如何为轴类零件选择合适的材料？

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：不同工作条件下轴类零件的选材、热处理要求及应用举例见表8-5。

轴是机械工业中最基础的零部件之一，主要用以支承传动零部件并传递运动和动力。轴类零件包括各类传动轴、机床主轴、丝杠、光杠、曲轴、偏心轴、凸轮轴、连杆等，要求具有较高的强度、疲劳极限、塑性和韧性以及良好的综合力学性能。一切回转零件都安装在轴上。根据承受载荷的不同，轴可分为

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图8-12　起重机滑轮轴

心轴、传动轴和转轴三种。心轴是只承受弯矩、不传递扭矩的轴，如自行车的前轴、滑轮轴等，如图8-12所示的起重机滑轮轴。传动轴是只传递扭矩，不承受弯矩或承受弯矩较小的轴，如图8-13所示的汽车传动轴。转轴既传递扭矩又承受弯矩，如图8-14所示的齿轮减速箱中的轴。此外，有些轴还要承受拉、压载荷。

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图8-13　汽车的传动轴

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图8-14　齿轮减速箱中的轴

8.3.2.1　轴的工作条件

轴在工作时主要承受交变、弯曲和扭转应力的复合作用，有时也承受拉、压应力；轴与轴上的零件有相对运动，相互间存在摩擦和磨损；轴在高速运转过程中会产生振动，使轴承受冲击载荷。多数轴在工作过程中常常要承受一定的过载载荷。

8.3.2.2　轴的失效形式

轴的主要失效形式有以下几种：

（1）断裂　是轴的最主要失效形式，其中多数为疲劳断裂，少数为冲击过载断裂。

（2）磨损　是指轴的相对运动表面因摩擦而过度磨损。

（3）过量变形　在极少数情况下，轴会发生因强度不足的过量塑性变形失效和刚度不足的过量弹性变形失效。

8.3.2.3　轴的性能要求(https://www.chuimin.cn)

（1）轴应具有优良的综合力学性能，即具有足够的强度、塑性和一定的韧性，以承受过载和冲击载荷，防止发生过量变形和断裂。

（2）当弯曲载荷很大、转速又很高时，轴要承受很高的疲劳应力。因此，要求轴具有高的疲劳强度，以防疲劳断裂。

（3）轴表面要具有高硬度和耐磨性，特别是与滑动轴承接触的轴颈部位，耐磨性要求高。轴转速越高，耐磨性要求也越高。

（4）在特殊条件下，轴还应具有较高的抗蠕变能力和耐蚀性。

8.3.2.4　轴类零件的常用材料

高分子材料的强度、刚度太低，极易变形，陶瓷材料太脆，疲劳性能差，这两类材料一般不适于制造轴类零件。因此，轴类零件（尤其是重要轴）几乎都选用金属材料，其中钢铁材料最为常见。根据轴的种类、工作条件、精度要求及轴承类型等不同，可选择相应成分的钢或铸铁作为轴的合适材料。

1. 锻　钢

锻造成形的优质中碳钢或中碳合金调质钢是轴类材料的主体。35钢、40钢、45钢、50钢（其中45钢最常见）等碳钢具有较高的综合力学性能且价格低廉，故应用广泛。对受力不大或不重要的轴，为进一步降低成本，也可采用Q235、Q255、Q275等普通碳钢制造；对受力较大、尺寸较大、形状复杂的重要轴，可选用综合力学性能更好的合金调质钢来制造，如40Cr等；对其中精度要求极高的轴，要采用专用氮化钢（如38CrMoAlA）制造。中碳钢轴的热处理特点是：正火或调质保证轴的综合力学性能（强韧性），然后对易磨损的相对运动部位进行表面强化处理（表面淬火、渗氮或表面滚压、形变强化等）。考虑到轴的具体工作条件和性能要求不同，少数情况下还可选用低碳钢或高碳钢来制造轴类零件。如当轴受到强烈冲击载荷作用时，宜用低碳钢（如20钢、25钢）渗碳制造；而当轴所受冲击作用较小而相对运动部位要求更高的耐磨性时，则宜用高碳钢制造。

2. 铸　钢

对形状极复杂、尺寸较大的轴，可采用铸钢来制造，如ZG230-450。铸钢轴比锻钢轴的综合力学性能（主要是韧性）要低一些。

3. 铸　铁

由于大多数轴很少因冲击过载而断裂失效，故近年来越来越多地采用球墨铸铁（如 QT700-2）和高强度灰铸铁（如HT350）来代替钢作为轴（尤其是曲轴）的材料，如图8-15所示的球墨铸铁曲轴。与钢轴相比，铸铁轴的刚度和耐磨性不低，且具有缺口敏感性低、减振、减摩、切削加工性好及生产成本低等优点。不同工作条件下轴类零件的选材、热处理要求及应用举例见表8-5。

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图8-15　球墨铸铁曲轴

表8-5　不同工作条件下轴类零件的选材、热处理要求及应用举例

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如何为轴类零件选择合适的材料？

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