资源4-3 汽车轴类零件的选材
轴是汽车上的最重要零件之一，主要用于支承传动零件（如齿轮、凸轮等）、传递运动和动力。根据轴类零件的工作条件和失效形式，对其材料有以下性能要求：
1）良好的综合力学性能，足够的强度、硬度、塑性和一定的韧性，以防止过载断裂和冲击断裂。
3）足够的淬透性，热处理后表面要有高硬度、高耐磨性，以防磨损失效。
4）良好的切削加工性能，价格便宜。
轴类零件的选材既要考虑材料的强度，也要考虑冲击韧性和表面耐磨性。因此，轴一般用锻造或轧制的低、中碳钢或合金钢制造。
由于碳钢比合金钢便宜，并且有一定的综合力学性能，对应力集中敏感性小，所以一般轴类零件使用较多。常用的优质碳素结构钢有35、40、45、50钢等，其中45钢最常用。为改善其性能，这类钢一般要经过正火、调质或表面淬火热处理。
合金钢比碳钢具有更好的力学性能和热处理工艺性，但对应力集中敏感性较高，价格也较高，所以当载荷较大并要求限制轴的外形、尺寸和重量，或轴颈的耐磨性要求较高时，可采用合金钢。常用的合金钢有20Cr、40Cr、40CrNi、20CrMnTi、40MnB等。常用合金钢也必须采用相应的热处理才能充分发挥其作用。
除了上述碳钢和合金钢外，还可以采用球墨铸铁和高强度灰铸铁作为轴的材料，特别是曲轴的材料选用。
图4-71 汽车发动机曲轴
4.4.2.1 汽车发动机曲轴的选材(www.xing528.com)
曲轴是汽车发动机中形状复杂的重要零件之一，如图4-71所示。汽车发动机曲轴的作用是输出动力，并带动其他部件运动。曲轴在工作中受到弯曲、扭转、剪切、拉压、冲击及交变应力作用。曲轴的形状极不规则，其上的应力分布极不均匀，曲轴颈与轴承还发生滑动摩擦。曲轴的主要失效形式有疲劳断裂和轴颈严重磨损两种。根据曲轴的工作条件和失效形式，要求曲轴应具备以下性能：
1）高的强度和一定的冲击韧性。
2）足够的抗弯、扭转和疲劳强度。
3）足够的刚度。
4）轴颈表面有高的硬度和耐磨性。
实际生产中，按照制造工艺，将汽车发动机曲轴分为锻造曲轴和铸造曲轴。锻造曲轴一般采用优质中碳钢和中碳合金钢制造，如30、35、35Mn2、40Cr、35CrMo等，经模锻、调质、切削加工后对轴颈部进行表面淬火。铸造曲轴主要由铸钢、球墨铸铁、珠光体可锻铸铁及合金铸铁等制造，如ZG230-450、QT600-3、KTZ450-5、KTZ500-4等。铸钢曲轴经铸造、高温正火、高温回火、切削加工后对轴颈进行气体渗碳、淬火和回火处理。
4.4.2.2 汽车半轴的选材
汽车半轴是驱动车轮转动的直接驱动零件，也是汽车后桥中的重要受力部件，如图4-72所示。汽车运行时，发动机输出的扭矩经过变速器、差速器和减速器传给半轴，再由半轴传给车轮，带动汽车行驶。半轴在工作时主要承受扭转力矩、交变弯曲及一定的冲击载荷。在通常情况下，半轴的寿命主要取决于花键齿的抗压陷和耐磨损的性能，但断裂现象也不时发生。载重汽车半轴最容易损坏的部位在轴的杆部和凸缘的连接处、花键端以及花键与杆部相连的部位。这些部位发生损坏时，一般为疲劳断裂。
图4-72 汽车半轴
根据半轴的工作条件，要求半轴材料具有高的抗弯强度、疲劳强度和较好的韧性。汽车半轴是要求综合力学性能较高的零件，通常选用调质钢制造。中、小型汽车的半轴一般用45钢、40Cr制造；而重型汽车则用40MnB、40CrNi或40CrMnMo等淬透性较高的合金钢制造。半轴加工中常采用喷丸处理及滚压凸缘根部圆角等强化方法。为提高半轴的疲劳强度，使其获得良好的综合力学性能，采用调质处理，其高温回火工序采用快冷，防止出现回火脆性。花键部位为提高硬度和耐磨性，需要进行表面淬火和低温回火。
汽车半轴常用材料、技术要求及热处理工艺见表4-27。
表4-27 汽车半轴常用材料、技术要求及热处理工艺
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