轴用材料及其热处理

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1、45号钢为 优质碳素结构用钢 ,硬度不高易切削加工,模具中常用来做模板,梢子,导柱等,但须热处理 。 1. 45号钢淬火后没有回火之前，硬度大于HRC55（最高可达HRC62）为合格。 实际应用的最高硬度为HRC55（高频淬火HRC58）。 2. 45号钢不要采用渗碳淬火的热处理工艺。 调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。但表面硬度较低，不耐磨。可用调质表面淬火提高零件表面硬度。 渗碳处理一般用于表面耐磨、芯部耐冲击的重载零件，其耐磨性比调质表面淬火高。其表面含碳量0.81.2，芯部一般在0.10.25（特殊

2、情况下采用0.35）。经热处理后，表面可以获得很高的硬度（HRC5862），芯部硬度低，耐冲击。 如果用45号钢渗碳，淬火后芯部会出现硬脆的马氏体，失去渗碳处理的优点。现在采用渗碳工艺的材料，含碳量都不高，到0.30芯部强度已经可以达到很高，应用上不多见。0.35从来没见过实例，只在教科书里有介绍。可以采用调质高频表面淬火的工艺，耐磨性较渗碳略差。 GB/T699-1999标准规定的45钢推荐热处理制度为850正火、840淬火、600回火，达到的性能为屈服强度355MPa GB/T699-1999标准规定45钢抗拉强度为600MPa，屈服强度为355MPa，伸长率为16，断面收缩率为40，冲击

3、功为39J 一、轴类零件的功用、结构特点及技术要求果是卡车传动轴，首先要确定用钢，建议：细一些轴选用40Cr，40Cr、40MnB、40MnVB、粗一些轴选用40CrNiMo、42CrMo等中碳低合金钢；传动轴一般由两部分组成：一是实芯轴或空心厚壁管；二是与万向节连接的花键轴。实芯轴与花键轴一般为一根钢料加工而成，也有将其焊接而成。轴的热处理为：整根轴轧为棒料后进行退火或正火处理（含Mo、V、Ti的钢一般退火：840-860度加热一定时间后炉冷，得到铁素体+珠光体组织；低合金含量的钢一般正火：840-860度加热一定时间后空冷，得到铁素体+珠光体组织），获得较好的切削加工性能，加工后整体进行调

4、质热处理（一般为：840-860度加热一定时间后油淬，再进行550-650度的高温回火，得到回火索氏体组织），获得强度、韧性、塑性都较好的综合力学性能（抗扭、抗弯、无脆性断裂），然后对其花键进行精加工，此时的花键硬度较低（约HRC35-40）不耐磨，还需要对花键进行二次热处理强化，目前多为高频感应热处理，获得隐晶马氏体，花键表面硬度可达到HRC58-62，具有较高的抗磨寿命。表l一31钢铁材料的力学性能名称 量的符号 单位符号 含义 强度指金属在外力作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力 1强度1)抗拉强度 b 金属试样拉伸时，在拉断前所承受的最大负荷与试样原横截面面积之比称为抗拉强度b=Pb/Fo

5、式中 Pb试样拉断前的最大负荷(N)Fo试样原横截面积(mm2) 2)抗弯强度 bb MPa 试样在位于两支承中间的集中负荷作用下，使其折断时，折断截面所承受的最大正压力对圆试样：bb=8PL/d³对矩形试样：bb=3PL/2bh²式中P试样所受最大集中载荷(N) L两支承点间的跨距(mm) d圆试样截面之外径(mm) b矩形截面试样之宽度(mm) h矩形截面试样之高度(mm) 3)抗压强度 bc MPa 材料在压力作用下不发生碎、裂所能承受的最大正压力，称为抗压强度bc=Pbc/Fo式中 Pbc试样所受最大集中载荷（N）Fo试样原截面积（mm²） 4)抗剪强度

6、MPa 试样剪断前，所承受的最大负荷下的受剪截面具有的平均剪应力双剪：=P/2F;单剪：=P/Fo式中P剪切时的最大负荷（N）Fo受检部位的原横截面积(mm²) 5)抗扭强度 MPa 指外力是扭转力的强度极限 b3Mb/4Wp(适用于钢材)bMb/Wp(适用于铸铁)式中 Mb扭转力矩（Nmm）Wp扭转时试样截面的极断面系数（mm²） 6)屈服点 s MPa 金属试样在拉伸过程中，负荷不再增加，而试样仍继续发生变形的现象称为“屈服”。发生屈服现象时的应力，称为屈服点或屈服极限s=Ps/Fo式中 Ps屈服载荷(N)Fo试样原横截面积(mm2) 7)屈服强度 0.2 MPa 对某

7、些屈服现象不明显的金属材料，测定屈服点比较困难，常把产生O2永久变形的应力定为屈服点，称为屈服强度或条件屈服极限 0.2=P0.2/Fo式中P0. 2试样产生永久变形为0.2时的载荷(N) Fo试样原横截面积(mm2) 8)持久强度 b/时间（h） MPa 金属材料在高温条件下。经过规定时间发生断裂时的应力称为持久强度。通常所指的持久强度，是在一定的温度条件下，试样经l05h后的断裂强度 9)蠕变强度 温度应变量/时间MPa 金属材料在高于一定温度下受到应力作用，即使应力小于屈服强度，试件也会随着时间的增长而缓慢地产生塑性变形，此种现象称为蠕变。在给定温度下和规定的时间内，使试样产生一定蠕变变

8、形量的应力称为蠕变强度，例如500- =100MPa 1/100000，表示材料在500温度下，105h后应变量为l的蠕变强度为100MPa。蠕变强度是材料在高温下长期负荷下对塑性变形抗力的性能指标 2弹性 弹性是指金属在外力作用下产生变形，当外力取消后又恢复到原来的形状和大小的一种特性 1)弹性模量 E GPa 在弹性范围内，金属拉伸试验时，外力和变形成比例增长，即应力与应变成正比关系时，这个比例系数就称为弹性模量，也叫正弹性模数 2)切变模量 G GPa 金属在弹性范围内，当进行扭转试验时，外力和变形成比例地增长，即应力与应变成正比例关系时，这个比例系数就称为切变模量 3)弹性极限 e M

9、Pa 金属能保持弹性变形的最大应力，称为弹性极限 4)比例极限 p MPa 在弹性变形阶段。金属材料所承受的和应变能保持正比的最大应力，称为比例极限p=Pp/Fo式中 Pp规定比例极限负荷(N)Fo试样原横截面积(mm2) 3塑性所谓塑性是指金属材料在外力作用下，产生永久变形而不致破裂的能力 1)伸长率 金属材料在拉伸时，试样拉断后，其标距部分所增加的长度与原标距长度的百分比。5是标距为5倍直径时的伸长率，10是标距为10倍直径时的伸长率 2)断面收缩率 金属试样拉断后，其缩颈处横截面积的最大缩减量与原横截面积的百分比 3)泊松比 对于各向同性的材料，泊松比表示：试样在单向拉伸时，横向相对收缩

10、量与轴向相对伸长量之比=E/2G-1式中E弹性模量(GPa)G切变模量(GPa) 4韧性 所谓韧性是指金属材料在冲击力(动力载荷)的作用下而不破坏的能力 1)冲击韧度 aku或aKV Jcm2 冲击韧度是评定金属材料于动载荷下受冲击抗力的力学性能指标，通常都是以大能量的一次冲击值(aku或aKV)作为标准的。它是采用一定尺寸和形状的标准试样，在摆锤式一次冲击试验机上来进行试验。试验结果，以冲断试样上所消耗的功(AKU或AKv)与断面处横截面积(F)之比值大小来衡量 2)冲击吸收功 AKu或AKV J 由于ak值的大小，不仅取决于材料本身，同时还随试样尺寸、形状的改变及试验温度的不同而变化，因而

11、ak值只是一个相对指标。目前国际上许多国家直接采用冲击吸收功Ak作为冲击韧度的指标aku=AKu/F；aKV=AKV/F式中aku夏比u形缺口试样冲击值(Jcm2) aKV夏比V形缺口试样冲击值(Jcm2) AKU夏比u形缺口试样冲断时所消耗的冲击功(J)AKV夏比v形缺口试样冲断时所消耗的冲击功(J)F试样缺口处的横截面积(cm2) 5疲劳 金属材料在极限强度以下，长期承受交变负荷(即大小、方向反复变化的载荷)的作用。在不发生显著塑性变形的情况下而突然断裂的现象，称为疲劳 1)疲劳极限 -1 MPa 金属材料在重复或交变应力作用下，经过周次(N)的应力循环仍不发生断裂时所能承受的最大应力称为

12、疲劳极限 2)疲劳强度 N MPa 金属材料在重复或交变应力作用下，循环一定周次(N)后断裂时所能承受的最大应力，叫作疲劳强度。此时，N称为材料的疲劳寿命。某些金属材料在重复或交变应力作用下。没有明显的疲劳极限，常用疲劳强度表示 6硬度 硬度就是指金属抵抗更硬物体压人其表面的能力。硬度不是一个单纯的物理量，而是反映弹性、强度、塑性等的一个综合性能指标 1)布氏硬度 HBS HBW 用一定直径的球体(钢球或硬质合金球)以相应的试验力压入试样表面，经规定的保持时间后，卸除试验力，测表面压痕直径计算的硬度值。使用钢球测定硬度小于等于450；使用硬质合金球测定硬度大于450HBW 2)洛氏硬度 HRA

13、14RBHRCHRDHREHRFHRGHRHHRK用金刚石圆锥或钢球压头以初始试验力和总试验力作用下，压入试样表面，经规定的保持时间后，卸除主试验力，测残余压痕深度增量计算的硬度值。 洛氏硬度试验分A、B、C、D、E、F、G、H、K标尺 3)维氏硬度 HV 用金刚石正四棱体压头以49.03980.7N的试验力压入试样表面，经规定的保持时间后，卸除试验力，测压痕对角线长度计算的硬度值 4)肖氏硬度 HSC HSD用金刚石或钢球冲头从一定高度落到试样表面，测冲头回跳高度计算硬度值。用目测型硬度计的硬度符号为HSC，指示型硬度计的硬度符号为HSD 7 减摩、耐磨性 1)摩擦因数 相互接触的物体，当作相对移动时就会引起摩擦，引起摩擦的阻力称为摩擦力。根据摩擦定律，通常把摩擦力(F)与施加在摩擦部位上的垂直载荷(N)的比值，称为摩擦因数=F/N式中 F摩擦力(N)F施加在摩擦部件上的垂直载荷(N) 2)磨耗量WV g cm3 试样在规定试验条件下经过一定时间或一定距离摩擦之后，以试样被磨去的重量(g)或体积(cm3)之量，称为磨耗量(或磨损量)，以磨去重量表示者称为重量磨耗形，用磨去体积表示者称为体积磨耗V 3)相对耐磨系数 在模拟耐磨试验机上，采用65Mn(5253HRC)作为标准试样，在相同条件下，标准试样的绝对磨耗量与被测定材料的绝对磨耗量之比，称为被测材料的相对耐磨系数