金属材料及热处理设计之

金属学及热处理

课程设计之汽车半轴

学院：化工装备学院 班级：09材料

姓名：程立阳 学号：220090204

日期：2011年11月18日

一、题目：

汽车半轴是传递扭矩的典型轴件，工作应力较大，且受一定的冲击载荷，其结够和主要尺寸如图1－1所示。对它的性能要求是：屈服强度σS＞600MPa ，疲劳强度σ-1＞300MPa，硬度30－50HRC,冲击吸收功AK＝45～47J。是选择合适的材料，指定加工工艺路线，说明每步热处理的目的，工艺规范及组织，并做出热处理工艺卡。

二、材料选择

汽车半轴主要作用为支撑传动零件及传递动力，在机床、汽车、拖拉机等制造工业中，轴占有相当重要的地位，也是影响机械设备精度和寿命的关键零件。轴按负荷可分为转轴、心轴、传动轴等，在工作是受多种应力作用，大部分轴受交变应力及一定的冲击作用。因此从选材角度看，材料应具有较高的综合力学性能，局部承受摩擦的部位要求具有一定的硬度，以提高其抗磨损能力。轴类零件的选材还根据其应力状态和负荷种类考虑材料的淬透性和抗疲劳性能。轴类零件的选材依据是轴的尺寸，载荷的性质、大小及转速高低以及有无冲击等。各种轴选材分类如下：

主要承受弯曲和扭转的轴常选30钢、45钢、40Cr钢、40CrB钢等。同时承受弯曲、扭转、拉、压应力的轴常选30CrMnSi、40MnB钢、40CrNiMo钢等合金钢。对于承受载荷较小或不太重的轴常选Q235或Q275等普通非合金刚。对于重载、高精度或恶劣条件下工作的轴常选40Cr、40CrNiMo、40MnB、30CrMnSi、35CrMo、20Cr、20CrMnTi、38CrMoAl、9Mn2V、GCr15等。 成分特点分析如下： Cr、Ni、Mn、Si:提高淬透性 Cr、Ni、Mn、Si:提高回火稳定性 Mo、W：防止第二类回火脆性 W、Mo、V:产生二次硬化 W、Mo、V:防止奥氏体晶粒长大

根据汽车半轴主要承受弯曲和扭转以及各成分特点选用40CrNiMo。

三：加工工艺路线

下材→锻造→较直→ 正火→ 机械加工→ 调质→ 盘部钻孔→ 磨花键→ 表面感应淬火、回火→ 较直

工艺路线中各步骤目的： 1、材料下料

2、锻造加工〃：将原材料状态的钢坯锻成近半轴形状。 3、较直：保证汽车半轴的垂直度。

4、正火：正火是将钢加热到Ac3(亚共析钢)或Accm(过共析钢)以上30～ 50度，保温一段时间，然后在空气中或强制流动的空气中冷却到室温的热处理方法。可以改善切削加工性能，消除魏氏组织和带状组织并获得均匀细小组织。 5、机械加工。

6、调质：调制处理是使半轴具有高的综合力学性能。根据杆部要求硬度37～ 44HRC，淬火后的回火温度选用（420±10）摄氏度。回火后在水中冷却，一防止产生回火脆性，同时水冷有利于增加半轴表面的压应力，提高其疲劳强度。 7、盘部钻孔。 8磨花键。

9、表面淬火、回火：完成半产品的加工制造，使半轴表面具有较高的硬度，并增加耐磨性能。 10、较直：保证汽车半轴的垂直度。

四、结论：

选择40CrNiMo钢，加工工艺路线如下：

下材→锻造→较直→ 正火→ 机械加工→ 调质→ 盘部钻孔→ 磨花键→ 表面感应淬火、回火→ 较直

五、难点解答

（1）根据技术要求怎么解决一个工件两种硬度的要求？ 首先是杆件和花键部分县淬入10％的NaCl水溶液中，水温加热到50摄氏度左右，待杆件和花键部分在热NaCl水溶液中冷却到本体降到600摄氏度左右时，立即由溶液中提出，再将工件投入油中冷却，油温为60-80摄氏度。这样操作是底部外圆先不冷却，待盘部外圆在空气中降温，杆部和花键部分在冷却介质中降温。待盘部外圆降至750摄氏度左右，将工件整体投入油中冷却，这样，解决一个工件要求两种硬度的要求。

常用材料Cr的机械性能 材料 毛坯直硬度 HB 抗拉屈强度 服σ≥ b 弯曲疲扭转疲劳许用弯曲应备力 σ+1 牌号 热径 注 σ0 σ-1 处(mm) 理 强度 劳σs强极≥ 度 限 σT-1-1≥ ≥ 25 ≤100 ≤ 1000 800 485 280 245 120 70 40Cr 调750 550 350 200 质 100-300 288-342 770 500 320 185 245 120 70 ≤ 352-378 650 450 295 170 300-500 380-440 660 350 255 145 ≤500-800

几种国产汽车半轴的选材、技术条件及热处理列于下表 车型 上海 SH130 载重量 T/功率M 2/75 40Cr 锻件： 调质HB 淬火850±10℃油冷 回火选用材料 技术条件 热处理工艺 388-440 320-360℃ 前进 NJ130 2/70 40Cr 锻件： 淬火840-860℃ 油冷 回火450调质 HB341-415 ±10℃水冷 解放 CA105 4/95 40Cr 40MoB 调质： 毛坯正火860± HRC37-44 10℃空冷调质：860±10℃油浸 黄河 JN150 8/160 调质 840±10℃油冷 40CrMnMo HRC37-44 回火480±10℃空冷

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