第二十九节 轴承零件的材料与热处理《机械基础》云南省（春季高考）机械类 知识点讲解

云南省（职教高考）机械类 知识点讲解 第二十九节 轴承零件的材料与热处理 【考情分析】 在云南省中职职教高考机械类职业技能考试中，轴类零件的材料与热处理、设计要点是机械零件模块的核心延伸考点，占比约8%-12%。题型以选择题为主，考查重点集中在常用材料的适用场景、热处理工艺的功能与匹配关系、设计要点的核心要求。题目常结合具体轴类零件（如机床主轴、汽车传动轴）的工况设置，侧重材料与热处理的选型判断、设计要求的内涵辨析，难度中等，需重点熟记45钢、合金结构钢的应用场景，调质处理等核心工艺的作用，以及强度、刚度设计的核心目的，是该模块的重要得分点。 【学习目标】 · 掌握轴类零件的常用材料（碳素结构钢、合金结构钢等），能根据轴的受力、转速、工况要求准确选择材料。 · 熟记常用热处理工艺（调质、渗碳淬火、表面淬火等）的适用材料及功能，明确不同工艺对应的性能提升目标。 · 理解轴类零件设计的五大核心要点（强度、刚度、结构、耐磨性、防振），明确各要点的设计目的与具体要求。 · 能运用所学知识点分析选择题题干，准确匹配材料与工况、工艺与性能、设计要点与核心目的。 【考点梳理】 1.轴类零件的材料与热处理 常用材料：优先选用碳素结构钢和合金结构钢，保证足够的强度、韧性和耐磨性； 碳素结构钢：45钢应用最广泛，综合力学性能好，经调质处理后可满足大多数轴类零件的要求；Q235适用于受力较小、不重要的轴； 合金结构钢：20Cr、40Cr等，强度、韧性优于碳素钢，经渗碳淬火或调质处理后，适用于受力较大、转速较高、耐磨性要求高的轴，如机床主轴、汽车传动轴； 特殊场景材料：不锈钢（适用于腐蚀环境）、铸铁（适用于低速、重载、形状复杂的轴，如曲轴）。 常用热处理工艺： 调质处理（淬火+高温回火）：用于中碳钢和合金结构钢，获得良好的综合力学性能，是轴类零件最常用的热处理工艺； 渗碳淬火+低温回火：用于低碳合金钢，提高轴的表面硬度和耐磨性，心部保持韧性，适用于轴颈、花键等易磨损部位； 正火/退火：用于低碳钢或铸件，改善切削加工性能，消除内应力； 表面淬火：用于中碳钢，提高轴表面硬度和耐磨性，适用于转速高、摩擦大的轴。 2. 轴类零件的设计要点 强度设计：根据轴的受力情况（弯矩、扭矩），通过强度计算确定轴的直径，防止轴发生断裂或塑性变形； 刚度设计：保证轴在受力时的弹性变形不超过允许值，防止轴上的传动零件（齿轮、带轮）啮合不良或运转精度下降； 结构设计：轴的结构需便于加工、装配和维护，轴颈尺寸需符合轴承的标准尺寸；轴肩、轴环的设计需保证传动零件和轴承的轴向定位；退刀槽、倒角的设计需符合加工工艺要求； 耐磨性设计：轴颈、花键等易磨损部位需进行热处理（如表面淬火）或表面处理（如镀铬），提高耐磨性； 防振设计：对于高速轴，需进行动平衡试验，防止运转时产生振动和噪声. 【例题】 1. 轴类零件中应用最广泛的碳素结构钢是（ ） A. Q235 B. 45钢 C. 20Cr D. 不锈钢 答案：B 解析：45钢综合力学性能好，经调质处理后可满足大多数轴类零件要求，是应用最广泛的碳素结构钢；Q235适用于受力小、不重要的轴；20Cr是合金结构钢；不锈钢适用于腐蚀环境，故选B。 2. 适用于受力较大、转速较高、耐磨性要求高的机床主轴，应选用的材料是（ ） A. Q235 B. 铸铁 C. 40Cr D. 普通黄铜 答案：C 解析：40Cr属于合金结构钢，强度、韧性优于碳素钢，经渗碳淬火或调质处理后，可满足受力大、转速高、耐磨性要求，适用于机床主轴；Q235受力能力弱，铸铁适用于低速重载形状复杂的轴，黄铜力学性能不足，故选C。 3. 轴类零件最常用的热处理工艺是（ ） A. 正火 B. 渗碳淬火 C. 调质处理 D. 表面淬火 答案：C 解析：调质处理（淬火+高温回火）用于中碳钢和合金结构钢，能获得良好的综合力学性能，是轴类零件最常用的热处理工艺；正火用于改善加工性能，渗碳淬火适用于低碳合金钢易磨损部位，表面淬火适用于中碳钢高速摩擦场景，故选C。 4. 用于提高低碳合金钢轴表面硬度和耐磨性，且心部保持韧性的热处理工艺是（ ） A. 调质处理 B. 渗碳淬火+低温回火 C. 正火 D. 退火 答案：B 解析：渗碳淬火+低温回火专门用于低碳合金钢，可使表面硬度和耐磨性提升，心部保留韧性，适用于轴颈、花键等易磨损部位；调质处理侧重综合力学性能，正火/退火用于改善加工性能，故选B。 5. 轴类零件强度设计的核心目的是（ ） A. 防止轴发生过大弹性变形 B. 防止轴发生断裂或塑性变形 C. 提高轴的表面耐磨性 D. 减少轴运转时的振动 答案：B 解析：强度设计通过计算确定轴的直径，核心是抵抗断裂或塑性变形；A是刚度设计的目的，C是耐磨性设计的目的，D是防振设计的目的，故选B。 6. 轴类零件结构设计中，轴肩、轴环的主要作用是（ ） A. 便于加工和刀具退出 B. 保证传动零件和轴承的轴向定位 C. 防止锐边划伤 D. 提高轴的刚度 答案：B 解析：轴肩、轴环的设计核心是实现传动零件和轴承的轴向定位，防止其轴向窜动；A是退刀槽的作用，C是倒角的作用，D是刚度设计的要求，故选B。 7. 对于高速轴，为防止运转时产生振动和噪声，需进行的设计是（ ） A. 强度设计 B. 刚度设计 C. 防振设计 D. 耐磨性设计 答案：C 解析：防振设计针对高速轴，通过动平衡试验等方式减少振动和噪声；强度、刚度、耐磨性设计均不直接针对振动问题，故选C。 【高考题实战】 1. 下列关于轴类零件材料的说法，错误的是（ ） A. 优先选用碳素结构钢和合金结构钢 B. Q235适用于受力较大的重要轴 C. 20Cr属于合金结构钢 D. 不锈钢适用于腐蚀环境 答案：B 解析：Q235力学性能较弱，仅适用于受力较小、不重要的轴；受力较大的重要轴应选用45钢或合金结构钢，A、C、D表述均正确，故选B。 2. 45钢经哪种热处理工艺后，可获得良好的综合力学性能？（ ） A. 渗碳淬火+低温回火 B. 调质处理 C. 正火 D. 表面淬火 答案：B 解析：45钢是中碳钢，调质处理（淬火+高温回火）是其获得综合力学性能的核心工艺；渗碳淬火适用于低碳合金钢，正火用于改善加工性能，表面淬火仅提升表面硬度，故选B。 3. 汽车传动轴受力较大、转速较高，且耐磨性要求高，应选用的材料和热处理工艺组合是（ ） A. Q235+正火 B. 45钢+调质处理 C. 40Cr+渗碳淬火 D. 铸铁+退火 答案：C 解析：40Cr是合金结构钢，配合渗碳淬火工艺，可满足受力大、转速高、耐磨性要求；Q235和铸铁性能不足，45钢调质处理的耐磨性不如渗碳淬火，故选C。 4. 轴类零件刚度设计的核心目的是（ ） A. 防止轴断裂 B. 防止轴发生过大弹性变形 C. 提高轴的表面硬度 D. 便于轴的加工装配 答案：B 解析：刚度设计保证轴的弹性变形不超过允许值，避免传动零件啮合不良或运转精度下降；A是强度设计目的，C是耐磨性设计目的，D是结构设计要求，故选B。 5. 下列热处理工艺中，用于改善低碳钢切削加工性能、消除内应力的是（ ） A. 调质处理 B. 渗碳淬火 C. 正火/退火 D. 表面淬火 答案：C 解析：正火/退火适用于低碳钢或铸件，核心作用是改善切削加工性能、消除内应力；其他工艺均侧重提升强度、硬度等力学性能，故选C。 6. 轴类零件中，轴颈、花键等易磨损部位的耐磨性设计，可采用的处理方式是（ ） A. 退火处理 B. 表面淬火 C. 正火处理 D. 消除内应力 答案：B 解析：表面淬火可提高轴表面硬度和耐磨性，适用于易磨损部位；退火、正火不提升耐磨性，消除内应力是加工工艺要求，并非耐磨性处理，故选B。 7. 轴类零件结构设计中，退刀槽的主要作用是（ ） A. 保证传动零件轴向定位 B. 便于车削加工和刀具退出 C. 提高轴的强度 D. 防止锐边划伤操作人员 答案：B 解析：退刀槽的设计符合加工工艺要求，便于车削加工时刀具顺利退出；A是轴肩的作用，C是强度设计的要求，D是倒角的作用，故选B。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $