軸的常用材料與機械性能

   軸的材料種類很多，選用時主要根據對軸的強度、剛度、耐磨性等要求，以及為實現這些要求而採用的熱處理方式，同時考慮製造工藝問題加以選用，力求經濟合理。
  軸的常用材料是優質碳素鋼35、45、50，最常用的是45和40Cr鋼。對於受載較小或不太重要的鋼，也常用Q235或Q275等普通碳素鋼。對於受力較大，軸的尺寸和重量受到限制，以及有某些特殊要求的軸，可採用合金鋼，常用的有40Cr、40MnB、40CrNi等。
  球墨鑄鐵和一些高強度鑄鐵，由於鑄造性能好，容易鑄成複雜形狀，且減振性能好，應力集中敏感性低，支點位移的影響小，故常用於製造外形複雜的軸。
  特別是我國研製成功的稀土-鎂球墨鑄鐵，衝擊韌性好，同時具有減摩、吸振和對應力集中敏感性小等優點，已用於製造汽車、拖拉機、機床上的重要軸類零件，如曲軸等。
  根據工作條件要求，軸都要整體熱處理，一般是調質，對不重要的軸採用正火處理。對要求高或要求耐磨的軸或軸段要進行表面處理，以及表面強化處理(如噴丸、輻壓等)和化學處理(如滲碳、滲氮、氮化等)，以提高其強度（尤其疲勞強度）和耐磨、耐腐蝕等性能。
  在一般工作溫度下，合金鋼的彈性模量與碳素鋼相近，所以只為了提高軸的剛度而選用合金鋼是不合適的。
  軸一般由軋制圓鋼或鍛件經切削加工製造。軸的直徑較小時，可用圓鋼棒製造；對於重要的，大直徑或階梯直徑變化較大的軸，多採用鍛件。為節約金屬和提高工藝性，直徑大的軸還可以製成空心的，並且帶有焊接的或者鍛造的凸緣。
  對於形狀複雜的軸（如凸輪軸、曲軸）可採用鑄造。

材料牌號	熱處理	毛坯直徑(mm)	硬度HB	抗拉強度 σb≥	屈服強度 σs≥	彎曲疲勞極限σ-1≥	扭轉疲勞極限 τ-1≥	許用彎曲應力			備注
材料牌號	熱處理	毛坯直徑(mm)	硬度HB	抗拉強度 σb≥	屈服強度 σs≥	彎曲疲勞極限σ-1≥	扭轉疲勞極限 τ-1≥	[σ+1]	[σ0]	[σ-1]	備注
Q235-A	-	-	-	440	240	180	105	125	70	40	用於不重要或載荷不大的軸
20	正火	25	≤156	420	250	180	100	125	70	40	用於載荷不大，要求韌性較高的場合。
20	正火回火	≤100 >100～300 >300～500 >500～700	103～156	400 380 370 360	220 200 190 180	165 155 150 145	95 90 85 80	125	70	40	用於載荷不大，要求韌性較高的場合。
35	正火	25	≤87	540	320	230	130	165	75	45	用於有一定強度要求和加工塑性要求的軸。
	正火回火	≤100 >100～300 >300～500 >500～750 >750～1000	149～187 143～187 137～187	520 500 480 460 440	270 260 240 230 220	210 205 190 185 175	120 115 110 105 100	165	75	45
	調質	≤100 >100～300	156～207	560 540	300 280	230 220	130 125	175	85	50
45	正火	25	≤241	610	360	260	150	195	95	55	應用最廣泛。
	正火回火	≤100 >100～300 >300～500 >500～750	170～217 162～217 156～217	600 580 560 540	300 290 280 270	240 235 225 215	140 135 130 125	195	95	55
	調質	≤200	217～255	650	360	270	155	215	100	60
40Cr	調質	25		1000	800	485	280	245	120	70	用於載荷較大，而無很大衝擊的重要軸。
40Cr	調質	≤100 >100～300 >300～500 >500～800	241～286 229～269 217～255	750 700 650 600	550 500 450 350	350 320 295 255	200 185 170 145	245	120	70	用於載荷較大，而無很大衝擊的重要軸。
35SiMn 42SiMn	調質	25		900	750	445	255	245	120	70	性能接近40Cr，用於中小型軸。
35SiMn 42SiMn	調質	≤100 >100～300 >300～400 >400～500	229～286 217～269 217～255 196～255	800 750 700 650	520 450 400 380	355 320 295 275	205 185 170 160	245	120	70	性能接近40Cr，用於中小型軸。
40MnB	調質	25		1000	800	485	280	245	120	70	性能同40Cr，用於重要的軸。
40MnB	調質	≤200	241～286	750	500	335	195	245	120	70	性能同40Cr，用於重要的軸。
40CrNi	調質	25		1000	800	485	280	285	130	75	用於很重要的軸
35CrMo	調質	25		100	850	500	285	245	120	70	性能接近40CrNi，用於重載荷的軸。
35CrMo	調質	≤100 >100～300 >300～500 >500～800	207～269	750 700 650 600	550 500 450 400	350 320 295 270	200 185 170 155	245	120	70	性能接近40CrNi，用於重載荷的軸。
38SiMnMo	調質	≤100 >100～300 >300～500 >500～800	229～286 217～269 196～241 187～241	750 700 650 600	600 550 500 400	360 335 310 270	210 195 175 155	275	120	70	性能接近於35CrMo。
37SiMn2MoV	調質	25		1000	850	495	285	275	120	70	用於高強度、大尺寸和重載荷的軸。
37SiMn2MoV	調質	≤200 >200～400 >400～600	269～302 241～286 241～269	880 830 780	700 650 600	425 395 370	245 230 215	275	120	70	用於高強度、大尺寸和重載荷的軸。
38CrMoAlA	調質	30	229	1000	850	495	285	275	125	75	用於要求耐磨、高強且熱處理變形很小的(氮化)軸
20Cr	滲碳淬火回火	15 ≤60	表面HRC 56～62	850 650	550 400	375 280	215 160	215	100	60	用於要求強度、韌性均較高的軸(如齒輪軸、蝸桿)
20CrMnTi	滲碳淬火回火	15	表面HRC 56～62	1100	850	525	300	365	165	100	用於要求強度、韌性均較高的軸(如齒輪軸、蝸桿)
1Cr13	調質	≤60	187～217	600	420	275	155	275	130	75	用於腐蝕條件下工作的軸。
2Cr13	調質	≤100	197～248	660	450	295	170	275	130	75	用於腐蝕條件下工作的軸。
1Cr18Ni9Ti	淬火	≤60 >60～180 >100～200	≤192	550 540 500	220 200 200	205 195 185	120 115 105	165	75	45	用於在高、低溫及強腐蝕條件下工作的軸。
QT400-15	-	-	156～197	400	300	145	125	100			用於結構、形狀複雜的軸
QT450-10	-	-	170～207	450	330	160	140	110
QT500-7	-	-	187～255	500	380	180	155	125
QT600-3	-	-	197～269	600	420	215	185	150
註：1. 表中所列疲勞極限數據，均按下式計算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. 球墨鑄鐵σ-1≈0.36σb，τ-1≈0.31σb。 4. 許用靜應力[σ+1]=σb/[S]b，許用疲勞應力[σ-1]≈σ-1/[S]-1。 5. 選用[σ-1]時，重要零件取小值，一般零件取大值。

各種發動機曲軸材料及熱處理

用途	材料	預備熱處理		最終熱處理
用途	材料	工藝	硬度（HB）	工藝	層深（mm）	硬度（HB）
轎車、輕型車拖拉機	45 50Mn QT600-3	正火調質正火	170～228 217～277 229～302	感應淬火氮碳共滲：570℃，180min油冷氮碳共滲：560℃，180min油冷	2～4.5 ＞0.5 ≥0.1	55～63 ≥500HV0.1 ＞650HV
載重車及拖拉機	QT600-3 45 45	正火正火調質	220～260 163～196 207～241	感應淬火，自回火感應淬火，自回火感應淬火，自回火	2.9～3.5 3～4.5 ≥3	46～58 55～63 ≥55
重型載重車	45 QT900-2 35CrMo	正火正火+回火調質	280～321 216～269	氮碳共滲感應淬火	0.9～1.2 3～5	≥300HV10 53～58
大馬力柴油機	QT600-3 35CrNi3Mo 35CrMo QT600-3	正火+回火調質+穩定化處理調質正火+回火	240～300	滲氮，490℃，60h 離子滲氮，515℃，40h 滲氮，510℃，120h	≥0.3 ≥0.5 ≥0.7	≥600HV ≥550HV ≥600HV

各種凸輪軸材料及熱處理工藝

用途		材料	預備熱處理		最終熱處理
用途		材料	工藝	硬度（HB）	工藝	層深（mm）	硬度（HB）
小拖拉機轎車吉普		QT600-3 合金鑄鐵 45	正火去應力退火調質	229～302 241～302 187～229	貝氏體等溫淬火貝氏體等溫淬火氮碳共滲感應淬火	0.1～0.15 3.0～6.0	43～50 ＞700HV 頸55～63 齒45～58
載重車拖拉機		45 QT600-3	正火去應力退火	163～197 230～280	感應淬火貝氏體等溫淬火	2.5～5.5	頸55～63 齒45～58 ≥45
重型車		20 QT600-3 50	去應力退火正火	≥170	滲碳、淬火回火貝氏體等溫淬火感應淬火、回火	1.3～1.7 1.5～2.0	58～62 43～51 59～63
大馬力柴油機	船	20CrMnTi	正火	--	滲碳、淬火、回火	1.7～2.2	56～61
	機車	50Mn	退火去應力退火	241～285	感應淬火凸輪軸頸	2～5 1.5～4	58～62 55～62
	機車	45	正火	-	感應淬火、回火	1.3～2.5	50～55

機床主軸材料和熱處理

工作條件	材料	熱處理	硬度	原因	使用實例
1)與滾動軸承配合 2)輕載荷或中等載荷，轉速低 3)精度要求不高 4)稍有衝擊載荷，交變載荷可以忽略不計	45	調質處理	220～250HB	1)調質后，保證主軸具有一定強度 2)精度要求不高	一般機床主軸
1)與滾動軸承配合 2)輕載荷或中等載荷，轉速略高 3)裝配精度要求不太高 4)衝擊和交變載荷可以忽略不計	45	調質后局部整體淬硬	42～47HRC	1)有足夠的強度 2)軸頸及配件裝拆處得到需要的硬度 3)簡化熱處理操作 4)不承受較大衝擊載荷	龍門銑床，立式銑床小型立式車床等的主軸
1)與滾動軸承配合 2)輕載荷或中等載荷，轉速低[PV≤150N·m/(cm2·s)] 3)精度要求不很高 4)衝擊,交變載荷不大	45	正火	170～217HB	1)正火或調質后保證主軸具有一定的強度和韌性 2)軸頸處有滑動摩擦，需要有較高的硬度	C650、C660、C8480等大重型車床主軸
		調質	220～250HB
		軸頸部分表面淬硬	48～53HRC
1)與滾動軸承配合 2)承受中等，轉速較高 3)精度要求較高 4)交變,衝擊載荷較小	40Cr(42MnVB)	淬硬調質后局部淬硬	42～47HRC 或 52～57HRC	1)為保證有足夠的強度，選用40Cr調質 2)軸頸和配件裝拆處得到需要的硬度 3)若無衝擊力，硬度要求取高值	齒輪銑床，組合車床等的主軸
1)與滾動軸承配合 2)承受中等，轉速較高 3)精度要求較高 4)交變,衝擊載荷較小 5)工作中受衝擊載荷	40Cr(42MnVB)	調質	220～250HB	1)調質後主軸有較高的強度和韌性 2)軸頸處得到需要的硬度	銑床，龍門銑床，車床等的主軸
1)與滾動軸承配合 2)承受中等，轉速較高 3)精度要求較高 4)交變,衝擊載荷較小 5)工作中受衝擊載荷	40Cr(42MnVB)	軸頸部分表面淬硬	48～53HRC	1)調質後主軸有較高的強度和韌性 2)軸頸處得到需要的硬度	銑床，龍門銑床，車床等的主軸
1)與滑動軸承配合 2)承受中等載荷，轉速較高[PV＜400N·m/(cm2·s)] 3)承受較高的交變和衝擊載荷 4)精度要求較高	40Cr(42MnVB)	調質處理	220～250HB 或 250～280HB	1)調質後主軸有較高的強度和韌性 2)為獲得良好的耐磨性選擇表面淬硬 3)配件裝拆部分有一定硬度	車床主軸或磨床砂輪主軸(φ80mm以下)
		軸頸部分表面淬火	52～57HRC
		裝拆配件處表面淬硬	48～53HRC
1)與滑動軸承配合 2)承受中等載荷，轉速較[PV＜400N·m/(cm2·s)]提高 3)承受較高的交變和衝擊載荷 4)精度要求更高	40Cr(42CrMn)	調質處理	表面硬度 56～61HRC	1)調質後主軸有較高的強度和韌性 2)為獲得良好的耐磨性選擇表面淬硬 3)配件裝拆部分有一定硬度	磨床砂輪主軸
		軸頸部分表面淬火
		裝拆配件處表面淬硬
1)與滑動軸承配合 2)承受中等載荷或重載荷[PV＜400N·m/(cm2·s)] 3)要求軸頸有更高的耐磨性 4)精度要求較高 5)承受較高的交變，但衝擊載荷較小	65Mn	調質	250～280HB	1)調質後有較高的強度 2)表面淬硬后提高耐疲勞性能 3)獲得較高的硬度，提高耐磨性 4)表面馬氏體易粗大，衝擊值低	磨床砂輪主軸
		軸頸部分表面淬硬	≥59HRC
		裝拆配件處表面淬硬	50～55HRC
1)與滑動軸承配合 2)承受中等載荷或重載荷[PV＜400N·m/(cm2·s)] 3)要求軸頸有更高的耐磨性 4)精度要求較高 5)承受較高的交變，但衝擊載荷較小 6)表面硬度和顯微組織要求更高	GCr15 9Mn2V	調質	250～280HB ≥59HRC	1)獲得高的表面硬度和良好的耐磨性能 2)超精磨性好，粗糙度易降低	較高精度的磨床主軸
		軸頸部分表面淬硬
		裝拆配件處表面淬硬
1)與滑動軸承配合 2)受重載荷，轉速很高 3)精度要求極高，軸隙≤0.003mm 4)受很高的疲勞應力和衝擊載荷	38CrMoAlA	正火或調質	250～280HB	1)有很高的心部強度 2)達到很高的表面硬度，不易磨損保持精度穩定 3)優良的耐疲勞性能 4)畸變數小	高精度磨床主軸，鏜床主軸、坐標鏜床等的主軸
1)與滑動軸承配合 2)受重載荷，轉速很高 3)精度要求極高，軸隙≤0.003mm 4)受很高的疲勞應力和衝擊載荷	38CrMoAlA	滲氮	≥900HV	1)有很高的心部強度 2)達到很高的表面硬度，不易磨損保持精度穩定 3)優良的耐疲勞性能 4)畸變數小	高精度磨床主軸，鏜床主軸、坐標鏜床等的主軸
1)與滾動或滑動軸承配合，轉速較低 2)受輕載荷或中等載荷	50Mn2	正火	192～241HB	對於大直徑主軸，當熱處理設備或技術有困難時，可用此材料	重型機床主軸
1)與滑動軸承配合 2)受中等載荷心部強度不高，但轉速很高 3)精度要求不太高 4)不大的衝擊壓力和較高的疲勞應力	20Cr 20MnVB 20Mn2B	滲碳后淬硬	表面硬度 56～63HRC	1)心部強度不高，受力易扭曲畸變 2)表面硬度高，適用於高速低載荷主軸	高精度精密車床，內圓磨床等的主軸
1)與滑動軸承配合 2)重載荷，高速運轉 3)高的衝擊力 4)很高的交變載荷	20CrMnTi 12CrNi3	滲碳后淬硬	表面硬度 56～63HRC	1)很高的表面硬度衝擊韌性和心部強度 2)熱處理畸變比20Cr小	轉塔車床、齒輪磨床、精密絲桿車床、重型齒輪銑床等的主軸

半軸常用材料及技術要求

產品	鋼號	預處理	整體調質		感應淬火		滲碳淬火
產品	鋼號	預處理	桿部(HRC)	法蘭(HRC)	層深(mm)	硬度(HRC)	層深(mm)	硬度(HRC)
轎車和吉普	40Cr	正火	28～32	28～32	4～6	50～55	-	-
	40MnB	正火	41～47	-	-	-	-	-
	20CrMnTi	正火	-	-	-	-	1.5～1.8	58～63
	42CrMo	正火	37～41	22～32	1～2	50～55	-	-
載重車	40Cr	正火	-	-	3～6	49～62	-	-
	12Cr2Ni4A	正火	-	-	-	-	1.2～1.6	58～63
	40MnB	正火187～241HB	-	-	4～7	52～58	- -	- -
	40MnB	調質229～269HB	-	-	4～7	52～63	- -	- -
重型車	40CrMnMo	退火≤255HB	37～44	-	-	-	- - -
	40Cr	正火	-	-	7～10	50～55
	40CrNi	退火	-	-	8～10	53～60