2021年零件选材及其热处理基础工艺.doc

零件选材及其热处理工艺
一、机床主轴
1、工作条件及失效形式
主轴是机床主轴部件关键零件之一，关键起支承传动件和传输转矩作用，其工作条件为：
（1）承受交变载荷、交变弯曲载荷或拉—压载荷。
（2）局部（轴颈、花键等处）承受摩擦和磨损。
（3）特殊条件下受高温或介质作用。
主轴失效形式关键是疲惫断裂和轴颈处磨损，有时也发生冲击过载断裂，部分情况下发生塑性变形或腐蚀失效。
2、性能要求：
（1）因为机床主运动由其提供，主轴工作时运动精度对工件加工质量将产生直接影响，所以必需确保主轴工作时含有很高运动精度。
（2）高疲惫强度，以防轴疲惫断裂。
（3）优良综协力学性能，即较高屈服强度和抗拉强度、较高韧性，以防塑性变形及过载或冲击载荷作用下折断和扭断。
（4）局部承受摩擦部位含有高硬度和耐磨性，以防磨损失效。
（5）在特殊条件下工作时应含有特殊性能，如蠕变抗力、耐腐蚀性等。
3、主轴选材和热处理
不一样工作要求机床主轴，其性能要求是不一样，加工工艺也是有差异，所以选择材料及对应热处理工艺也会不一样．
一般机床主轴选材和热处理工艺
一般机床往往用于通常精度要求工件加工．机床主轴通常采取滚动轴承支承，直接影响主轴回转工作精度轴颈没有直接运动磨损．所以，针对主轴工作时承受交变载荷受力特征，通常选择综合机械性能很好材料．同时，作为提供机床主运动基准件，主轴几何质量好坏直接影响机床主运动精度，
所以通常对一般机床主轴关键表面几何质量提出下列要求⋯：
1) 轴颈直径精度为IT6，圆度、圆柱度应限制在直径公差之内；
2) 配合轴颈(装配传动件轴颈)相对支承轴颈(装配轴承轴颈)径向圆跳动为0．01～0．03 mm，～；
3) 支承轴颈表面粗糙度为Ra0．63～0．16µm，—µm．
从几何精度要求和经济性两方面考虑，主轴加工通常采取车削基础上磨削工艺来实现，可见，主轴用材必需同时含有良好车削工艺性和磨削工艺性．

依据主轴工作环境和工作要求，一般机床主轴材料通常选择下列3类：
1) 中碳结构钢：常见牌号45，50，55结构钢；
2) 中碳合金钢：常见牌号40Cr，50Cr合金钢；
3) 锰钢：常见牌号65Mn合金钢．

通常首先采取整体表面淬火或整体调质后主轴头部内外锥、主轴颈及花键表面淬火，然后进行低温回火常规热处理工艺依据需要，硬度通常可控制在42—47HRC，45—50HRC或48—53HRC等3种状态．
在工程实际中，有时为得到很好耐磨性，应提升表面硬度，通常选择含碳量较高50。，55，50Cr，65Mn等结构钢，其淬火后低温回火硬度可达52—57HRC。

在精密机床上加工工件精度要求很高，所以精密机床主轴工作精度要求就更高．为提升机床使用效率和降低使用成本，同时要求主轴工作精度含有持久保持性，所以，在进行主轴支承设计时，常采取定心精度很高动压、静压或动静压滑动轴承支承．从理论上分析，静压轴承支承时主轴颈和轴瓦是不接触，动压轴承支承时主轴颈仅在开启阶段和轴瓦接触，所以其支承方法极有利于主轴回转精度持久保持．但在实际运行时，因受运动副几何精度、不平衡力、热变形、冲击载荷、振动等动、静态原因影响，轴颈支承油楔刚性并非很稳定，主轴回转中心漂移运动一直存在，主轴颈和支承轴瓦直磨损并不能完全避免．为此，必需经过合理选材及热处理来确保主轴颈耐磨性和几何精度稳定性．

依据主轴使用要求和工作环境，精密机床主轴材料通常选择下列4类：
1) 合金渗氮钢：常见牌号38CrMoAIA；
2) 合金工具钢：常见牌号9Mn2V；
3) 滚动轴承钢：常见牌号GCrl5；
4) 合金渗碳钢：常见牌号20Cr，20CrMnTi．

1) 38CrMoAlA．热处理工艺：退火一调质一高温除应力一渗氮。
退火：完全退火，消除铸造应力，在切削加工前进行；
调质：930℃*3 h油或水冷，650℃*5～6 h高温回火，HB265～295，金相检验离表面10mm处铁素体量小于5％，在外圆精车前进行；
高温除应力：630℃*5 h炉冷，350℃出炉风冷，消除切削加工引发残余应力，在粗磨外圆后进行；
渗氮：500℃～520℃*5 h+550℃～560℃*25 h二段氮化，氮化层深度大于0．45 mm，硬度大于950HV，脆化小于2级，在外圆精磨前进行．
2) 9Mn2V．热处理工艺：球化退火一调质一中频淬火一人工时效．
球化退火：760 ℃*4 h或690℃*6 h，～5级，网络1～3级，在切削加工前