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下料（毛坯）——熱處理——粗加工——熱處理（調質）——精加工（表面處理）（——熱處理）

毛坯製造方法有鑄造，焊接，成形。

本章主要討論鑄造，鍛造，焊接，熱處理及切削加工性能。

14.1. 金屬材料的鑄造性能

鑄造性能通常指流動性，收縮性，鑄造應力，偏析，吸氣傾向和裂紋敏感性。

鑄造一般採用合金，合金晶粒小。

14.1.1. 影響合金流動性因素

影響因素：合金化學成分，澆鑄溫度和鑄型填充條件。

合金化學成分：

含碳量：純鐵流動性好，含碳量越大，流動性越差。2%左右流動性最差，鑄鐵中，共晶成分鑄鐵流動性最好。

合金成分中凡能形成高熔點夾雜物的元素均會降低合金的流動性。

灰鐵中MnS熔點為1620，不利於流動。

P可形成Fe-Fe₃P-Fe₃C，熔點為950，利於流動。

14.1.2. 鑄件的收縮

14.1.2.1. 鑄鐵的縮孔與縮松

含碳量增加，析出石墨有利於消除此類現象

14.1.2.2. 鑄件的裂紋

冷裂和熱裂，P和S

合金強度提高，產生裂紋傾向增大。

14.2. 金屬材料的鍛造性能

可鍛性：塑性和變形抗力

14.2.1. 萊氏體高合金工具鋼

鍛造目的是打碎鋼中粗大的共晶碳化物。鍛後緩冷（爐冷）防止裂紋產生。

14.2.2. 不銹鋼的鍛造

不銹鋼由於其組織特殊，注意鍛後熱處理工藝

晶間腐蝕

475℃脆性：含Cr量大於15%的高Cr鋼在400-525℃範圍內長時間停留或緩冷，Cr原子有序化，與母相共晶格引起較大的晶圖畸變引起大的內應力。

馬氏體不銹鋼：緩冷至600℃左右空冷，以免發生馬氏體相變。

鐵素體和奧氏體不銹鋼：在晶間腐蝕及475℃脆性溫度範圍內快冷（空冷）。

14.2.3. 高溫合金鍛造

高溫合金在高溫下有較大的變形抗力及較低的塑性。模具堅固，功率大。

對鍛造溫度敏感，鍛後堆放空冷。

14.2.4. 有色金屬鍛造

鋁：鍛造溫度窄。

鎂：鍛造溫度窄，傳熱快，易冷卻，模具需預熱。

銅：鍛造溫度窄，模具需預熱，鍛造時需保護，避免氧化。

鈦：變形抗力大，化學性質活潑，注意保護。

14.3. 金屬材料焊接性能

電弧焊，電渣焊，磨擦焊，釬焊，爆炸焊等

釬焊：用在接觸處熔化諸如黃銅和釬焊料之類的非鐵填充金屬(其熔點低於基體金屬的熔點)來焊接金屬。

14.3.1. 碳鋼及合金鋼焊接

低碳鋼，低合金鋼焊接性好。

對於中高碳鋼和合金鋼採取焊前預熱和焊後熱處理。

改善組織並消除焊接應力。

14.3.2. 不銹鋼焊接

奧氏體不銹鋼：考慮晶間腐蝕。
馬氏體不銹鋼：焊接後焊縫區在空冷條件下得到馬氏體組織，焊前預熱（200-400℃）焊後熱處理，加熱至730-790℃後緩冷至540℃，空冷。

鐵素體不銹鋼：焊前預熱，焊後熱處理（730-840℃）

14.3.3. 有色金屬的焊接

銅：焊接性能差，採用釬焊。

鋁：氬弧焊，焊件表面要求高。

鈦：自動焊，表面要求高。

14.4. 金屬材料的加工性

工件機加工難易程度稱為材料的加工性。

影響因素：加工性與金屬材料的化學成分，硬度，韌性，導熱性，金相組織和加工硬化能力等因素有關。

14.4.1. 化學成分的影響

含碳量

降低鋼的強度和硬度的元素：S，Al

提高鋼的強度和硬度的合金元素：

石墨化：游離石墨改善加工性。

14.4.2. 組織與熱處理工藝的影響

組織不同，機械性能不同，加工性不同。

珠光體，索氏體，馬氏體，加工性下降。

衡量材料切削加工性能的優勢常用相對加工性Kr指標衡量。

表14.2 材料切削加工性分級

不同級織，不同硬度對不同切削加工操作（如車，銑，刨，鏜，拉等）切削加工性是不同的。

如回火索氏體的中碳鋼，車削加工性較好，鑽削加工性中等，拉，撥加工性較差。

14.4.3. 熱處理工藝性能

機床主軸

在選用機床主軸的材料和熱處理工藝時，必須考慮以下幾點：

（1） 受力的大小。不同類型的機床，工作條件有很大差別，如高速機床和精密機床主軸的工作條件與重型機床主軸的要作條件相比，無論在彎曲或扭轉疲勞特性方面差別都很大。

（2） 軸承類型。如在滑動軸承上工作時，軸頸需要有高的耐磨性。

（3） 主軸的形狀及其可能引起的熱處理缺陷。結構形狀複雜的主軸在熱處理時易變形甚至開裂，因此在選材上應給予重視。

主軸是機床中主要零件之一，其質量好壞直接影響機床的精度和壽命。因此必須根據主軸的工作條件和性能要求，選擇用鋼和制定合理的冷熱加工工藝。

1、 機床主軸的工作條件和性能要求。該主軸的工作條件如下：

（1） 承受交變的彎曲應力與扭轉應力，有時受到衝擊載荷的作用；

（2） 主軸大端內錐孔和錐度外圓，經常與卡盤、頂針有磨擦；

（3） 花鍵部分經常有碰撞或相對滑動。

由此定出技術條件：

（1） 整體調質後硬度應為HB200～230，金相組織為回火索氏體；

（2） 內錐孔和外圓錐面處硬度為HRC45～50，表面3～5mm內金相組織為回火屈氏體和少量回火馬氏體；

（3） 花鍵部分的硬度為HRC48～53，金相組織同上。

2、 選擇用鋼

C515車床屬於中速，中負荷，在滾動軸承中工作的機床，因此選用45鋼。

3、 主軸工藝路線

下料——鍛造——正火——粗加工（外圓余留4～5mm）——調質——半精車外圓（余留2.5～3.5mm），鑽中心孔，精車外圓（余留0.6～0.7mm，錐孔留余0.6～0.7mm），銑鍵槽——局部淬火（錐孔及外錐體）——車定刀槽，粗磨外圓（余留0.4～0.5mm），滾銑花鍵——花鍵淬火——精磨。

4、 熱處理工序作用

正火處理是為了得到合適的硬度（HB170～230），以便機加工，改善鍛造組織，為調質作準備。

調質處理是為了主軸的綜合機械性能和疲勞強度，調質後硬度為HB200～230，組織為回火索氏體。

內錐孔和外圓錐面部分經鹽浴局部淬火和回火後得到所要求的硬度，以保證裝配精度和耐磨性。

5、 熱處理工藝

調質中淬火時由於主軸各部分的直徑不同，應注意變形問題。調質後變形雖可用校直來修正，但校直時的附加應力對主軸精加工後的尺寸穩定性是不利的。為減小變形，應注意淬火操作方法。可採取預冷淬火和控制水中冷卻時間來減小變形。

花鍵部分高頻淬火以減小變形和達到硬度要求。

經淬火後的內錐孔和外圓錐面部分需經260～300℃回火，花鍵部分需經240～250℃回火，以消除淬火應力並達到規定的硬度值。
球鐵代替45鋼，硬度HRC52～58低，變形量小。