40cr合金鋼概述
40Cr是我國我國GB的標(biāo)準(zhǔn)鋼號，40Cr鋼是機械制造業(yè)使用廣泛的鋼之一。調(diào)質(zhì)處理后具有良好的綜合力學(xué)性能，良好的低溫沖擊韌性和低的缺口敏感性。鋼的淬透性良好，水淬時可淬透到Ф28～60mm,油淬時可淬透到Ф15～40mm。這種鋼除調(diào)質(zhì)處理外還適于氰化和高頻淬火處理。切削性能較好，當(dāng)硬度為HB174～229時，相對切削加工性為60%。該鋼適于制作中型塑料模具。
40cr調(diào)質(zhì)鋼交貨狀態(tài)及硬度
交貨狀態(tài)：退火態(tài)，硬度≤207HBS。
40cr鋼材特性
中碳調(diào)制鋼，冷鐓模具鋼。該鋼價格適中，加工容易，經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚硪院罂色@得一定的韌性、塑性和耐磨性。正火可促進組織球化，改進硬度小于160HBS毛坯的切削性能。在溫度550~570℃進行回火，該鋼具有佳的綜合力學(xué)性能。該鋼的淬透性高于45鋼，適合于高頻淬火，火焰淬火等表面硬化處理等。
40cr合金鋼用途
這種鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)后用于制造承受中等負(fù)荷及中等速度工作的機械零件，如汽車的轉(zhuǎn)向節(jié)、后半軸以及機床上的齒輪、軸、蝸桿、花鍵軸、頂尖套等；經(jīng)淬火及中溫回火后用于制造承受高負(fù)荷、沖擊及中等速度工作的零件，如齒輪、主軸、油泵轉(zhuǎn)子、滑塊、套環(huán)等；經(jīng)淬火及低溫回火后用于制造承受重負(fù)荷、低沖擊及具有耐磨性、截面上實體厚度在25mm以下的零件，如蝸桿、主軸、軸、套環(huán)等；經(jīng)調(diào)質(zhì)并高頻表面淬火后用于制造具有高的表面硬度及耐磨性而無很大沖擊的零件，如齒輪、套筒、軸、主軸、曲軸、心軸、銷子、連桿、 螺釘、螺帽、進氣閥等。此外，這種鋼又適于制造進行碳氮共滲處理的各種傳動零件，如直徑較大和低溫韌性好的齒輪和軸。
40cr軸類零件
軸類零件是機器中經(jīng)常遇到的典型零件之一。它主要用來支承傳動零 部件，傳遞扭矩和承受載荷。軸類零件是旋轉(zhuǎn)體零件，其長度大于直徑，一般由同心軸的外圓柱面、圓錐面、內(nèi)孔和螺紋及相應(yīng)的端面所組成。根據(jù)結(jié)構(gòu)形狀的不同，軸類零件可分為光軸、階梯軸、空心軸和曲軸等。
軸的長徑比小于5的稱為短軸，大于20的稱為細(xì)長軸，大多數(shù)軸介于兩者之間。
軸用軸承支承，與軸承配合的軸段稱為軸頸。軸頸是軸的裝配基準(zhǔn)，它們的精度和表面質(zhì)量一般要求較高，其技術(shù)要求一般根據(jù)軸的主要功用和工作條件制定，通常有以下幾項：
(一)尺寸精度 起支承作用的軸頸為了確定軸的位置，通常對其尺寸精度要求較高（IT5～IT7）。裝配傳動件的軸頸尺寸精度一般要求較低（IT6～IT9）。
(二)幾何形狀精度 軸類零件的幾何形狀精度主要是指軸頸、外錐面、莫氏錐孔等的圓度、圓柱度等，一般應(yīng)將其公差限制在尺寸公差范圍內(nèi)。對精度要求較高的內(nèi)外圓表面，應(yīng)在圖紙上標(biāo)注其允許偏差。
(三)相互位置精度 軸類零件的位置精度要求主要是由軸在機械中的位置和功用決定的。通常應(yīng)保證裝配傳動件的軸頸對支承軸頸的同軸度要求，否則會影響傳動件（齒輪等）的傳動精度，并產(chǎn)生噪聲。普通精度的軸，其配合軸段對支承軸頸的徑向跳動一般為0.01～0.03mm，高精度軸（如主軸）通常為0.001～0.005mm。
(四)表面粗糙度 一般與傳動件相配合的軸徑表面粗糙度為Ra2.5～0.63μm，與軸承相配合的支承軸徑的表面粗糙度為Ra0.63～0.16μm。
毛坯和材料
(一)軸類零件的毛坯 軸類零件可根據(jù)使用要求、生產(chǎn)類型、設(shè)備條件及結(jié)構(gòu)，選用棒料、鍛件等毛坯形式。對于外圓直徑相差不大的軸，一般以棒料為主；而對于外圓直徑相差大的階梯軸或重要的軸，常選用鍛件，這樣既節(jié)約材料又減少機械加工的工作量，還可改善機械性能。
根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模的不同，毛坯的鍛造方式有自由鍛和模鍛兩種。中小批生產(chǎn)多采用自由鍛，大批大量生產(chǎn)時采用模鍛。
(二)軸類零件的材料 軸類零件應(yīng)根據(jù)不同的工作條件和使用要求選用不同的材料并采用不同的熱處理規(guī)范（如調(diào)質(zhì)、正火、淬火等），以獲得一定的強度、韌性和耐磨性。
40Cr是軸類零件的常用材料，它價格便宜經(jīng)過調(diào)質(zhì)（或正火）后，可得到較好的切削性能，而且能獲得較高的強度和韌性等綜合機械性能，淬火后表面硬度可達45～52HRC。
40Cr等合金結(jié)構(gòu)鋼適用于中等精度而轉(zhuǎn)速較高的軸類零件，這類鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)和淬火后，具有較好的綜合機械性能。
軸承鋼GCr15和彈簧鋼65Mn，經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面高頻淬火后，表面硬度可達50～58HRC，并具有較高的耐疲勞性能和較好的耐磨性能，可制造較高精度的軸。
精密機床的主軸（例如磨床砂輪軸、坐標(biāo)鏜床主軸）可選用38CrMoAIA氮化鋼。這種鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面氮化后，不僅能獲得很高的表面硬度，而且能保持較軟的芯部，因此耐沖擊韌性好。與滲碳淬火鋼比較，它有熱處理變形很小，硬度更高的特性。
40Cr廣泛用于機械制造，這種鋼的機械性能很好。但是這是一種中碳鋼，淬火性能并不好，40Cr可以淬硬至HRC42~46。所以如果需要表面硬度，又希望發(fā)揮40Cr優(yōu)越的機械性能，常將40Cr表面滲碳淬火，這樣就能得到需要的表面硬度。
40Cr彈性模數(shù)
40Cr彈性模數(shù):彈性模量E(20℃) /MPa 200000～211700 ，切變模量G(20℃) 80800
40cr材料熱處理：
淬火工藝
40Cr淬火850℃,油冷；回火520℃,水冷、油冷。40Cr表面淬火硬度為HRC52-60，火焰淬火能達到HRC48-55。
氮化處理
40Cr鋼屬于可氮化鋼，其所含元素有利于氮化。40Cr經(jīng)氮化處理后可獲得較高的表面硬度，40Cr調(diào)質(zhì)后氮化處理硬度高能達到HRA72~78，即HRC43~55。
氮化工件工藝路線：鍛造－退火－粗加工－調(diào)質(zhì)－精加工－除應(yīng)力－粗磨－氮化－精磨或研磨。由于氮化層薄，并且較脆，因此要求有較高強度的心部組織，所以要先進行調(diào)質(zhì)熱處理，獲得回火索氏體，提高心部機械性能和氮化層質(zhì)量。軟氮化是活性氮化,現(xiàn)在比較常用的是氣體氮化.
焊接
40Cr鋼材焊接前注意預(yù)熱，以防止因基體散熱，造成焊縫內(nèi)部激冷淬裂。焊接后調(diào)質(zhì)前好加一遍正火。
40Cr合金鋼的焊接性：
結(jié)晶時易偏析，對結(jié)晶裂紋（一種熱裂紋）比較敏感，焊接時容易在弧坑和焊縫中凹下的部分開裂。含碳量較高，快冷時易得到對冷裂紋很敏感的淬硬組織（馬氏體組織）。過熱區(qū)在冷速較大時，很容易形成硬脆的高碳
馬氏體而使過熱區(qū)脆化。
焊接工藝要點：
1、一般在退火（正火）狀態(tài)下進行焊接。
2、焊接方法不受限制
3、用較大線能量，適當(dāng)提高預(yù)熱溫度，一般預(yù)熱溫度及層間溫度可控制在250～300℃之間。
4、焊接材料應(yīng)保證熔敷金屬的成分與母材基本相同，如J107－Cr
5、焊后應(yīng)及時進行調(diào)質(zhì)熱處理。若及時進行調(diào)質(zhì)處理有困難，可進行中間退火或在高于預(yù)熱的溫度下保溫一段時間，以排除擴散氫并軟化組織。 對結(jié)構(gòu)復(fù)雜、焊縫較多的產(chǎn)品，可在焊完一定數(shù)量的焊縫后，進行一次中間退火。
生鐵屑保護擺動回火規(guī)范 （670±10）℃×2h，隨爐升溫，（710±10）℃×2h，隨爐降溫，（670±10）℃×2h，隨爐升溫，（710±10）℃×2h，再隨爐降溫，（670±10）℃×2h，隨爐升溫, （710±10）℃×2h，隨爐降溫,共3個循環(huán)，再降溫至550℃，出爐空冷。處理后硬度153HBS。
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