准备；调质处理是使主轴得到好的综合力学性能和疲劳强度；内锥孔和外锥面采用盐浴炉快速加热并淬火，经过回火后可达到所要求的硬度，以保证装配精度和耐磨性；花键部位采用高频感应淬火、回火，以减少变形并获得表面硬度要求。
45 钢价格低，锻造性能和切削加工性能比较好，虽然淬透性不如合金调质钢，但主轴工作时应力主要分布在表面层，结构形状较简单，调质、淬火时一般不会出现开裂，所以能满足性能要求。
也有用球墨铸铁制造机床主轴的，如有用球墨铸铁代替45钢制造X62WT 万能铣床主轴，使用结果表明，球墨铸铁的主轴淬火后硬度为52HRC～58HRC，而且变形比45钢小。
(2) 汽车半轴。汽车半轴是驱动车轮转动的直接驱动件，也是典型的受扭矩的轴件。半轴材料与其工作条件有关，中、小型汽车的半轴目前选用40Cr 钢，而重型载重