例 8：选材设计一个车床主轴。该主轴受交变弯曲和扭转的复合应力，载荷和转速均不高，冲击载荷也不大，轴颈部要求耐磨。 请选材并设计热处理工序。需说明各热处理工序的作用，画出工艺曲线， 并指出热处理后的组织。（备选材料45、T8、20CrMnTi ）

考查要点：本题主要考查轴类零件的选材原则及热处理工艺设计，需结合材料性能、零件服役条件进行综合判断。

解题核心思路：

1. 选材依据：根据零件受力特点（交变弯曲+扭转复合应力）、载荷特性（载荷和转速不高）、表面耐磨要求，选择强度适中、综合性能好且可通过热处理强化的材料。
2. 热处理工艺设计：通过正火/退火改善加工性能，调质获得良好综合性能，表面淬火+低温回火提升表面耐磨性。

破题关键点：

• 材料对比：45钢可通过调质和表面强化满足要求；T8硬度高但韧性不足；20CrMnTi虽适合渗碳，但题目未提及渗碳工艺，且答案指向45钢。
• 工艺逻辑：正火→调质→表面处理，逐级提升材料性能。

材料选择

45钢：

• 优点：淬透性较好，调质后强度和韧性平衡佳；可通过表面淬火强化表面，满足耐磨要求。
• 替代材料排除：
  • T8硬度高但韧性不足，不适合复杂应力工况；
  • 20CrMnTi需渗碳工艺，但题目未提及渗碳，且答案未体现渗碳步骤。

热处理工艺设计

1. 正火（或完全退火）

• 目的：消除锻造内应力，细化晶粒，调整硬度，改善切削加工性能。
• 组织：珠光体（S）与铁素体（F）混合组织。

2. 调质（淬火+高温回火）

• 目的：获得回火索氏体，使材料具有良好的强度、韧性和疲劳性能，满足复杂应力工况要求。
• 组织：回火索氏体（S回）。

3. 表面淬火+低温回火

• 目的：对轴颈部位进行局部强化，提高表面硬度和耐磨性，心部保持调质后的综合性能。
• 组织：表面为回火马氏体（M回），心部为回火索氏体（S回）。