【正文】 8 2. 重載荷，高轉(zhuǎn)速 3. 高疲勞，高沖擊 Ti 12CrNi3 63HRC 床 、 齒輪磨床 、 精密絲桿車床 、 重型齒輪銑床等主軸。 調(diào) 質(zhì) 熱處理是為了提高主軸的綜合性能，以滿足心部的強(qiáng)度要求，同時(shí)在表面淬火時(shí)能獲得均勻的硬化層，為了更好的發(fā)生調(diào) 質(zhì)效果，安排在粗加工之后 進(jìn)行。 Si 的含碳量為 %～ %， 在 鋼中的作用是可以提高鋼的淬透性， Si 固溶于鐵素體中還可起到固溶強(qiáng)化的作用。因此選用合金調(diào) 質(zhì) 鋼， 因此采用價(jià)格便宜 、 可鍛性和切割加工性皆好的 45 鋼 。 表 31 可知，選用 45 鋼即可。再設(shè)計(jì)裝配使用正常情況下，應(yīng)考慮選用高屈服強(qiáng)度材料。主要是指失去彈性的能力，屬于功能失效。 提高耐磨性，一是要材料有高硬度 ， 若材料中存在耐磨硬顆粒，更有利。主要有磨粒磨損和黏著磨損。 所有機(jī)械零件在工作過程中的實(shí)效疲勞斷裂與斷裂失效的 50%～90%時(shí) ，疲勞斷裂一般會(huì)發(fā)生突然，危害性大，疲勞斷裂是發(fā)生在零件的局部應(yīng)力區(qū)，某些晶粒在變應(yīng)力作用下形成微裂紋，隨著循環(huán)數(shù)的增加，裂紋繼續(xù)擴(kuò)展，導(dǎo)致最終疲勞斷裂。當(dāng)主軸載荷較大轉(zhuǎn)速又高時(shí)，主軸還承受 著很高的交變功，因此 要求主軸具有較高的疲勞強(qiáng)度和綜合力學(xué)性能 。 陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 金屬材料與熱處理技術(shù) 2 第 1 章 主軸的服役條件及可能的失效形式 主軸的工作條件 機(jī)床主軸的某些部位承受著不同程度的摩擦，特別是軸頸部位，因?yàn)檩S頸與某些軸承配合時(shí)，摩擦較大，所以部位應(yīng)具有較高的硬度及增強(qiáng)耐磨性。如何實(shí)現(xiàn)工件設(shè)計(jì)時(shí)提出的幾何形狀和加工精度，滿足設(shè)計(jì)時(shí)所需要的各種性 能指標(biāo)，熱處理工藝制定的合理與否，有著至關(guān)重要的作用。隨著現(xiàn)代化工農(nóng)業(yè)以及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)金屬材料的性能要求越來越高。為滿足這一點(diǎn)，一般可以采取兩種方法：研制新材料和對(duì)金屬材料進(jìn)行熱處理。 現(xiàn)在工業(yè)的迅速發(fā)展對(duì)機(jī)械零部件，工模具等提出的要求愈來愈高。但是某些部位的軸頸與滾動(dòng)軸承相配合摩擦不大，所以就不需要太大的硬度。 失效形式 長期交變載荷作用易導(dǎo)致疲勞斷裂（包括扭轉(zhuǎn)疲勞和彎曲疲勞斷裂）；承受大載荷或沖擊載荷會(huì)引起過量變形、斷裂，長期承受較大摩擦，軸頸及花鍵表面會(huì)出現(xiàn)過量磨損。 針對(duì) 疲勞斷裂的特點(diǎn)，可以采用各種強(qiáng)化方法來提高零件的抗疲勞能力。 磨粒 磨損是由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體接觸時(shí)，滑動(dòng)表面高低不平，凸出的硬質(zhì)點(diǎn)將軸的接觸面刨出溝槽或劃傷而產(chǎn)生的破壞。二是材料具有小的摩擦系數(shù)， 降低配對(duì)材料間的原子結(jié)合力，此外，改善潤滑條件，細(xì)化表面 粗糙度，使 機(jī)械零件保持清潔等，均有利于減少摩擦磨損。引起彈性變形的原因是零件 剛 度不夠，除結(jié)構(gòu)因素外， 還取決與材料的彈性模量，因此， 要預(yù)防彈性變形失效，因選擇彈性模量高的材料 來 制作零件。 主軸的性能特點(diǎn) 經(jīng)過對(duì)疲勞斷裂、過量變形和過量磨損的分析，主軸應(yīng)有較高的回轉(zhuǎn)精度及足夠的 剛 度和良好的抗振性能、足夠的剛度、屈服強(qiáng)度、抗疲勞能力和高耐磨性。因?yàn)橹鬏S承 受變彎曲用力和 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，但由于承受的載荷并不是很大，轉(zhuǎn)速也不高，沖擊作用也不大，所以具有一般的綜合力學(xué)性能即可。 車床主軸直徑較大，階梯較多，宜選鍛件毛柸。 Mn 的含碳量為 %～ %，在 鋼中的作用是可以提高鋼的淬透性， Mn 固溶于鐵素體中還可以起到固溶強(qiáng)化作用。 對(duì)軸頸和錐孔進(jìn)行表面淬火，低溫回火，旨在提高硬度，增加耐磨性，常見機(jī)床主軸的工作條件，用材及熱處理見表 41。 滲氮 1. 與滑動(dòng)軸承配合 2. 重載荷，高轉(zhuǎn)速 3. 精度高，軸隙小 4. 高疲勞，高沖擊 38CrMoVA 調(diào)質(zhì) 250～280HBS 滲氮≥ 900HV 高精度磨床的主軸鏜床鏜桿 淬火 1. 與滑動(dòng)軸承配合 2. 中輕載荷 3. 精度不高 4. 低沖擊，低疲勞 45 正火 170～217HBS或調(diào)質(zhì)220～ 250HBS小規(guī)格局部整體淬火 42～47HRC 大規(guī)格軸頸表面感應(yīng)淬火 48～52HRC 龍門銑床 、 立銑 、小型立式車床等小規(guī)格主軸，CA61C8480 等大重型車床主軸 1. 與滑動(dòng)軸承配合 40Cr 調(diào)質(zhì) 220～ 齒輪銑陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 金屬材料與熱處理技術(shù) 9 2. 中等載荷，轉(zhuǎn)速較高 3. 精度較高 4. 中等沖擊載荷 42MnVB 42CrMo 250HBS軸頸表面淬火 52～61HRC（ 42CrMo取上限，其他鋼取中下限）裝拆部位表面淬火 48～53HRC 床 、 組合車床 、 車床 、 磨床 、砂輪等主軸。 但 在 實(shí)際生產(chǎn)條件下，往往是根 據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，保溫后出爐在空氣中冷 卻，正火后的硬度為≤ 226HB。偏高的淬火溫度可以使工件加熱速度加快，表面氧化較少，且能提高功效。但保溫時(shí)間過長，也會(huì)出現(xiàn)晶粒粗大，氧化脫碳嚴(yán)重的弊病，影響淬火質(zhì)量，我們認(rèn)為，如裝爐量大于工藝文件的規(guī)定加熱保溫時(shí)間延長 1/5。因此，當(dāng)淬火工件快冷到該溫度區(qū)域，就應(yīng)采取緩冷的方式，由于出水溫度難以掌握，須憑經(jīng)驗(yàn)操作，當(dāng)水中的工件抖動(dòng)停止，即可出水 空冷（如能油冷更好）。不然，就說明工件未得到完全淬火，組織中可能出現(xiàn)索氏體甚至鐵素體組織，這種組織通過回火，仍然保留在基體中， 達(dá)不到 調(diào) 質(zhì)熱處理 的目的。加熱溫度 820～ 860℃溫度高低的選擇；視工件具體情況確定，比如重要工件要求。 NaCl、 Na2CO3水溶液淬火，雖然變形大，裂紋傾向敏感，但仍是廣泛使用的介質(zhì)，且需雙液淬火，嚴(yán)格控制在水中的冷卻時(shí)間。這些需要一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，可 選用二硝或三硝水溶液淬火。而且，高溫回火時(shí)間短 、 成本低 、 鋼材氧化脫碳少，在很多情況下可以取代完全退火，不完全退火和正火，工藝曲線如圖 53所示。 滲碳處理一般用于表面耐磨，芯部耐沖擊的重載零件；其耐磨性比調(diào)質(zhì) +表面淬火高?？梢圆捎谜{(diào)質(zhì) +高頻表面淬火的工藝，耐磨性較滲碳略差。屈服強(qiáng)度為355MPa，伸長率為 16%，斷面收縮率為 40%，沖擊功為 39J。 （ 1） 感應(yīng)加熱淬火的基本原理 感應(yīng)加熱的主要依據(jù)是電磁感 應(yīng)、“集膚效應(yīng)”和熱傳導(dǎo)三項(xiàng)基本原理。由于鋼本身具有電阻，集中于工件表面的渦流可使工件表面迅速被加熱到淬火溫度，而心部仍接近于常溫，迅速噴水冷卻即 達(dá)到了表面淬火的目的。 ③工頻感應(yīng)加熱淬火 ： 工作頻率為 50Hz，淬硬深度達(dá) 10～15mm。 2疲勞強(qiáng)度高 ： 由于感應(yīng)淬火時(shí)工件表面發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生體積膨脹而形成殘余壓應(yīng)力，它能抵消循環(huán)載荷作用下產(chǎn)生的拉應(yīng)力而顯著提高工件的疲勞強(qiáng)度。 (4)感應(yīng)加熱淬火件的技術(shù)要求 對(duì)感應(yīng)淬火件的技術(shù)要求主要有材料的選用、淬火硬度、預(yù)備熱處理、淬火后的回火處理等。所以確定有效淬硬深度時(shí)，除考慮耐磨壽命外，還須考慮工件的綜合力學(xué)性能，一般有效淬硬深度為 1/10R(R為工件半徑 )時(shí)，可獲得較好的綜合力學(xué)性能，對(duì)于直徑 10～ 20mm 的小件可選 1/5R，對(duì)于較大直徑可取小于 1/10R。 火焰加熱淬火零件的常用材料為中碳鋼和中碳合金鋼，如 34 40Cr、 65Mn等；還可用于灰鑄鐵、合金