轴的常用材料及其机械性能

第十一章轴§11-1 概述三．轴的材料主要是碳钢和合金钢。

碳钢：价格低廉，对应力集中的敏感性低，可用热1处理或化学处理提高耐磨性和抗疲劳强度，最常用45号钢。

合金钢：比碳钢具有更高的机械性能和更好的淬火性能。

在传递大动力，并要求减小尺寸与质量，提高轴颈的耐磨性，以及在高温或低温条件下工作的轴，采用合金钢。

注意：在一般工作温度下（低于200），各种碳钢和合金钢的弹性模量相差不多，所以不四．提高轴的强度的常用措施1．合理布置轴上零件以减小轴的载荷 2．改进轴上零件的结构以减小轴的载荷 3．改进轴的结构以减小应力集中的影响 4．改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度 五．轴的结构工艺性§11-3 轴的计算轴的计算通常在初步完成结构设计后进行校核计算。

计算准则是满足轴的强度或刚度要求，必要时校核轴的振动稳定性。

一．轴的强度校核计算根据轴的受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当选取许用应力。

对于仅仅（或主要）承受扭矩的轴（传动轴），按扭转强度计算； 对于只承受弯矩的轴（心轴），按弯曲强度计算； 对于既承受弯矩又承受扭矩的轴（转轴），按弯扭组合强度进行计算，需要时按疲劳强度进行精确校核。

1．按扭转强度条件计算这种方法只按轴所受的扭矩计算轴的强度；如果还受不大的弯矩，则用降低许用扭转切应力的方法予以考虑。

在作轴的结构设计时，通常用这种方法初步估算轴径。

对于不太重要的轴，也可作为最后计算结果。

轴的扭转强度为[]MPa dn PW T TTT ττ≤≈=362.010*55.9由上式可得轴径 [][]mm nPA n P n P d T T 3033636.2.010*55.9.2.010*55.9==≥ττ式中：[]3602.0/10*55.9T A τ=，表15-3。

对于空心轴()mm n PA d 3401β-≥，β=0.5~0.6当轴截面上开有键槽时，应增大轴径以考虑键槽对轴的强度的削弱。

销轴常用的‎几种材料销轴常用的‎几种材料一，45号钢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%，冲击功为3‎9J 。

45钢是轴‎类零件的常‎用材料，它价格便宜‎经过调质（或正火）后，可得到较好‎的切削性能‎，而且能获得‎较高的强度‎和韧性等综‎合机械性能‎，淬火后表面‎硬度可达4‎5～52HRC‎。

40Cr等‎合金结构钢‎适用于中等‎精度而转速‎较高的轴类‎零件，这类钢经调‎质和淬火后‎，具有较好的‎综合机械性‎能。

45号钢广‎泛用于机械‎制造，这种钢的机‎械性能很好‎。

但是这是一‎种中碳钢，淬火性能并‎不好，45号钢可‎以淬硬至H‎RC42~46。

所以如果需‎要表面硬度‎，又希望发挥‎45#钢优越的机‎械性能，常将45#钢表面淬火‎（高频淬火或‎者直接淬火‎），这样就能得‎到需要的表‎面硬度。

注：直径为8―12mm的‎45号钢淬‎火时容易产‎生裂纹，这是一个较‎为复杂的问‎题。

目前采取的‎措施是淬火‎时试样在水‎中快速搅动‎，或者采用油‎冷，可避免出现‎裂纹。

二，40Cr40Cr是‎轴类零件的‎常用材料，它价格便宜‎经过调质（或正火）后，可得到较好‎的切削性能‎，而且能获得‎较高的强度‎和韧性等综‎合机械性能‎，淬火后表面‎硬度可达4‎5～52HRC‎。

40Cr等‎合金结构钢‎适用于中等‎精度而转速‎较高的轴类‎零件，这类钢经调‎质和淬火后‎，具有较好的‎综合机械性‎能。

40Cr是‎我国我国G‎B的标准钢‎号，40Cr钢‎是机械制造‎业使用最广‎泛的钢之一‎。

调质处理后‎具有良好的‎综合力学性‎能，良好的低温‎冲击韧性和‎低的缺口敏‎感性。

钢的淬透性‎良好，水淬时可淬‎透到Ф28‎～60mm,油淬时可淬‎透到Ф15‎～40mm。

这种钢除调‎质处理外还‎适于氰化和‎高频淬火处‎理。

切削性能较‎好，当硬度为H‎B174～229时，相对切削加‎工性为60‎%。

轴材料的机械性能大全讲解轴材料是工程中常见的一种材料，在各种机械设备中被广泛使用。

轴材料对机械设备的稳定性和可靠性起着重要的作用。

如何选取合适的轴材料，了解轴材料的机械性能是非常重要的。

本文将从轴材料的强度、硬度、韧性、疲劳强度等方面进行讲解。

强度轴材料的强度是指轴在承受外力的作用下不发生破坏的最大能力。

轴材料的强度主要受到其成分和制备工艺的影响。

常用的轴材料有普通碳钢、合金钢、不锈钢、铝合金等。

普通碳钢的强度相对较低，但制造工艺简单，适用于一些要求不高的场合。

合金钢的强度相对较高，适用于机械设备的高强度要求。

不锈钢具有优异的耐腐蚀性和强度，适用于一些对耐腐蚀性和强度都有较高要求的场合。

铝合金轴材料的强度相对较低，不过具有轻质化和强度高效的特点，适用于一些重量要求较低的应用场合。

硬度轴材料的硬度可用来衡量其抗磨损能力。

轴材料的硬度一般用洛氏硬度计进行测试。

在不同的用途场景下，轴材料的硬度需求也不同。

例如，在一些需要耐磨损的环境下，轴材料的硬度需求会比较高。

在一些需要抗冲击的机械设备中，轴材料的硬度需求比较低，因为硬度高的轴材料在受到冲击时容易发生裂纹和断裂。

韧性轴材料的韧性是指材料在受到外力作用下发生永久形变的能力。

韧性高的轴材料不容易发生变形和破裂。

在一些需要经常受到大力剪切、扭转、拉压力的机械设备中，需要选择韧性高的轴材料。

常见的韧性较高的轴材料有高强度合金钢、钛合金等。

疲劳强度轴材料在长期使用过程中，受到外界作用而产生微小裂痕，这些裂痕将会逐渐扩大，最终导致轴材料断裂。

轴材料的疲劳强度是指材料在长期受到交替应力作用下不能承受的最大应力值。

疲劳强度高的轴材料能够经受住长期的应力变化，不容易发生裂纹和断裂。

常见的具有高疲劳强度的材料有高强度合金钢、不锈钢等。

轴材料的机械性能是影响机械设备运行稳定性和可靠性的重要因素，选用合适的轴材料对机械设备的性能和寿命具有关键作用。

本文从轴材料的强度、硬度、韧性、疲劳强度等方面进行了讲解。

一、轴
①碳素钢应力集中敏感性小，价格低廉，是最常用的轴材料
②合金钢强度刚度都得到提高，机械性能、热处理性能都好
③铸铁可选用球墨铸铁或高强度铸铁，应力集中不敏感
二、齿轮
①钢一般用锻钢（常用的有碳钢、合金钢），大尺寸用铸钢
②铸铁适用于开式齿轮
三、蜗杆传动
①碳钢、合金钢蜗杆细长，需要一定的强度和刚度
②铜合金、铸铁蜗轮的轮缘需要耐磨
四、带传动
带轮一般采用铸铁
五、滑动轴承
轴瓦有色金属的合金钢或者非金属材料
六、螺纹连接
①螺栓采用中碳钢、低碳钢
②螺母采用中碳钢
七、键
一般采用45号钢，拉伸强度极限大于600MPa
八、滚动轴承
①轴承内外圈、滚动替都采用：铬锰高碳钢
②保持架：较软材料，如低碳钢板、铜合金。

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。

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)材料牌号热处理毛坯直径(mm)硬度HB抗拉强度σb≥屈服强度σs≥弯曲疲劳极限σ-1≥扭转疲劳极限τ-1≥许用弯曲应力备注[σ+1][σ0] [σ-1]Q235-A - - - 440 240 180 105 125 70 40用于不重要或载荷不大的轴20 正火25 ≤156 420 250 180 100 125 70 40用于载荷不大，要求韧性较高的场合。

第十一章轴§11-1 概述三．轴的材料主要是碳钢和合金钢。

碳钢：价格低廉，对应力集中的敏感性低，可用热1处理或化学处理提高耐磨性和抗疲劳强度，最常用45号钢。

合金钢：比碳钢具有更高的机械性能和更好的淬火性能。

在传递大动力，并要求减小尺寸与质量，提高轴颈的耐磨性，以及在高温或低温条件下工作的轴，采用合金钢。

注意：在一般工作温度下（低于200），各种碳钢和合金钢的弹性模量相差不多，所以不四．提高轴的强度的常用措施1．合理布置轴上零件以减小轴的载荷 2．改进轴上零件的结构以减小轴的载荷 3．改进轴的结构以减小应力集中的影响 4．改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度 五．轴的结构工艺性§11-3 轴的计算轴的计算通常在初步完成结构设计后进行校核计算。

计算准则是满足轴的强度或刚度要求，必要时校核轴的振动稳定性。

一．轴的强度校核计算根据轴的受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当选取许用应力。

对于仅仅（或主要）承受扭矩的轴（传动轴），按扭转强度计算； 对于只承受弯矩的轴（心轴），按弯曲强度计算； 对于既承受弯矩又承受扭矩的轴（转轴），按弯扭组合强度进行计算，需要时按疲劳强度进行精确校核。

1．按扭转强度条件计算这种方法只按轴所受的扭矩计算轴的强度；如果还受不大的弯矩，则用降低许用扭转切应力的方法予以考虑。

在作轴的结构设计时，通常用这种方法初步估算轴径。

对于不太重要的轴，也可作为最后计算结果。

轴的扭转强度为[]MPa dn PW T TTT ττ≤≈=362.010*55.9由上式可得轴径 [][]mm nPA n P n P d T T 3033636.2.010*55.9.2.010*55.9==≥ττ式中：[]3602.0/10*55.9T A τ=，表15-3。

对于空心轴()mm n PA d 3401β-≥，β=0.5~0.6当轴截面上开有键槽时，应增大轴径以考虑键槽对轴的强度的削弱。

谈钻机零件材料的选用无锡探矿机械总厂王学渊摘要：钻机零件材料的选用，应根据其工作条件所要求的机械性能，及材料热处理后所能达到的性能相结合，才能做到选材科学、经济、合理。

关键词：钻机零件材料；调质；淬透性；淬透层；渗碳钻机零部件设计的优劣，直接决定了钻机的质量档次及在市场上的竞争力。

钻机零部件设计，离不开科学、合理、经济地选用材料，既要考虑零件的工作和受载情况，又要考虑零件尺寸与质量限制，以及材料的经济适用与管理方便等，正确选材是比较复杂的。

钻机设计人员要将一些钢铁材料与热处理方面的知识，融汇于零部件的设计之中，设计的钻机才可迈上一个新的台阶。

本文主要就钻机中用得较多的调质钢，渗碳钢等浅谈几点看法。

1 调质钢含碳量0.30%～0.50%的中碳结构钢与中碳低合金结构钢经调质后具有良好的综合机械性能，即具有较高的抗拉强度，σb＝700～1100 Mpa，又具有较高的塑韧性(伸长率)δ＝8%～10%，不收缩率ψ＝45%～55%，冲击值αk＝60～100 J/cm2。

调质是指中碳(低合金)结构钢先进行淬火得马氏体组织(或马氏体为主体的组织)，尔后再550～650 ℃高温回火得回火索氏体组织。

同一轴径选用不同钢材的工件采用不同调质工艺处理至同一硬度，得到的机械性能产生差异；不同轴径选用同一钢材的工件采用相同的调质工艺处理，各自的机械性能也产生差异，这一现象的产生是钢材淬透性这一特性造成的。

通俗地讲，淬透性是钢材能够被淬透的能力接受淬火成马氏体的能力。

淬透性与工件截面厚度有一定关系，即所谓尺寸效应，截面尺寸增大，淬透层深度减小。

合金结构钢较碳素结构钢的淬透性高。

40Cr、35CrMo等合金结构钢较40、45碳素钢的淬透层的截面相应增大。

如全淬透截面尺寸：45钢水淬12～18 mm，油淬5～8 mm，淬透已不易；40Cr钢油淬18～32 mm；35CrMo钢油淬25～40 mm。

而40Cr钢φ50 mm料油淬工件表面15～8 mm淬硬已较难，φ60～70 mm工件油淬则几乎无淬硬层。

轴材料的选择方式和设计轴是一个用于旋转运动的机械元件，主要用于支撑和传递力矩。

在进行轴的选择和设计时，需要考虑多个因素，包括应力、强度、重量、成本和摩擦等。

下面将详细介绍轴材料的选择方式和设计。

一、轴材料的选择方式：1.强度要求：根据轴所承受的轴向载荷和弯矩，选择具有足够强度的材料。

常用的高强度材料有碳钢、合金钢、不锈钢等。

2.磨损和摩擦：要考虑轴与其他零件之间的摩擦和磨损，尽量选择具有良好的耐磨性和低摩擦系数的材料。

如铜合金、钼合金等。

3.腐蚀环境：根据轴所处的使用环境，选择具有良好的耐腐蚀性能的材料，如不锈钢、耐酸碱钢等。

4.温度和热膨胀：对于工作在高温环境下的轴，需要选择能够耐高温变形的材料，如高温合金、镍基合金等。

5.重量：轴的重量对于整个系统的性能和效率有一定影响，因此在允许范围内，选择轻质材料可以减轻负荷，提高效率。

二、轴的设计原则：1.直径设计：根据轴的承载能力和弯矩，采用适当的公式确定轴的直径。

一般情况下，较小的直径意味着较小的阻力和较低的负载，但要保证足够的强度。

2.强度设计：根据轴的材料和截面形状，计算轴材料承受载荷的最大强度和应力。

确保轴材料在其允许的强度范围内工作。

3.刚度设计：在高速旋转或精密运动的应用中，要求轴具有较高的刚度，以减少弯曲和变形。

可以采用增加直径或改变材料来提高刚度。

4.表面处理：为了减小摩擦和磨损，可以对轴进行表面处理，如打磨、涂覆或加装套管等，以改善表面硬度和光滑度。

三、轴材料的常用选择：1.碳钢：碳钢具有较高的强度和刚性，成本较低，广泛应用于一般工程中。

2.不锈钢：不锈钢具有良好的耐腐蚀性和强度，尤其适用于潮湿、酸碱环境下的工作。

3.铜合金：铜合金具有良好的导热性和耐磨性，常用于高速旋转和高温应用中。

4.铝合金：铝合金具有较低的密度和良好的导热性能，适用于轻负载和高速运动的应用。

5.钛合金：钛合金具有良好的耐腐蚀性和高温性能，但成本较高，适用于高要求的工作环境。