半軸是機動車輛上驅動車輪的桿件，一般載重車采用全浮式半軸，它主要承受驅動和制動轉矩，小客車多用半浮式半軸，工作載荷為彎扭復合力矩。此外，半軸還受一定的沖擊載荷。多數半軸為一端法蘭式（圖1a)，重型車常用二端花鍵式（圖1b)，而越野車的內、外半軸是變截面臺階軸（圖1c)。半軸使用壽命主要決定于花鍵齒的抗壓陷和耐磨損的性能。載重車半軸易損壞的部位還有桿部與凸緣的連結處（圖1a中C處）或花鍵端（圖1a中A處）以及花鍵與桿部相連結處（圖1a中B處）。A處的花鍵齒與齒輪直接接觸，受沖擊扭轉力最大。B、C處應力集中嚴重。在上述部位易產生疲勞斷裂。▲圖1各類汽車半軸示意圖a）一端法蘭式b）兩端花鍵式c）變截面臺階軸2 半軸材料半軸應具有足夠的強度（大多數半軸的計算工作應力Tmax=347~530MPa)韌性和良好的抗疲勞性能。一般都用中、低碳合金鋼制造。當硬度在45HRC以下時，半軸的疲勞強度隨硬度增加而成比例地增加。所以調質半軸的硬度范圍取37~47HRC為宜。圖2 是半軸的應力分布情況，除法蘭盤根部和花鍵根部應力較高外，其他部分是較均勻的，而截面內應力是表面最大，心部為零。所以在選用材料和強化工藝時應保證半軸的強度分布能與其在使用工況下的應力分布相適應。▲圖2半軸延長度和截面內應力分布示意圖按照ZB/T21 004《汽車半軸技術條件》的規定，汽車半軸的技術要求主要有：（1)在保證產品設計性能要求條件下，推薦采用的半軸材料牌號為40Cr、42CrMo、40MnB、40CrMnMo、35CrMo、35CrMnSi、40CrV和45鋼。（2)半軸熱處理工藝，推薦采調質處理后表面中頻感應淬火處理工藝。調質處理后，心部硬度為24~30HRC；中頻感應淬火處理后，桿部表面硬度不低于52HRC；花鍵處允許降低3HRC；桿部硬化層深度范圍為桿部直徑的10%~20%，硬化層深度變化不大于桿部直徑的5%，桿部圓角應淬硬；法蘭盤硬度不低于24HRC。在保證半軸性能指標要求條件下，也允許采用其他熱處理工藝，如正火處理后進行表面中頻感應淬火工藝。（3)感應淬火后半軸的金相組織：調質處理后表面中頻感應淬火處理，硬化層為回火馬氏體，心部為回火索氏體；正火處理后表面中頻感應淬火處理，硬化層為回火馬氏體，心部為珠光體加鐵素體。（4)半軸表面不應有折疊、凹陷、黑皮、砸痕及裂紋等缺陷。桿部表面允許有磨去裂紋的痕跡。磨削后存在的磨痕深度不大于0.5mm,同一橫斷面不允許超過兩處。（5)半軸磁力探傷后應退磁。無論是調質半軸或是表面感應淬火的半軸，均要選擇淬透性合適的材料，以保證半軸的淬硬層深度達到規定要求。所以，小型的汽車、拖拉機半軸往往選用40Cr、40MnB鋼制造；而對粗大的重型載重汽車半軸需選用淬透性較高的合金結構鋼（如42CrMo、40CrNi、40CrMnMo)。材料淬透性太低，則半軸的靜扭轉強度和疲勞極限將達不到要求；而淬透性過高，則表層殘留壓應力降低，使疲勞強度下降，甚至形成淬火裂紋。半軸常用材料及技術要求列于表1▼表1半軸常用材料及技術要求越野車的內、外半軸一般是變截面臺階軸，要求較高的沖擊韌度；過去往往采用低碳合金鋼滲碳處理，現多采用中碳合金鋼感應淬火。3 半軸的熱處理工藝3.1 半軸的調質3.1.1制造工藝路線下料→鍛造成形→正火或退火→機械加工→調質→噴丸→矯直→精加工→成品。3.1.2 熱處理工藝調質半軸的鍛坯熱處理主要考慮機械加工的要求，一般采用正火處理，對于正火后硬度過高的鋼材，可采用退火。表2 列出了幾種半軸的鍛坯熱處理工藝。半軸調質工藝見表3 。▼表2幾種半軸鍛坯熱處理工藝▼表3半軸調質工藝3.2 半軸的感應淬火3.2.1 制造工藝路線下料→鍛造成形→調質或正火→銑端面、打中心孔→矯直→機械加工→清洗→中頻感應加熱淬火、回火或自回火→矯直→精加工→成品。鍛坯熱處理的目的，除考慮機械加工的要求外，還要為感應加熱淬火作組織準備。一般采用調質處理，有條件的工廠最好采用鍛熱淬火加高溫回火，這對以后的加工和感應加熱淬火都極為有利。此外，應高度重視冷、熱加工協調對熱處理質量的影響。如汽車半軸感應加熱定位，應根據加工工藝特性進行分析，做到冷、熱加工、檢驗定位基準統一。半軸法蘭盤端中心孔深度與法蘭內端面的相對位置要準確，以保證法蘭內端面與矩形感應器的距離，此距離過大或過小都不能保證感應加熱淬火熱處理質量，將導致半軸工作時早期損壞。3.2.2熱處理工藝（1)半軸感應加熱淬火后的力學性能，半軸經感應加熱淬火后，屈服強度與疲勞極限均有提高，尤以疲勞極限的提高最為顯著（見表4 及表5)。▼表4半軸靜扭強度對比試驗結果▼表540MnB鋼半軸疲勞極限對比試驗結果表中數據表明：感應加熱淬火半軸的靜扭強度高于調質半軸，感應加熱淬火層愈深，其靜扭強度愈高。數據還表明，40MnB鋼中頻感應加熱淬火可以代替40CrMnMo鋼調質半軸。表5 中數據還表明：中頻感應加熱淬火半軸疲勞壽命比調質半軸提高很多倍，因此半軸調質處理工藝多數已被中頻感應加熱淬火所取代。（2)半軸感應加熱淬火工藝參數的選擇：半軸淬硬層深度的確定應以保證半軸內任何一點的扭轉應力均小于或等于該點的剪切屈服強度。圖3 中點劃線表示半軸感應加熱淬火后的強度分布情況，a'o表示半軸的扭轉應力分布情況。若淬硬層太淺，則半軸強度不足，圖3a中b'b區域為危險區；若淬硬層太深，圖3c，則由于半軸表層殘留壓應力降低而降低疲勞壽命。合適的淬硬層深度應如圖3b所示。▲圖3半軸工藝淬火硬化層與強度分布a）太淺b）合適c）太深桿部：硬化層深度應達到桿部直徑的15%（δ2=15%D0)。法蘭根部：要求法蘭盤與桿部連接的過渡圓角淬硬。在實際生產中，圓角處硬化區域的最小直徑應比半軸桿部直徑大25%。這些要求是為了保證半軸的靜強度和疲勞強度。花鍵與桿部的淬硬層深度對靜強度影響較大，法蘭圓角淬硬對疲勞極限影響較大。每種表面淬火半軸都有最佳的硬化層深，應考慮到硬化層深對表層殘留壓應力的影響。表6 列出了直徑為50mm的帶法蘭半軸感應加熱淬火后花鍵尾根部位的殘留壓應力。通常，感應加熱淬火硬化層深度可以根據半軸桿部直徑的大小和產品設計結構形狀來確定。對輕型載重車和小轎車的法蘭盤式半軸（桿部直徑在50mm以下）淬硬層深度可按下列要求確定（參閱圖4)。▲圖4半軸表面淬火的硬化層深度花鍵部：齒根硬化層深度（按測量到半馬氏體區計算）應達到花鍵部軸頸的10%(δ1=10%D)。桿部：硬化層深度應達到桿部直徑的15%（δ2=15%D0)。法蘭根部：要求法蘭盤與桿部連接的過渡圓角淬硬。在實際生產中，圓角處硬化區域的最小直徑應比半軸桿部直徑大25%。這些要求是為了保證半軸的靜強度和疲勞強度。花鍵與桿部的淬硬層深度對靜強度影響較大，法蘭圓角淬硬對疲勞極限影響較大。每種表面淬火半軸都有最佳的硬化層深，應考慮到硬化層深對表層殘留壓應力的影響。表6 列出了直徑為50mm的帶法蘭半軸感應加熱淬火后花鍵尾根部位的殘留壓應力。▼表640MnB半軸感應淬火后表面殘留壓應力從表中可看出硬化層深超過最佳值后，再增加硬化層深則表面殘留壓應力下降。試驗表明，隨表面殘留壓應力下降，其疲勞壽命也隨之下降。半軸感應加熱淬火，一般都采用功率為100～320kW、頻率為2.5~8kHz的中頻電源，連續加熱的頻率較低，整體一次感應加熱淬火的所需頻率較高，功率也大些。為了保證法蘭圓角加熱，可采用帶導磁體的感應器。半軸整體感應加熱淬火后可以自熱回火。連續加熱淬火的半軸可以采用整體感應加熱回火，中頻電源是100kW、2.5kHz。也可采用在電爐內回火，回火溫度一般為180~250℃。回火后表面硬度要求為52~58HRC。EQ1090E后橋半軸連續淬火后經不同方式回火的疲勞試驗數據見表7 。▼表7半軸爐回火和感應回火疲勞壽命對比數據表明，感應回火的疲勞壽命較爐中回火為高。其原因是，感應快速加熱時，最表層首先瞬時產生馬氏體分解，使體積收縮處于相變超塑性階段，待整體回火完成后表層形成更大的壓應力，具有一個更理想的有利于提高疲勞強度的應力分布；而爐內加熱緩慢沒有這種條件。（3)半軸感應加熱表面淬火舉例，40MnB鋼制造的帶法蘭半軸的表面淬火工藝技術要求見表8 ，其淬火工藝可以采用連續加熱淬火和整體一次加熱淬火，工藝參數見表9 和表10 。▼表840MnB鋼半軸表面感應淬火技術要求▼表940MnB鋼半軸表面感應淬火工藝參數（CA10）▼表1040MnB鋼半軸表面感應淬火工藝參數（EQ1090）半軸以前采用采用的是連續淬火，感應器如圖5 所示。現在普遍采用矩形感應器進行整體一次加熱淬火，感應器有效圈示意圖見圖6 。▲圖5半軸連續淬火感應器▲圖6半軸整體淬火感應器半軸連續淬火存在效率低，不便于機械化和自動化的缺點，而且連續淬火使半軸靠近光桿的花鍵區常常產生軟帶，強度較低，使用中往往在花鍵尾部斷裂。這是由于感應器移到該處時，磁感應線強烈地偏移到未失去鐵磁性的光桿部位所引起的。采用矩形感應器進行整體一次感應加熱時，其有效圈電流方向平行于半軸軸線線，并產生垂直于工件軸線的橫向磁場，所以半軸的軸向幾何尺寸變化（如花鍵一光桿、多階軸及臺肩軸等）時，不會引起磁感應線的偏移。所以工件表面的感應電流是均勻的，半軸表面可以獲得均勻加熱。圖7 是帶法蘭的半軸采用矩形感應器整體一次感應加熱淬火時實際觀察的表面均溫加熱曲線。▲圖7采用矩形感應器整體一次感應加熱淬火時，半軸表面的均溫加熱曲線由于在有效圈A端圓弧（見圖6) 上鑲有硅鋼片導磁體，所以法蘭根部圓角部位升溫較快，加熱均溫時間長，保證了該處的硬化層深和足夠的硬化區域。采用整體一次感應加熱淬火還能提高花鍵齒頂的硬度。采用矩形感應器加熱時，由于感應器和零件之間間隙較大（一般為5~8mm),所以升溫慢，加熱時間長，硬化層厚且均勻。半軸回火也可采用矩形感應器加熱，采用15~20℃/s的升溫速度，控制感應加熱回火溫度在（250±10)℃范圍內，可以使半軸表面硬度控制在52~63HRC的范圍內，性能良好。3.3 半軸的滲碳熱處理3.3.1 制造工藝路線下料→鍛造成形→預備熱處理→矯直→機械加工→滲碳→淬火、回火→矯直→精加工→成品。3.3.2 熱處理工藝滲碳半軸鍛坯熱處理主要考慮機械加工的要求，并為滲碳熱處理作組織準備，一般采用正火處理。對于正火后硬度較高的鋼材，可以再加一次高溫回火處理。表11列出幾種半軸鍛坯的熱處理工藝。▼表11幾種滲碳半軸鍛坯的熱處理工藝20CrMnTi鋼半軸的滲碳熱處理工藝見圖8 。▲圖820CrMnTi半軸滲碳熱處理工藝4 半軸的質量檢驗常用合金結構鋼半軸調質的質量檢驗見表12。半軸表面感應淬火的質量檢驗見表13。▼表12常用合金結構鋼半軸調質的質量檢驗▼表13半軸表面感應淬火的質量檢驗5 半軸的常見熱處理缺陷及預防補救措施半軸調質的常見熱處理缺陷的預防及補救措施見表14。半軸表面感應加熱淬火的常見缺陷的預防及補救措施見表15。▼表14半軸調質的常見熱處理缺陷的預防及補救措施▼表15半軸表面感應淬火常見缺陷的預防及補救措施

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