机械方面常用机械材料.pdf

《常用机械材料》45 号钢 ,是 GB 中的叫法 ,JIS 中称为 :S45C,ASTM 中称为 1045,080M46,DIN称为 :C45 国内常叫45 号钢，也有叫“ 油钢 ” 一般，市场现货热轧居多冷轧规格1.0~4.0mm 之间化学成分含碳 （C） 量是 0.42~0.50%， Si 含量为 0.17~0.37%， Mn 含量 0.50~0.80%， Cr 含量 55HRC 150C回 火 --55HRC 200C回 火 --53HRC [5][6]300C 回火 --51HRC 400C 回火 --43HRC 500C 回火 --34HRC 550C 回火--32HRC 600C 回火 --28HRC 650C 回火 --24HRC 编辑本段 40cr 特性及用途特性中碳调制钢，冷镦模具钢 该钢价格适中，加工容易，经适当的热处理以后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性正火可促进组织球化，改进硬度小于160HBS 毛坯的切削性能在温度550~570℃进行回火，该钢具有最佳的综合力学性能该钢的淬透性高于45 钢，适合于高频淬火，火焰淬火等表面硬化处理等用途这种钢经调质后用于制造承受中等负荷及中等速度工作的机械零件，如汽车的转向节、后半轴以及机床上的齿轮、轴、蜗杆、花键轴、顶尖套等；经淬火及中温回火后用于制造承受高负荷、冲击及中等速度工作的零件，如齿轮、主轴、油泵转子、滑块、套环等；经淬火及低温回火后用于制造承受重负荷、低冲击及具有耐磨性、截面上实体厚度在25mm 以下的零件，如蜗杆、主轴、轴、套环等；经调质并高频表面淬火后用于制造具有高的表面硬度及耐磨性而无很大冲击的零件，如齿轮、套筒、轴、主轴、曲轴、心轴、销子、连杆、螺钉、螺帽、进气阀等。

此外，这种钢又适于制造进行碳氮共渗处理的各种传动零件，如直径较大和低温韧性好的齿轮和轴[7] 供货状态及硬度】退火态，硬度 ≤207HBS 40cr轴类零件轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一它主要用来支承传动零部件， 传递扭矩和承受载荷轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、 阶梯轴、 空心轴和曲轴等轴的长径比小于5 的称为短轴， 大于 20 的称为细长轴，大多数轴介于两者之间轴用 轴承 支承，与轴承配合的轴段称为轴颈轴颈是轴的装配基准， 它们的精度和表面质量一般要求较高，其技术要求一般根据轴的主要功用和工作条件制定，通常有以下几项：(一)尺寸精度起支承作用的轴颈为了确定轴的位置，通常对其尺寸精度要求较高（IT5 ～IT7） 装配传动件的轴颈尺寸精度一般要求较低（IT6 ～IT9） 二)几何形状精度轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈、外锥面、莫氏锥孔等的圆度、 圆柱度等， 一般应将其公差限制在尺寸公差范围内对精度要求较高的内外圆表面，应在图纸上标注其允许偏差三)相互位置精度轴类零件的位置精度要求主要是由轴在机械中的位置和功用决定的。

通常应保证装配传动件的轴颈对支承轴颈的同轴度要求，否则会影响传动件（齿轮等）的传动精度，并产生噪声普通精度的轴，其配合轴段对支承轴颈的径向跳动一般为0.01～ 0.03mm，高精度轴（如主轴）通常为0.001～0.005mm四)表面粗糙度一般与传动件相配合的轴径表面粗糙度为Ra2.5～0.63 μm， 与轴承相配合的支承轴径的表面粗糙度为Ra0.63～ 0.16μm 毛坯和材料(一)轴类零件的毛坯轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能根据生产规模的不同， 毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种中小批生产多采用自由锻，大批大量生产时采用模锻二)轴类零件的材料轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范（如调质、正火、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性40Cr 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轴承钢 GCr15 和弹簧钢65Mn ，经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达50～58HRC，并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度的轴精密机床的主轴（例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴）可选用38CrMoAIA氮化钢这种钢经调质和表面氮化后，不仅能获得很高的表面硬度，而且能保持较软的芯部， 因此耐冲击韧性好与渗碳淬火钢比较，它有热处理变形很小，硬度更高的特性40Cr 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， 40Cr 可以淬硬至HRC42~46所以如果需要表面硬度，又希望发挥40Cr 优越的机械性能，常将40Cr 表面渗碳淬火，这样就能得到需要的表面硬度40Cr 弹性模数40Cr 弹性模数 :弹性模量E(20℃) /MPa 200000～211700 ，切变模量G(20℃) 80800 编辑本段 热处理工艺淬火工艺40Cr 淬火 850℃ ,油冷；回火520℃,水冷、油冷 40Cr 表面淬火硬度为HRC52-60 ，火焰淬火能达到HRC48-55 。

氮化处理40Cr 属于可氮化钢，其所含元素有利于氮化40Cr 经氮化处理后可获得较高的表面硬度， 40Cr 调质后氮化处理硬度最高能达到HRA72~78 ，即 HRC43~55 氮化工件工艺路线：锻造－退火－粗加工－调质－精加工－除应力－粗磨－氮化－精磨或研磨由于氮化层薄， 并且较脆，因此要求有较高强度的心部组织，所以要先进行调质热处理，获得回火索氏体，提高心部机械性能和氮化层质量软氮化是活性氮化,现在比较常用的是气体氮化. 焊接40Cr 焊接前注意预热，以防止因基体散热，造成焊缝内部激冷淬裂焊接后调质前最好加一遍正火40Cr 的焊接性：结晶时易偏析，对结晶裂纹（一种热裂纹）比较敏感， 焊接时容易在弧坑和焊缝中凹下的部分开裂含碳量较高， 快冷时易得到对冷裂纹很敏感的淬硬组织（马氏体组织）过热区在冷速较大时，很容易形成硬脆的高碳马氏体而使过热区脆化焊接工艺要点：1、一般在退火 （正火） 状态下进行焊接2、焊接方法不受限制3、用较大线能量， 适当提高预热温度，一般预热温度及层间温度可控制在 250～300℃之间4、焊接材料应保证熔敷金属的成分与母材基本相同，如 J107－Cr 5、焊后应及时进行调质热处理。

若及时进行调质处理有困难，可进行中间退火或在高于预热的温度下保温一段时间，以排除扩散氢并软化组织对结构复杂、焊缝较多的产品，可在焊完一定数量的焊缝后，进行一次中间退火交货状态40Cr 交货状态以热处理(正火、退火或高温回火)或不热处理状态交货,交货状态应在合同中注明 . 编辑本段 表示方法① 钢号开头的两位数字表示钢的碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，如40Cr、25Cr2MoV A 合金管② 钢中主要合金元素，除个别微合金元素外，一般以百分之几表示当 平均合金含量＜1.5%时，钢号中一般只标出元素符号，而不标明含量，但在特殊情况下易致混淆者，在元素符号后亦可标以数字“1“，例如钢号 “12CrMoV“ 和“12Cr1MoV“ ，前者铬含量为 0.4-0.6%，后者为0.9-1.2%，其余成分全部相同当合金元素平均含量≥1.5% 、≥2.5% 、≥ 3.5%⋯⋯ 时， 在元素符号后面应标明含量，可相应表示为2、 3、 4⋯⋯ 等 例如 18Cr2Ni4W A③钢中的钒V、钛 Ti、铝 AL 、硼 B、稀土 RE 等合金元素，均属微合金元素，虽然含量很低，仍应在钢号中标出例如 20MnVB 钢中。

钒为 0.07-0.12%，硼为 0.001-0.005%④高级优质钢应在钢号最后加“A“ ，以区别于一般优质钢◆圆钢 :每米重量( 公斤)=0.00617 × 直径 × 直径 (注:螺纹钢和圆钢相同) 编辑本段 重量计算◆ 扁钢 :每米重量 (公斤 )=0.00785 × 厚度 × 边宽◆管材 :每米重量 (公斤 )=0.02466 × 壁厚× (外径 -壁厚 ) ◆ 板材 :每米重量 (公斤 )=0.785 ×厚度金属材料在电解质溶液中，通过外施阳极电流使其表面形成氧化膜的一种材料保护技术又称表面阳极氧化金属材料或制品经过表面阳极化处理后，其耐蚀性、 硬度、 耐磨性、绝缘性、 耐热性等均有大幅度提高实施阳极化处理最多的金属材料是铝铝的阳极氧化一般在酸性电解液中进行，以铝为阳极在电解过程中，氧的阴离子与铝作用产生氧化膜这种膜初形成时不够细密，虽有一定电阻， 但电解液中的负氧离子仍能到达铝表面继续形成氧化膜随着膜厚度增大，电阻也变大，从而电解电流变小这时，与电解液接触的外层氧化膜发生化学溶解 当铝表面形成氧化物的速度逐渐与化学溶解的速度平衡时，这一氧化膜便可达到这一电解参数下的最大厚度。

铝的阳极氧化膜外层多孔，容易吸附染料和有色物质，因而可进行染色，提高其装饰性氧化膜再经热水、高温水蒸气或镍盐封闭处理后，还能进一步提高其耐蚀性和耐磨性除铝外， 工业上采用表面阳极化处理的金属还有镁合金、铜和铜合金、锌和锌合金、钢、镉、钽、锆等发黑处理一种常温 发黑 处理工艺，主要由以下工艺步骤完成：1) 清洗； 2) 脱脂：工件必须完全浸入脱脂液中；脱脂液浓度ph 值 12-14 ，处理时间10-30min ，每过 3-5 分钟上下抖动几次，药液浓度低于ph12 时补充脱脂粉；3) 水洗；4) 酸洗：酸洗液浓度ph 值 2-4 ，处理时间5-10min ；5) 水洗； 6) 发黑：池液浓度 ph 值 2.5-3.5，处理时间10-12min ；7) 水洗； 8) 吹干； 9) 上油本发明有益的效果是：1. 发黑安全不用电，用碱性高温发黑需100％用电 2.提高工效：共需1-2 分钟 3. 发黑成本低，设备简单，操作方便；对发黑时间作了严格的控制4. 工艺适应性强：解决了球墨铸铁不能发黑的难题一种轴承套圈倒角及挡边的发蓝防锈处理工艺轴承套圈在热处理后经过除油脱脂，然后在氢氧化钠、亚硝酸钠、硝酸钠和水的混合溶液中进行变色处理，其配比为15∶3- 5∶1∶20；温度120℃ - 135℃；时间15-25分钟；取出套圈用清水冲洗后进行钝化处理，钝化处理用重铬酸钾溶液作为填充液，其浓度为12％-18 ％；在室温下 1-2分钟；经钝化处理并干燥后，放入105℃ - 120℃的机油或防锈油中 1-3分钟，至气泡完全消失后取出，停放10-15 分钟后检验。

本发明生成的氧化物薄膜性能稳定，在常温下可长期保护套圈倒角、挡边处不生锈，轴承的外观质量得到明显改善钢制件的表面发黑处理，也有被称之为发蓝的发黑处理现在常用的方法有传统的碱性加温发黑和出现较晚的常温发黑两种但常温发黑工艺对于低碳钢的效果不太好A3 钢用碱性发黑好一些碱性发黑细分出来，又有一次发黑和两次发黑的区别发黑液的主要成分是氢氧化钠和亚硝酸钠发黑时所需温度的宽容度较大，大概在 135 到 155℃之间都可以得到不错的表面，只是所需时间有些长短而已实际操作中，需要注意的是工件发黑前除锈和除油的质量，以及发黑后的钝化浸油发黑质量的好坏往往因这些工序而变化发黑是金属热处理的一种常用手段，原理是使金属表面产生一层氧化膜，以隔绝空气，达到防锈目的外观要求不高时可以采用发黑处理，钢制件的表面发黑处理，也有被称之为发蓝的发蓝处理是一种化学表面处理, 其主要作用是在工件表面形成一层致密的氧化膜, 防止工件腐蚀上锈,提高工件的耐磨性, 它只是一种表面处理, 不会。