机械零件的选材及热处理
工艺
引言
在机械零件的设计与制造过程中，如何合
理地选择和使用金属材料是一项十分重要
的工作。因为设计时不仅要考虑材料的性
能能够适应零件的工作条件，使零件经久
耐用，而且还要求材料具有较好的加工工
艺性能和经济性，以便提高零件的生产率,
降低成本，减少消耗等。
机械零件的选材及热处理工艺
一、选材的一般原则
二、热处理技术条件的标注
三、热处理与切削加工性的关系
四、典型零件选材及热处理工艺分析
一、选材的一般原则
1．材料的机械性能,
2,材料的工艺性能,
3,材料的经济性
1．材料的机械性能
在设计零件并进行选材时，应根据零件的工作条件
和损坏形式找出所选材料主要机械性能指标，查手册找
出适合其性能要求的材料，这是保证零件经久耐用的先
决条件。
如：一些轴类零件，工作条件（受力情况）是交变
弯曲应力，扭转应力，冲击负荷、磨损。主要损坏形式
是疲劳破析、过度磨损，要求的主要机械性能指标是屈
服强度。
因此，这些机械性能指标经常成为材料选用的主要
依据。而且同时还应考虑到短时过载、润滑浪、材料内
部缺陷等因素的影响。
2,材料的工艺性能
铸造性能：包括流动性、收缩、偏析、吸气性等。
锻造性能：包括可锻性（塑性与变形抗力的综合）、抗
氧化性、冷镦性、锻后冷却要求等。
机械加工性：包括光洁度，切削加工性等。
焊接性能：包括形成冷裂或热裂的倾向、形成气孔的倾
向等。
热处理工艺性：包括淬透性、变形开裂倾向、过热敏感
性、回火脆性倾向、氧化脱碳倾向。
3,材料的经济性
在满足使用性能的前提下，选用零件材料时还应注意降
低零件的总成本。（零件的总成本包括材料本身的价格
和与生产有关的其它一切费用）。
在金属材料中，碳钢和铸铸铁的价格是比较低廉的，因
此在满足零件机械性能的前提下选用碳钢的铸铁（尤其
是球墨铸铁），不仅具有较好的加工工艺性能，而且可
降低成本。
二、热处理技术条件的标注
设计者应根据零件的工作特性，提出热处理技术条件
热处理零件一般在图纸上都以硬度作为热处理技术条件,
对于渗碳的零件则还应标注渗碳深度。某些要求性能较
高的零件则还需标注其它机械性能指标。
此外，在标注硬度的同时要写出相应的热处理工艺名称,
如调质、淬火回火、高频淬火等，在标注硬度范围时,
其波动范围为 HRC在 5个单位左右,HB在 20～ 40个单位左
右。
采用不同热处理方法时，图纸上的标注方法不同。
三、热处理与切削加工性的关系
材料的切削加工性的好坏，经常用材料被切削的难易程
度、材料被切削后的表面光洁度以及刀具寿命等几方面
情况来衡量。
实践证明，在切削加工时，为了不致发生, 粘刀, 现象
和使
刀具严重磨损，通过金相组织控制钢的硬度范围是必要
的，为了使钢具有良好的切削加工性，一般希望硬度控
制在 HB170~230，调低状态的中碳钢为了改善表面光洁度
可将硬度提高到 ≥ HB250，但将使普通刀具受到严重磨损。
四、典型零件选材及热处理工艺分析
1.轴的工作条件失效方式及对性能的要求
2,轴的选材及热处理
1.轴的工作条件失效方式及对性
能的要求
以轴类零件为例,
1.轴的工作条件失效方式及对性能的要求,
轴主要是起支承传动零件并传递扭矩，工作条件① 承受
高变扭转载荷、高变弯曲载荷或拉一压载荷；② 局部
（轴颈、花键等处）承受磨擦和磨损； ③ 特殊条件下
受温度或介质作用。
轴的主要失效方式是疲劳断裂和转颈处磨损，有时也发
生冲击过载断裂，个别情况下发生塑性变形或腐蚀失效。
C620车床主轴简图
轴的失效方式
转轴弯曲疲劳断口形貌 直升飞机螺旋桨驱动齿轮轴扭断
轴的失效方式
轴颈被埋嵌在轴承中的硬粒子磨损
机械零件的选材及热处理工艺
性能要求,
① 高的疲劳强度，防止疲劳断裂；
② 优良的综合机械性能，即较高的屈服强度的抗拉强度，
较高的韧性，防止塑性变形及过载或冲击载荷下的扭
转和折断；
③ 局部承受磨擦的部位具有高硬度和耐磨性，防止磨损；
④ 在特殊条件下工作的转的材料应具有特殊性能，如蠕
变抗力，耐腐蚀性等。
2,轴的选材及热处理
（ 1）机床主轴
工艺路线,
下料 → 锻造 → 正火 → 粗加工 → 调质 → 精加工 → 局部表面淬
火 +低温回火 → 精磨 → 成品
正火处理可细化组织，调整硬度，改善切削加工性；调质
处理可获得高的综合机械性能和疲劳强度；局部表面淬
火及低温回火可获得局部高硬度和耐磨性。
对于某些机床主轴如铣床主轴，也可用球墨铸铁代替
45钢来制造。对于要求高精度、高尺寸稳定性及耐磨性的
主轴的镗床主轴，往往用 38CrMoAlA钢制造，径调质处理
后再进行氮化处理。
轴类零件需用的材料有普通碳素钢、优质碳素钢、合金结
构钢和球墨铸铁等。
2,轴的选材及热处理
碳素钢通常是用含碳量 0.35～ 0.50%的中碳钢，常用的
是 35,40和 45号钢，不重要的或受力小的轴也可用 A3、
A4和 A5钢，对于高转速，重负荷要求耐磨，耐冲击及耐
疲劳的轴，应选用 40Cr,45Mn或 35SiMn,38CrMoAlA等
合金钢，这类钢经适当的热处理可以改善其机械性能，
承受能力高及耐磨性强，高强度的球墨铸块可以用来
制造压缩机曲轴和水泵轴等。
齿轮的失效形式
齿轮的失效形式
齿面磨损
齿轮的失效形式
齿轮的失效形式
工艺
引言
在机械零件的设计与制造过程中，如何合
理地选择和使用金属材料是一项十分重要
的工作。因为设计时不仅要考虑材料的性
能能够适应零件的工作条件，使零件经久
耐用，而且还要求材料具有较好的加工工
艺性能和经济性，以便提高零件的生产率,
降低成本，减少消耗等。
机械零件的选材及热处理工艺
一、选材的一般原则
二、热处理技术条件的标注
三、热处理与切削加工性的关系
四、典型零件选材及热处理工艺分析
一、选材的一般原则
1．材料的机械性能,
2,材料的工艺性能,
3,材料的经济性
1．材料的机械性能
在设计零件并进行选材时，应根据零件的工作条件
和损坏形式找出所选材料主要机械性能指标，查手册找
出适合其性能要求的材料，这是保证零件经久耐用的先
决条件。
如：一些轴类零件，工作条件（受力情况）是交变
弯曲应力，扭转应力，冲击负荷、磨损。主要损坏形式
是疲劳破析、过度磨损，要求的主要机械性能指标是屈
服强度。
因此，这些机械性能指标经常成为材料选用的主要
依据。而且同时还应考虑到短时过载、润滑浪、材料内
部缺陷等因素的影响。
2,材料的工艺性能
铸造性能：包括流动性、收缩、偏析、吸气性等。
锻造性能：包括可锻性（塑性与变形抗力的综合）、抗
氧化性、冷镦性、锻后冷却要求等。
机械加工性：包括光洁度，切削加工性等。
焊接性能：包括形成冷裂或热裂的倾向、形成气孔的倾
向等。
热处理工艺性：包括淬透性、变形开裂倾向、过热敏感
性、回火脆性倾向、氧化脱碳倾向。
3,材料的经济性
在满足使用性能的前提下，选用零件材料时还应注意降
低零件的总成本。（零件的总成本包括材料本身的价格
和与生产有关的其它一切费用）。
在金属材料中，碳钢和铸铸铁的价格是比较低廉的，因
此在满足零件机械性能的前提下选用碳钢的铸铁（尤其
是球墨铸铁），不仅具有较好的加工工艺性能，而且可
降低成本。
二、热处理技术条件的标注
设计者应根据零件的工作特性，提出热处理技术条件
热处理零件一般在图纸上都以硬度作为热处理技术条件,
对于渗碳的零件则还应标注渗碳深度。某些要求性能较
高的零件则还需标注其它机械性能指标。
此外，在标注硬度的同时要写出相应的热处理工艺名称,
如调质、淬火回火、高频淬火等，在标注硬度范围时,
其波动范围为 HRC在 5个单位左右,HB在 20～ 40个单位左
右。
采用不同热处理方法时，图纸上的标注方法不同。
三、热处理与切削加工性的关系
材料的切削加工性的好坏，经常用材料被切削的难易程
度、材料被切削后的表面光洁度以及刀具寿命等几方面
情况来衡量。
实践证明，在切削加工时，为了不致发生, 粘刀, 现象
和使
刀具严重磨损，通过金相组织控制钢的硬度范围是必要
的，为了使钢具有良好的切削加工性，一般希望硬度控
制在 HB170~230，调低状态的中碳钢为了改善表面光洁度
可将硬度提高到 ≥ HB250，但将使普通刀具受到严重磨损。
四、典型零件选材及热处理工艺分析
1.轴的工作条件失效方式及对性能的要求
2,轴的选材及热处理
1.轴的工作条件失效方式及对性
能的要求
以轴类零件为例,
1.轴的工作条件失效方式及对性能的要求,
轴主要是起支承传动零件并传递扭矩，工作条件① 承受
高变扭转载荷、高变弯曲载荷或拉一压载荷；② 局部
（轴颈、花键等处）承受磨擦和磨损； ③ 特殊条件下
受温度或介质作用。
轴的主要失效方式是疲劳断裂和转颈处磨损，有时也发
生冲击过载断裂，个别情况下发生塑性变形或腐蚀失效。
C620车床主轴简图
轴的失效方式
转轴弯曲疲劳断口形貌 直升飞机螺旋桨驱动齿轮轴扭断
轴的失效方式
轴颈被埋嵌在轴承中的硬粒子磨损
机械零件的选材及热处理工艺
性能要求,
① 高的疲劳强度，防止疲劳断裂；
② 优良的综合机械性能，即较高的屈服强度的抗拉强度，
较高的韧性，防止塑性变形及过载或冲击载荷下的扭
转和折断；
③ 局部承受磨擦的部位具有高硬度和耐磨性，防止磨损；
④ 在特殊条件下工作的转的材料应具有特殊性能，如蠕
变抗力，耐腐蚀性等。
2,轴的选材及热处理
（ 1）机床主轴
工艺路线,
下料 → 锻造 → 正火 → 粗加工 → 调质 → 精加工 → 局部表面淬
火 +低温回火 → 精磨 → 成品
正火处理可细化组织，调整硬度，改善切削加工性；调质
处理可获得高的综合机械性能和疲劳强度；局部表面淬
火及低温回火可获得局部高硬度和耐磨性。
对于某些机床主轴如铣床主轴，也可用球墨铸铁代替
45钢来制造。对于要求高精度、高尺寸稳定性及耐磨性的
主轴的镗床主轴，往往用 38CrMoAlA钢制造，径调质处理
后再进行氮化处理。
轴类零件需用的材料有普通碳素钢、优质碳素钢、合金结
构钢和球墨铸铁等。
2,轴的选材及热处理
碳素钢通常是用含碳量 0.35～ 0.50%的中碳钢，常用的
是 35,40和 45号钢，不重要的或受力小的轴也可用 A3、
A4和 A5钢，对于高转速，重负荷要求耐磨，耐冲击及耐
疲劳的轴，应选用 40Cr,45Mn或 35SiMn,38CrMoAlA等
合金钢，这类钢经适当的热处理可以改善其机械性能，
承受能力高及耐磨性强，高强度的球墨铸块可以用来
制造压缩机曲轴和水泵轴等。
齿轮的失效形式
齿轮的失效形式
齿面磨损
齿轮的失效形式
齿轮的失效形式
