- 机械设计手册：单行本·轴及其连接（第六版）
- 成大先主编
- 932字
- 2020-08-27 16:10:50
1.3 轴的常用材料
（1）轴毛坯的选择
对于光轴或轴段直径变化不大的轴、不太重要的轴，可选用轧材圆棒做轴的毛坯，有条件的可直接用冷拔圆钢；直径大的轴可采用空心轴；对于重要的轴、受载较大的轴、直径变化较大的阶梯轴，一般采用锻坯；对于形状复杂的轴可用铸造毛坯。
（2）根据使用条件选用轴的材质
多数轴既承受转矩又承受弯矩，多处于变应力条件下工作，因此轴的材料应具有较好的强度和韧性，用于滑动轴承时，还要具有较好的耐磨性。
轴的常用材料见表7-1-1。其中优质碳素结构钢使用广泛，45钢最为常用，它调质后具有优良的综合力学性能。不太重要的轴也可用Q235、Q275等普通碳素结构钢。高速、重载的轴、受力较大而要求尺寸小的轴以及有特殊要求的轴，要用合金结构钢，如铬钢、铬镍钢、硅锰钢及硼钢等。合金钢对应力集中的敏感性高，所以采用合金钢的轴的结构形状应尽量减少应力集中源，并要求表面粗糙度值低。在一般工作温度下，若仅为了提高轴的刚度，不宜选用合金钢，因弹性模量和碳素钢相近。
表7-1-1 轴的常用材料及其主要力学性能
注：1.表中所列疲劳极限数值，均按下式计算σ-1≈0.27（σb+σs），τ-1≈0.156（σb+σs）。
2.其他性能，一般可取τs≈（0.55～0.62）σs，σ0≈1.4σ-1，τ0≈1.5τ-1。
3.球墨铸铁σ-1≈0.36σb，τ-1≈0.31σb。
4.表中抗拉强度符号σb在GB/T 228.1—2010中规定为Rm。
对于形状复杂的轴，如汽车、拖拉机的轴类零件可用铸造方法，常用的铸材有球墨铸铁、稀土-镁球墨铸铁等，由于其强度较高、冲击韧度较好，具有减摩、吸振和对应力集中敏感性小、价廉等优点，在机械行业应用日趋增多。
在高温和腐蚀条件下工作的轴，应用耐热钢和不锈钢，常用的如1Cr18Ni9Ti。
（3）用热处理和表面处理工艺提高材料的力学性能
轴类零件的热处理工艺和表面处理工艺详见本手册第1卷第1篇第6章。本章表7-1-2、表7-1-3的内容可供参考。
表7-1-2 轴表面淬火处理的淬硬层深度
表7-1-3 轴的化学热处理方法
冷作硬化是一种机械表面处理工艺，也可以用来改善轴的表面质量，提高疲劳强度，其方法有喷丸和滚压等。喷丸表面产生薄层塑性变形和残余压缩应力，能消除微裂纹和其他加工方法造成的残余应力，多用于热处理或锻压后不需要精加工的表面。滚压使表面产生薄层塑性变形，并大大降低表面粗糙度，硬化表层，也能消除微裂纹，使表面产生残余压缩应力。