零件材料的选用

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，σ

b

＝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α

k

＝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50 mm料油淬工件表面15～8 mm淬硬已较难，60～70 mm工件油淬则几乎无淬硬层。

调质效果与淬透性有着密切关系，淬得越透，心部得到的马氏体量越多，调质处理后的综合机械性

能也越好，若零件尺寸超出全淬透尺寸，调质后其屈服强度σ

s 、伸长率δ、不数缩率ψ、冲击值α

k

等都要降低，其降低程度随淬透层深度的减小而增大，乃至调质性能接近正火状态，调质就失去其提高性能的意义了。

设计零件选用调质材料时，必须考虑钢件淬透性与调质零件坯料尺寸的协调关系，保证工件调质热处理后达到要求的机械性能，对钻机关键部件尤应如此。要注意的是一些机械设计手册上有关钢材调质

机械性能数据σ

s 、α

k

等大多是在完全淬透(标有标准试样尺寸)的条件下得到的，工件实际能达到的机

械性能往往要比此值低，乃至相差甚远。

根据零件工作条件，分析受力情况，确定正常运行所要求的机械性能是选材的主要依据。

紧固螺栓、连杠等杠类零件，主要工作于拉(压)应力状态，整个截面受到较均匀的拉(压)应力，为此，其整个截面必须淬透，保证性能达到一致。如在动态下工作，且受力较大的拉杠与六角螺栓(12～18 mm)用淬透性好的40Cr钢进行调质，而不采用45钢，避免了不能完全保证心部淬透而造成对性能的不良影响。对25～30 mm柴油机连杠不采用40Cr钢，而用淬透性更好的42CrMo钢进行调质，也是基于上述截面性能一致的理由。

曲轴、主轴等轴类工件工作于弯曲、扭转应力状态，最大复合应力发生在轴外缘，而心部很小，为此，表面强度要求高些，调质轴表面3R/4～R/2淬硬即可，不必全截面淬透。如钻机中16～22 mm轴径，不直接传动负荷的光轴。用45钢调质至HB241～286，局部要求耐磨再进行高频表面淬火，完全可满足使用的性能要求，而没必要采用价格高的40Cr钢，乃至35CrMo钢进行同样的热处理。对负荷较大的轴必须保证轴径3R/4～R/2表层部分淬硬，如钻机中的输出轴，轴径≤42 mm，采用40Cr钢调质硬度HB217～255或HB241～286(有的在花键部分高频表面淬火)，使用情况良好。而48～60 mm的40Cr钢输出轴，经同样热处理至表面相同硬度，但使用中易发生塑性扭曲变形而过早失效。原因在于后者不能做到截面3R/4以上表层淬硬，乃至有时(因钢材成分波动等原因)表面也难淬硬(HRC＜45)，随着淬透层

的减少，调质后屈强比σ

s /σ

b

显著下降，弯曲强度σ

b

也降低，达不到要求的强度设计值。至于屈服强

度σ

s

为轴类零件主要设计指标，且尺寸和质量大小又有所限制时，应选淬透性好的材料，以保证性能要求。48～60 mm负荷较重的输出轴，应采用淬透性好的35CrMo钢取代40Cr钢进行调质。

齿轮类工件主要工作于交变压应力与弯曲应力状态，要求齿部有较多的接触疲劳强度与弯曲疲劳强度，而调质件的疲劳极限随淬火马氏体量的增多而提高，为此要做到全齿部位截面淬透，保证达到调质齿轮要求的机械性能。鉴于不完全淬透对机械性能的影响，对负荷较轻、模数m≤4的低速从动齿轮采用45钢调质；而对负荷相对较重，有一定冲击的齿轮采用40Cr钢调质；转速提高，要求一定耐磨性时则进行齿廓部位高频淬火。钻机中有些齿宽B≥40 mm，模数m＝4～5的齿轮，特别是轴齿轮，采用40Cr 钢调质再高频表面淬火，使用中常发生断齿、齿扭曲变形等过早失效现象。齿轮要求强度的同时，还得有一定塑韧性配合，对此，用淬透性好的35CrMo、40CrNi等钢取代40Cr钢调质会改变效果(高频淬火

保证齿沟硬化)。当然，对一些冲击较大的此类大负荷齿轮改用20CrMnTi钢渗碳淬火，效果会更佳。

同种钢材的各种调质零件，在淬透性满足要求的前提下，根据不同的使用强度要求，提出不同的调质硬度值，只要塑韧指标保证在要求的范围(强度与硬度成正比，塑韧性随硬度的提高而下降)，充分发挥材料强度的潜力。42 mm的输出轴、过桥轴、40Cr钢调质硬度HB217～255，使用中相对易弯曲失效，将其调质硬度提高至HB241～286，效果明显得到改观。又如模数m＝3的大齿轮，45钢调质硬度HB217～255，与高频淬火的40Cr钢小齿轮配对传动，使用中易齿面麻点、剥落、损坏、失效，将其调质硬度提高至HB241～286，小齿轮高频淬火硬度由HRC48～55调整至HRC45～50，达到较好效果。

选用调质钢时，在淬透性满足要求的前提下，也要考虑降低材料使用成本和加工成本。低合金结构钢与碳素结构钢在完全淬透的情况下，经高温回火到相同硬度时，两者的强度相近，塑韧性相差无几，此时，一般考虑用碳素结构钢，而不用合金结构钢。如小的定位销、撑脚、螺栓等常用45钢调质。轴类、齿轮类部分截面淬透即可满足性能要求，而不必选用全截面淬透钢材；在淬透性满足性能要求时，提高调质硬度满足较高负荷，而不是更换淬透性更好但价格高的材料，或是增大截面尺寸浪费材料。

在此值得提出商榷的两点；

(1)有的钻机20～40 mm销轴用35CrMo钢调质，硬度HB207～269。从销轴使用性能看，应是较高的强度，不是过多的塑韧性，以增加抗剪切与挤弯的能力。一般用35、45碳素钢(大截面或冲击较大时用30CrMnSi钢)等价格较低的钢，热处理硬度HRC30～45。若硬度HB207～269的强度下适合销轴的使用要求，则40Cr钢调质的强韧性不会比35CrMo钢差，45钢调质也可胜任了。

(2)一些钻机中轴径60mm的花键轴，卷扬轴采用价格贵、罕用、淬透性较40Cr钢差的30CrMnTi钢，调质硬度HB230～270。其坯料调质淬火时表面淬硬HRC≥42也较难达到，3R/4 轴径表层基本无淬硬层，回火到HB230～270的硬度并不能表明其达到设计要求的机械性能。该钢主要用于大截面(工件壁厚＞35 mm)渗碳淬火负荷工件。用于较大负荷大轴径调质轴似乎失去其使用价值，且不能胜任。此时应考虑采用淬透性好的价格相对低些的35CrMo、42CrMo、35CrMnMo等钢，调质后保证淬透层达R/2处，能胜任大扭力矩与疲劳极限及一定的冲击负荷。若实际负荷较小，可考虑减小轴径，或采用40Cr钢，以节约材料成本。

调质选材时热处理工艺性也应加以考虑。如小孔径内花键轴套、内齿轮等调质件，鉴于内孔淬火冷却差，影响其内孔淬透层深度，从而使其运行机械性能降低，应选用淬透性相对较好的钢材，保证调质达到要求的性能。又如碳钢壁薄(壁厚＜10 mm)的钢套及形状复杂截面悬殊的盘套，调质淬火变形大，易发生开裂，改用40Cr钢调质效果较好。

2 渗碳钢

20、20Cr、20CrMnTi等含碳量为0.15%～0.25%的低碳(低合金)钢，经渗碳热处理后，表面(0.5～2.0 mm)含碳量达0.8%～1.05%，而心部仍保持原含碳量。淬火并低温回火后，表面组织为高碳马氏体与碳化物组成，硬度高(HRC55～65)、耐磨；心部组织为低碳马氏体或低碳马氏体与铁素体等组成，硬度低(HRC＜43)，保持较高的塑韧性。广泛用于要求表面耐磨、心部韧的零件。

15、20等低碳钢，因淬透性差，渗碳淬火后心部强度低。只适宜用于表面耐磨、截荷小、冲击轻微、心部不需要较高强度的小工件，如轴套、链条、小水阀等。

零件表面要求耐磨，心部又要求有良好的强韧性，常采用20Cr、20CrMnTi钢等淬透性较好的低合金渗碳钢。如长期在摩擦条件下工作，承受一定交变负荷和冲击负荷的活塞销、销轴等常采用20Cr钢渗碳淬火；对交变负荷重、冲击较大的钻机齿轮(截面≤30～35 mm)，则采用20CrMnTi钢渗碳淬火。20CrMnTi钢渗碳淬火晶粒细小，淬透性好，且热处理变形小，可保证心部得到以低碳马氏体为主体的

≥100 J/cm2)；对负荷更重的大截面(工件组织，心部强度高(HRC30～43)，同时又有较高的塑韧性(α

k

壁厚≥35～40 mm)的渗碳齿轮，可同重型拖拉机、汽车一样，采用30CrMnTi钢，保证心部较高强度，且心部与渗碳层过渡区的强度也较高。

低碳钢渗碳淬火与中碳钢调质(正火)高频表面淬火，虽二者都是提高零件表面硬度、耐磨性及疲劳

＝700～1000 MPa的较大负荷及冲击较大、强度，但使用时应有区分。一般讲，低碳钢淬火主要用于σ

b

中低速的齿轮，花键轴类等钻机零件；而中碳钢高频表面淬火则用于相对负荷较轻(400～700 MPa)，冲

击较小的齿轮、轴类等零件。因中碳马氏体的高频淬火层的耐磨性及调质心部的强韧性均较低碳钢渗碳淬火的渗碳层及低碳马氏体心部的为低。此外，受高频淬火工艺的影响，较大模数(m＝5～6)重载齿轮及锥形伞齿轮，齿面高频淬火层沿齿廓分布而无法完成；尤以大锥齿轮两弧齿面硬度差值大，使用中常发生断齿等过早损坏现象，影响了钻机的正常运行。对此，应考虑采用20CrMnTi钢渗碳淬火取代40Cr 钢调质与高频淬火，虽然制造成本高了些，但一顶几用，还是利大于弊。

氮化运用问题。氮化工件具有表面硬度高，耐磨性好，抗蚀性强及较高的疲劳强度，特别是热处理变形小等特点。主要用于高速下相对滑动，易发生干摩擦的二个精密零件，如机床主轴、镗杆等；要求高抗蚀性与热硬性的模具(压铸模)挤压蜗杆等。对钻机中交变负荷较重，转速相对较低，振动较大，要求高的弯曲强度及接触疲劳强度的齿轮是不适用的。钻机齿轮用40Cr钢调质后氮化取代20CrMnTi钢渗碳淬火，事实证明，得不偿失。氮化层薄(厚度＜0.7 mm)，且脆，心部调质强度不足以支撑沉重的硬化层，使用中极易压碎、剥落，特别是钻机齿轮最需要的接触疲劳强度比渗碳淬火的低得多。若有些零件确需耗时50 h以上的氮化来提高质量，选用广泛使用的30CrMoAl钢为佳。

3 其它

3.1 低碳马氏体

低碳钢淬火，低温回火后的低碳马氏体组织，具有较高的硬度(HRC30～45)与强度，又有较高的塑韧性，特别是材料强度与塑性复合抗力指标断裂韧性K

IC

也高。而中碳钢淬火后随回火温度(中高温)的

降低，硬度与强度提高，但塑韧性下降，断裂韧性K

IC

也随着下降。在较高强度(HRC＞30)时，其断裂韧性与塑韧性均较低碳钢淬火的低得多。

钻机中有些螺栓、销子、垫圈等零件要求较高强度，常采用45钢或40Cr钢，热处理硬度HRC35～45，但使用效果并不理想，常发生过早断裂失效。对此类热处理为最后一道工序，要求中硬度(HRC32～

45)及断裂韧性K

IC

也较高的零件，采用15MnVB等低碳钢淬火，低温回火到要求的硬度，提高了零件使用寿命，且经济。

3.2 铸钢

钻机中换挡拔叉，一般形状比较复杂，惯用成型简单的铸钢ZG45制造，热处理后使用总的讲还可以。但一些换挡频繁，扭力较大的拔叉常易断叉损坏，对此应考虑用锻钢取代，以提高质量。因铸钢的成分波动大，夹杂、偏析、疏松等缺陷难以避免，各向异性明显，其机械性能达不到要求。

3.3 球墨铸铁

球墨铸铁具有良好的消震性，高耐磨性、切削加工性好，特别是零件成型简单，成本低。钻机中一

些要求一定强度(σ

b ＜600 MPa)与耐磨性，冲击值不大(α

k

≤30～50 J/cm2)，锻钢成型加工复杂的零件，

如曲轴、连杠等采用球墨铸铁制造，达到经济实用的效果。设计零件采用球墨铸铁制造代替锻钢，充分利用其耐压、耐弯、耐磨、造型简单的特长，如活塞环、缸筒等也可加以运用，保证质量、降低成本。同时，应注意的是石墨对基体连续性有一定中断作用，对零件强韧性有一定影响，在动态下工作，尤其承受抗拉、冲击负荷较大的关键部件应慎用。

4 结语

(1)调质件淬透层的深浅，决定其机械性能的高低。

(2)钻机零件根据服役条件选用调质钢材，必须考虑工件截面尺寸对淬透性的影响。在淬透层达到要求的前提下进行调质方可得到要求的机械性能。同时调整调质硬度的高低，满足不同的使用强度要求。

(3)渗碳钢选材也以淬透性为主，心部要求较高强韧性，一般选用低碳合金钢，否则选用低碳钢。

(4)充分发挥材料的潜力，尽量选用符合零件性能要求的材料，以提高经济效益。

齿轮热处理实例:

一、工作条件以及材料与热处理要求

1.条件:低速、轻载又不受冲击

要求:HT200 HT250 HT300去应力退火2.条件:低速(＜1m/s)、轻载,如车床溜板齿轮等要求:45调质,HB200-250

3.条件:低速、中载,如标准系列减速器齿轮

要求:45 40Cr 40MnB(5042MnVB)调质,HB220-250

4.条件:低速、重载、无冲击,如机床主轴箱齿轮

要求:40Cr(42MnVB)淬火中温回火HRC40-45

5.条件:中速、中载,无猛烈冲击,如机床主轴箱齿轮

要求:40Cr、40MnB、42MnVB调质或正火,感应加热表面淬火,低温回火,时效,HRC50-55

6.条件:中速、中载或低速、重载,如车床变速箱中的次要齿轮

要求:45高频淬火,350-370℃回火,HRC40-45(无高频设备时,可采用快速加热齿面淬火)

7.条件:中速、重载

要求:40Cr、40MnB(40MnVB、42CrMo、40CrMnMo、40CrMnMoVBA)淬火,中温回火,HRC45-50.

8.条件:高速、轻载或高速、中载,有冲击的小齿轮要求:15、20、20Cr、20MnVB渗碳,淬火,低温回火,HRC56-62.38CrAl 38CrMoAl渗氮,渗氮深度

0.5mm,HV900

9.条件:高速、中载,无猛烈冲击,如机床主轴轮. 要求:40Cr、40MnB、(40MnVB)高频淬火,HRC50-55.

10.条件:高速、中载、有冲击、外形复杂和重要齿轮,如汽车变速箱齿轮(20CrMnTi淬透性较高,过热敏感性小,渗碳速度快,过渡层均匀,渗碳后直接淬火变形较小,正火后切削加工性良好,低温冲击韧

性也较好)

要求:20Cr、20Mn2B、20MnVB渗碳,淬火,低温回火或渗碳后高频淬火,HRC56-62.

18CrMnTi、20CrMnTi(锻造→正火→加工齿轮→局部镀同→渗碳、预冷淬火、低温回火→磨齿→喷丸)渗碳层深度1.2-1.6mm,齿轮硬度

HRC58-60,心部硬度HRC25-35.表面:回火马氏体+

残余奥氏体+碳化物.中心:索氏体+细珠光体

11.条件:高速、重载、有冲击、模数＜5

要求:20Cr、20Mn2B渗碳、淬火、低温回

火,HRG56-62.

12.条件:高速、重载、或中载、模数＞6,要求高强度、高耐磨性,如立车重要螺旋锥齿轮

要求:18CrMnTi、20SiMnVB渗碳、淬火、低温回火,HRC56-62

13.条件:高速、重载、有冲击、外形复杂的重要齿轮,如高速柴油机、重型载重汽车,航空发动机等设备上的齿轮.

要求:12Cr2Ni4A、20Cr2Ni4A、18Cr2Ni4WA、

20CrMnMoVBA(锻造→退火→粗加工→去应力→半

精加工→渗碳→退火软化→淬火→冷处理→低温回火→精磨)渗碳层深度1.2-1.5mm,HRC59-62.

14.条件:载荷不高的大齿轮,如大型龙门刨齿轮

要求:50Mn2、50、65Mn淬火,空冷,HB≤241

15.条件:低速、载荷不大,精密传动齿轮.

要求:35CrMO淬火,低温回火,HRC45-50

16.条件:精密传动、有一定耐磨性大齿轮.

要求:35CrMo调质,HB255-302.

17.条件:要求抗磨蚀性的计量泵齿轮.

要求:9Cr16Mo3VRE沉淀硬化

18.条件:要求高耐磨性的鼓风机齿轮.

要求:45调质,尿素盐浴软氮化.

19.条件:要求耐、保持间隙精度的25L油泵齿轮。

要求:粉末治金(生产批量要大).

20.条件:拖拉机后桥齿轮(小模数)、内燃机车变速箱齿轮(m6-m8).

要求:55DTi或60D(均为低淬透性中碳结构钢)中频淬火,回火,HRC50-55,或中频加热全部淬火.可获得渗

碳合金钢的质量,而工艺简化,材料便宜.

二、备注:

1.机床齿轮按工作条件可分三组:

(1).低速:转速2m/s,单位压力350-600N/mm^2.

(2).中速:转速2-6m/s,单位压力100-1000N/mm^2,冲击负荷不大.

(3).高速:转速4-12m/s,弯曲力矩大,单位压力

200-700N/mm^2.

2.机床常用齿轮材料及热处理:

(1).45淬火,高温回火,HB200-250,用于圆周速度＜1m/s中等压力,高频

淬火,表面硬度HRC52-58,用于表面硬度要求高、变形小的齿轮.

(2).20Cr渗碳、淬火、低温回火HRC56-62,用于高速、压力、中等、并有冲击的齿轮.

(3).40Cr调质,HB220-250,用于圆周速度不大,中等单位压力的齿轮,淬火,回火,HRC40-50,用于中等圆

周速度、冲击负荷不大的齿轮.

(4)除上述条件外，如尚要求热处理时变形小,则用高频淬火、

硬度HRC52-58.

3.汽车、拖拉机齿轮的工作条件比机床齿轮要繁重得多,要求耐磨性、疲劳强度、心部强度和冲击韧性等方面比机床齿轮高.因此,一般是载荷重、冲击大,多采用低碳合金钢(除左行列出的牌号以外,尚有

20MnMoB、20SiMnVB、30CrMnTi、30MnTiB、20MnTiB 等),经渗碳、淬火、低温回火处理.拖拉机最终传动

齿轮的传动扭矩较大,齿面单位压较高,密封性不好,砂土、灰土容易钻入,工作条件比较差,常采用20CrNi3A等渗碳。

4.一般机械齿轮最常用的材料是45和40Cr，其热处理方法选择如下:

(1).整体淬火;强度、硬度(HRC50-55)提高,承载能力增大,但韧性减小,变形较大,淬火后须磨齿或研齿,只适用于载荷较大、无冲击的齿轮.应用较少.

(2).调质:由于硬度低,韧性也好不太高,不能用于大冲击载荷下工作,只适用于低速、中载的齿轮,一对调质齿轮的小齿轮面硬度要比大齿面硬度高出HB25-40.

(3).正火:受条件限制不适合淬火和调质的大直径齿轮用.

(4).表面淬火:45、40Cr高频淬火机床齿轮广泛采用,直径较大用火焰表面淬火.但对受较大冲击载

荷的齿轮因其韧性不够,须用低碳钢(有冲击、中小载荷)或低碳合金钢(有冲击、大载)渗碳.

轴类热处理实例

一、工作条件以及材料与热处理要求

1.条件:

在滑动轴承中工作,υ周＜2m/S,要求表面有较高

在硬度的小轴,心轴.如机床走刀箱、变速箱小轴.. 要求:45、50,形状复杂的轴用40Cr、42MnVB.调质,HB228-255,轴颈处高频淬火,HRC45-50

2.条件:在滑动轴承中工作,υ周＜3m/S,要求硬度高、变形小,如中间带传动装置的小轴

要求:40Cr、42MnVB调质,HB228-255,轴颈高频淬火,HRC45-50.

3.条件:υ周≥2m/S,大的弯曲载荷及摩擦条件下

的小轴，如机床变速箱小轴。

要求:15、20、20Cr、20MnVB渗碳,淬火,低温回火,HRC58-62.

4.条件:高载荷的花键轴,要求高强度和耐磨,变形小.

要求:45高频加热,水冷,低温回火,HRC52-58.

5.条件:在滚动或滑动轴承中工作,轻或中等负荷,低速,精度要求不高,稍有冲击,疲劳负荷可忽咯的主轴,或在滚动轴承中工作,轻载,υ＜1m/s的次要花键轴.

要求:45调质,HB225-255(如一般简易机床主轴) 6.条件:在滚动或滑动轴承中工作,轻或中等负荷

转速稍高.ρυ≤150N.m/(cm^2.s),精度要求高,

冲击,疲劳负荷不大. 要求:45正火或调质,HB228-255,轴颈或装配部位表面淬火,HRC45-50.

7.条件:在滑动轴承中工作,中或重载,转速较高ρυ≤400N.m/cm^2.S,精度较高,冲击、疲劳负荷不大. 要求:40Cr调质,HB228-255或HB248-286,轴颈表面淬火,HRC≥54,装配部位表面淬火HRC≥45.

8.条件:其他同上,但转速与精度要求比上例高,如磨床砂轮主轴.

要求:45Cr、42CrMo其他同上,表面硬度HRC≥56.

9.条件:在滑动或滚动轴承中工作,中载、高速、心部强度要求不高,精度不太高,冲击不大,但疲劳应力较大,如磨床,重型齿轮铣床等主轴.

要求:20Cr渗碳,淬火,低温回火,HRC58-62.

10.条件:在滑动或滚动轴承中工作,重载,高速(ρυ≤400N.m/cm^2.s)冲击,疲劳应力都很高.

要求:18CrMnTi 20Mn2B 20CrMnMoVA渗碳淬火低温回火HRC≥59.

11.条件:在滑动轴承中回转,重载,高速,精度很高≤0.003mm,很高疲劳应力,如高精度磨床镗床主轴.

要求:38CrAlMoA调质硬度HB248-286:轴颈渗氮,硬度HV≥900.

12.条件:电动机轴,主要受扭.

要求:35及45正火或正火并回火,HB187及HB217.

13.条件:水泵轴,要求足够抗扭强度和防腐蚀.

要求:3Cr13及4Cr13 1000-1050℃油液,硬度分别为HRC42及HRC48.

14.条件:C616-416车床主轴,45号钢

(1)承受交变弯曲应力,扭转应力,有时还受冲击载荷.

(2)主轴大端内锥孔和锥度处圆,经常与卡盘,顶针有相对摩擦.

(3)花键部分经常磕碰或相对滑动(4)在滚动轴承中动转,中速,中载.

要求:

(1)整体调质后硬度HB200-230,金相组织为索氏体.

(2)内锥孔和外圆锥面处硬度HRC45-50,表面3-5mm 风金相组织为屈氏体和少量回火马氏体.

(3)花键部分硬度HRC48-53,金相组织同上

15.条件:跃进-130型载重(2.5吨)

汽车半轴承受冲击、反复弯曲疲劳和扭转,主要瞬时超载而扭断,要求有足够的抗弯、抗扭、抗疲劳强度和较好的韧性

要求:40Cr 35CrMo 42CrMo40CrMnMo 40Cr调质后中频表面淬火,表面硬度HRC≥52,深度4-6mm,静扭矩

6900N.m,疲劳≥30万次,估计寿命≥30万km金相组织:索氏体+屈氏体(原用调质加高频淬火寿命仅为4万km)

二、备注:

1.(1-8)备注:

主轴与轴类材料与热处理选择必须考虑受力大小、轴承类型和主轴形状及可能引起的热处理缺陷.在滚动轴承或轴颈上有轴套在滑动轴承中回转,轴颈不需特别高的硬度,可用45、45Cr,调质,HB220-250,50Mn,正火或调质HRC28-35.在滑动轴承中工作的轴承应淬硬,可用15、20Cr,渗碳,淬火,回火到硬度HRC56-62,轴颈处渗碳深度为

0.8-1mm.直径或重量较大的主轴渗碳较困难,要求变形较小时,可用45或40Cr在轴颈处作高频淬火.高精度和高转速(＞2000r/min)机床主轴尚须采用氮化钢进行渗氮处理,得到更高硬度.在重载下工作的大断面主轴,可用20SiMnVB或20CrMnMoVBA,渗碳,淬火,回火,HRC56-62.

2.(9)备注:

内心强度不高,受力易扭曲变形表面硬度高,宜作高速低负荷主轴.热处理变形较大.

3.(10)备注:

心部有较高的σb及αk值，表面有高的硬度及耐磨性.有热处理变形.

4.(11)备注:

很高的心部强度,表面硬度极高,耐磨和变形量小.

5.(12)备注:

860-880℃正火

6.(13)备注:

或1Cr13 1100℃油淬,350-400℃回火,HRC56-62.

7.(14)备注:

加工和热处理步骤:

下料→锻造→正火→粗加工→调质→半精车外圆,钻中心孔,精车外圆,铣键槽→锥孔及处圆锥局部淬火,260-300℃回火→车各空刀槽,粗磨处圆,滚铣花键槽→花键高频淬火,240-260℃加火→精磨. 曲轴类热处理实例

一、工作条件:

1.内燃机曲轴:承受周期性变化的气体压力,曲柄连杆机械的惯性力,扭转和弯曲应力以及冲击力等.此外在高速内燃机中还存在扭转振动,会造成很大应力.

2.要求有高强度及一定的冲击韧性、弯曲、扭转、疲劳强度,和轴颈处高的耐磨性. 二、材料与热处理实例:

1.低速内燃机,采用正火状态的碳钢、球墨铸铁.

2.中速内燃机,采用调质碳钢或合金钢,如45、40Cr、45Mn2、50Mn2等及球墨铸铁。

3.高速内燃机,采用高强度合金钢,如35CrMo、42CrMo、18Cr2Ni4WA等.

4.以110型柴油机曲轴为例:QT60-2正火,中频淬火,σb≥650N/mm^2,αk＞15N.m/mm^2,(试样20×20×110mm),轴体HB240-300,轴颈HRC≥55,珠光体数量:试棒≥75%,曲轴≥70%.

蜗杆蜗轮热处理实例

一、工作条件以及材料与热处理要求

1.条件:负荷不大,断面较小的蜗杆

要求:45调质,HB220-250

2.条件:有精度要求(螺纹磨出)而速度＜2m/s.

要求:45淬火,回火,HRC45-50

3.条件:滑动速度较高,负荷较轻的中小尺寸蜗杆

要求:15渗碳,淬火,低温回火,HRC56-62

4.条件:滑动速度＞2m/s(最大7-8m/s);精度要求很高,表面粗糙度为0.4的蜗杆,如立车中的主要蜗杆

要求:20Cr 20Mn2B 900-950℃渗碳,800-820℃油淬，180-200℃低温回火，HRC56-62

5.条件:要求高耐磨性、高精度及尺寸大的蜗杆

要求:18CrMnTi、20SiMnVB处理同上,HRC56-62

6.条件:要求足够耐磨性和硬度的蜗杆

要求:40Cr、42SiMn、45MnB油淬,回火,HRC5-50

7.条件:中载、要求高精度并与青铜蜗轮配合使用(热处理后再加工丝扣)之蜗杆

要求:35CrMo调质,HB255-303(850-870℃油淬,600-650回火)

8.条件:要求高硬度和最小变形的蜗杆

要求:38CrMoAlA、38CrAlA正火或调质后氮,硬度HV ＞850

9.条件:汽车转向蜗杆

要求:35Cr 815℃氰化、200℃回火,渗层深度

0.35-0.40mm,表面锉力硬度,心部硬度＜HRC35

二、备注:

1.蜗轮材料与热处理:

(1)圆周速度≥3m/s的重要传动;锡磷青铜QSn10-1,QSn-10

(2)圆周速度≤4m/s:QAl9-4

(3)圆周速度≤2m/s,效率要求不高:铸铁防止蜗轮变形一般进行时效处理

2.蜗杆材料与热处理:

(1)高速重载:15、20Cr渗碳淬火,HRC56-62;40、45、40Cr淬火,HRC45-50

(2)不太重要或低载;40 45调质

弹簧热处理实例

一、工作条件以及材料与热处理要求

1.条件:形状简单,断面较小,受力不大的弹簧

要求:65 785-815℃油淬,300℃400℃、500℃。600℃回火，相应的硬度HB512、HB430、HB369,75,780-800℃油或水淬,400-420℃回火,HRC42-48.

2.条件:中等负荷的大型弹簧

要求:60Si2MnA 65Mn 870℃油淬,460℃回火,HRC40-45(农机座位弹簧65Mn淬火回火HB280-370)

3.条件:重负荷、高弹簧、高疲劳极限的大形板簧和螺旋弹簧

要求:50CrVA、60SiMnA 860℃油淬,475℃回火,HRC40-45

4.条件:在多次交变负荷下工作的直径8-10mm的卷簧

要求:50CrMnA 840-870℃油淬,450-480℃回火,HB387-418

5.条件:机车、车辆、煤水车或板弹簧

要求:55SiMn、60Si2MnHRC39-45(hb363-432)(解放牌汽车板簧:55Si2Mn HB363-441)

6.条件:车辆及缓冲器螺旋弹簧、汽车张紧弹簧

要求:55Si2Mn、60Si2Mn、60Si2CrA淬火,回火,HRC40-47或HB370-441

7.条件:柴油泵柱塞弹簧、喷油嘴弹簧、农用柴油机气阀弹簧及中型、重型汽车的气门弹簧和板弹簧要求:50CrVA淬火,回火,HRC40-47

8.条件:在高温蒸汽下工作的卷簧和扁簧,自来水管道弹簧和耐海水浸蚀的弹簧,Φ10-25mm

要求:3Cr13 HRC39-46 4Cr13 HRC48-50 HRC48-49 HRC47-49 HRC37-40 HRC31-35 HRC33-47

9.条件:在酸碱介质下工作的弹簧

要求:2Cr18Ni9 1100-1150℃水淬,绕卷后消除应力,400℃回火60min,HB160-200

10.条件:弹性挡圈δ4,Φ85

要求:60Si2 400℃预热,860℃油淬,430℃回火空冷,HRC40-45.

二、备注

1.弹簧热处理一般要求淬透,晶粒细,残余奥氏体少.脱碳层深度每边应符合:＜Φ6mm的钢丝或钢板,应＜1.5%直径或厚度;＞Φ6mm的钢丝钢板,应＜

1.0%直径或厚度.

2.大型弹簧在热状态加工成型随即淬火-回火,中型弹簧在冷态加工成型(原材料要求球化组织或大部分球化),再淬火-回火.小型弹簧用冷轧钢带、冷拉钢丝等冷态加工成型后,低温回火

3.处理后可经喷丸处理:

40-50N/cm^2的压缩空气或离心机70m/s的线速度,将Φ0.3-0.5mm(对于小零件、汽门弹簧、齿轮等)、Φ0.6-0.8mm(对板簧、曲轴、半轴等)铸铁丸或淬硬钢丸喷射到弹簧表面,强化表层,疲劳循环次数可提高8-13倍,寿命可提高2-2.5倍以上

机床丝杠热处理实例

一、工作条件以及材料与热处理要求

1.条件:≤级精度,受力不大,如各类机床传动丝杠

要求:45、45Mn2一般丝杠可用正火,≥HB170;受力较大的丝杠,调质,HB250;方头,轴颈局部淬硬HRC42 2.条件:≥7级精度,受力不大,轴颈方头等处均不需淬硬,如车床走刀丝杠

要求:45Mn易切削钢和45热轧后σb=600-750N/mm^2,除应力后HB170-207,金相组织:片状珠光体+铁素体

3.条件:7-8级精度,受力较大,如各类大型镗床、立车、龙门铣和刨床等的走刀和传动丝杠

要求:40Cr、42MnVB、(65Mn)调质HB220-250,σb≥850N/mm^2;方头、轴颈局部淬硬HRC42,金相组织：均匀索氏体

4.条件:8级精度,中等负荷,要求耐磨,如平面磨床,砂轮架升降丝杠与滚动螺线啮合

要求:40Cr、42MnVB调质HB250,中频表淬HRC54,,调质后基体组织:均匀索氏体+细状珠光体

5.条件:≥6级精度,要求具有一定耐磨性,尺寸稳定性,较高强度和较好的切削加工性,如丝杠车床,齿轮机床、坐标镗床等的丝杠

要求:T10、T10A、T12、T12A球化退火,HB163-193,球化等级3-5级,网状碳化物≤3级,调质HB201-229,金相组织;细粒状珠光体

6.条件:≥6级精度,要求抗腐蚀、较高的抗疲劳性和尺寸稳定性.如样板镗床或其他特种机床精密丝杠. 要求:38CrMoAlA调质HB280,渗氮HV850,调质后基体组织,均匀的索氏体,渗氮前表面应无脱碳层

7.条件:≥6级精度,要求耐耐磨、尺寸稳定,但负荷不大,如螺纹磨床、齿轮磨床等高精度传动丝杠(硬丝杠)

要求:9Mn2V(直径≤60mm)、CrWMn(直径＞60mm),球化退火后,球状珠光体1.5-4级,网状碳化物≤3级,硬度≤HB227,淬火硬度HRC56+0.5,金相组织,回火马氏体无残余奥氏体存在

8.条件:≥6级精度,受点负荷的,如螺纹或齿轮磨床、各类数控机床的滚珠丝杠

要求:GCr15(直径≤70mm0)、GCr15SiMn(直径＞80mm)球化退火后,球状珠光体1.5-4级,网状碳化物≤3级,HRC60-62,金相组织;回火马氏体

二、备注:

1.丝杠的选材与处理;

(1)丝杠的主要损坏形式,一般丝杠(≤7级精度)为弯曲及磨损;≥6级精度丝杠为磨损及精度丧失或螺距尺寸变化

(2)丝杠材料应具有足够的力学性能,优良的加工性能,不易产生磨裂,能得到低的表面粗糙度和低的加工残余内应力,热处理后具有较高硬度,最少淬火变形和残余奥氏体常用于不要求整体热处理至高硬度的材料,有45、40Mn、40Cr、T10、T10A、T12A、T12等.淬硬丝杠材料,有GCr15、9Mn2V、CrWMn、GCr15、SiMn、38CrMOAlA等

(3)热处理:

一般丝杠:正火(45钢)或退火(40Cr),除应力处理和低温时效,调质和轴颈、方头高频淬火与回火精密不淬硬丝杠:除应力处理低温时效,球化退火,调质球化,如遇原始组织不良等,还需先经900℃(T10、T10A)-950℃(T12、T12A)正火处理后再球化退火,或直接调质球化精密淬硬丝杠:退火或高温正火后退火,除应力处理,淬火和低温时效

2.考虑热加工工艺性,丝杠结构设

计注意事项:

(1)结构尽可能简单,避免各中沟槽、突变的台阶、锐角等,尤其是氮化丝杠更应避免一切棱角

(2)丝杠一端应留空刀槽.凸起台阶或吊装螺钉孔,便于冷热加工中吊挂用

(3)不应有较大的凸阶,以免除局部镦粗的锻造工序.

3.滚珠丝杠副的材料与热处理:

(1)材料选用;滚珠丝杠;L≤2m、Φ40-80mm变形小、耐磨性高的6-8级丝杠用CrWMn整体淬火

汽车、拖拉机、配件热处理实例

一、工作条件以及材料与热处理要求

1.条件;推土机用销套:承受重载、大冲击和严重磨损要求:20Mn、25MbTiB渗碳,二次淬火,低温回火,HRC59,渗碳层深

2.6-

3.8mm

2.条件:推土机履带板:承受重载、大冲击和严重磨损要求:40Mn2Si调质,履带齿中频淬火或整体淬火,中频回火,距齿顶淬硬层深30mm

3.条件:推土机链轨节承受重载、大冲击和严重磨损要求:50Mn、40MnVB工作面中频淬火,回火,淬硬层深6-10.4mm

4.条件:推土机支承轮

要求:55SiMn、45MnB滚动面中频淬火,回火,淬硬层深6.2-9.1mm

5.条件:推土机驱动轮

要求:45SiMn轮齿中频淬火,淬硬层深7.5mm

6.条件:活塞销:受冲击性的交变弯曲剪切应力、磨损大.主要是磨损、断裂

要求:20Cr渗碳,淬火,低温回火,HRC59(双面)

7.条件:刮板弹簧转子发动机用,要求在高温下保持弹抗疲劳性能要求:718耐热合金1050℃固溶处理,冷变形,690℃真空时效,8h(或620℃下8小时,500℃下松驰8小时)

8.条件:受冲击性迅速变化着的拉应力和装配时的预应力作用,在发动机运转中,连杆螺栓折断会引起严重事故,要求有足够的强度、冲击韧性和杭疲劳能力要求:40Cr调质,HRC31,不允许有块状铁素体:下料→锻造→退火或正火→加工→调质(回火水冷防止第二类火脆性→加工→装配

二、备注

1.＜Φ50mm、耐磨性高、承受较大压力的6-8级,丝杠用GCr15整体或中频淬火

2.＞Φ50mm、耐磨性高、6-8级丝杠用GCr15SiMn整体或中频淬火

3.≤Φ40mm、L≤2mm、变形小、耐磨性高的6-8级丝杠用9Mn2V、整淬,冰冷处理.

4.有防蚀要求特殊用途的丝杠用9Cr18,中频加热表面淬火.

矿山机械及其他零件

一、工作条件以及材料与热处理要求

1.条件:牙轮钻头主要是磨坏

要求:20CrMo渗碳,淬火,低温回火,HRC61

2.条件:输煤机溜槽(原用16Mn钢板,未处理,仅用3-6个月)

要求:16Mn钢板中频淬火(寿命可提高一倍)

3.条件:铁锹(原用低碳钢固体渗碳淬火,回火,质量很差)

要求:低碳钢淬火,低温回火,得低碳马氏体,质量大大提高

4.条件:石油钻井提升系统用吊环(原用35钢)、吊卡(原用40CrNi或35CrMo)正火或调质,质量差,笨重.

要求:20SiMn2MoVA淬火,低温回火,得低碳马氏体,质量大大提高

5.条件:石油射孔枪承受火药爆炸大能量高温瞬间冲击,类似于枪炮.主要是过量塑性变形引起开裂要求:20SiMn2MoVA淬火,低温回火,得低碳马氏体,σb=1610N/mm^2,αk=80N.m/mm^2

6.条件:煤矿用圆环牵引链,要求高抗拉强度和抗疲劳,主要是疲劳断裂及加工时冷弯开裂.

要求:20MnV、25Mn2V弯曲后闪光对焊,正火,880℃淬火,250℃回火获得代碳马氏体,预变形强化.σb ≥850N/mm^2,σs≥650N/mm^2,αk≥100N.m/mm^2 7.条件:凿岩机钎尾受高频冲击与矿石摩擦严重,要求多冲杭力大,耐疲劳,主要是断裂与凹陷

要求:30SiMnMoV、32SiMnMoV HRC56,渗碳淬火→650℃回火,二次加热260-280℃等温淬火→螺纺部分滚压强化

8.条件:凿岩机钎杆受高频冲击与矿石摩擦严重,要求多冲抗力大,耐疲劳和磨损,主要是折断与磨损

要求:30SiMnMoV HRC59,900-920℃下用"603"液体渗碳2h,至880℃空冷25-30s,油冷,230回火3h 9.条件:中压叶片油泵定子要求槽口耐磨和抗弯曲性能好.主要是槽口磨损、折断

要求:38CrMoAl渗氮,HV900调质→粗车→去应力→精车→渗氮

10.条件:机床导轨要求轨面耐磨和保持高精度.主要是磨损和精度丧失

要求:HT200 HT300表面电接触加热淬火,HRC56 11.条件:化工用阀门、管件等腐蚀大的零件,要求抗腐蚀性高

要求:普通碳素钢渗硅

12.条件:锅炉排污阀主要是锈蚀,要求抗腐蚀性好要求;45渗硼

13.条件:

(1)1t蒸汽锤杆Φ120,L=2345mm 10t模锻锤锤杆

(2)受较剧烈多次冲击和疲劳应力.主要是疲劳断裂

要求;

(1)45Cr 850℃淬火,10%盐冷,450℃回火,HRC45 (2)35CrMo 860-870℃水淬,450-480℃回火,HRC40 14.条件:电耙耙斗、电铲铲斗的齿部:冲击大、摩擦严重.主要是磨坯.

要求;ZGMn13水韧处理,HB180-220(工作时在冲击和压力下HB450-550)

15.条件:Φ840及Φ650mm的矿车轮

要求:ZG55、ZGCrMnSi HB280-330

二、备注:

1.L≤1m、变形小、耐磨性高的6-7级丝杠用20CrMoA,渗碳,淬火

2.L≤2.5mm、变形小、耐磨性高、6-7级丝杠用40CrMoA,高频或中频淬火.

3.7-8级的丝杠用55、50Mn,高频淬火.

4.L≤2.5mm、变形小耐磨性高、5-6级精度的丝杠,38CrMoAlA或38CrWVAl,氮化.

5.螺母GCr15、CrWMn、9CrSi,也有用18CrMn Ti 12CrNiA等渗碳钢的

6.硬度要求推荐HRC60±2,螺母取上限,当丝杠L≥1.5<,或精度为5、6级时,硬度可低一些,但须≥HRC56

7.采用表面热处理的淬透层深度,磨削后,应为:中频处理＞2mm;高频渗碳处理＞1mm;氮化处理＞0.4mm,7级精度以上的丝杠应作消除残余庆力的稳定处理.