10.5导轨和轨道

10.5.1导轨

1.5.1.1导轨服役条件

导轨就是将运动构件约束到只有一个自由度的装置。导轨是机械中应用较高的零件。导轨的精度、承载能力和使用寿命等都将直接影响机械的工作质量。导轨可分为滑动导轨、滚动导轨和静压导轨。滑动导轨的失效形式有三种：①导轨工作表面磨损，精度不能满足要求而失效；②导轨工作面划伤，表面粗糙度增大而失效；③导轨工作面被碰伤而失效。滚动导轨的主要失效形式为接触疲劳损坏和塑性变形。

1.5.1.2导轨材料

导轨的材料应具有良好的耐磨性、摩擦系数和动摩擦系数小，加工和使用时产生的内应力小，尺寸稳定性好。导轨常用的材料主要是灰铸铁、耐磨铸铁和表面处理的一些钢材。导轨及配合副常用金属材料见表10.5.1。

表10.5.1 滑动导轨及配合副常用金属材料

10.5.1.3导轨的力学性能和热处理

（1）铸铁导轨

1）灰铸铁导轨

导轨用灰铸铁要求硬度要均匀，对灰铸铁的硬度要求见表10.5.2。灰铸铁的力学性能见表10.5.3

表10.5.2 机床导轨用灰铸铁的硬度要求

导轨长度/mm 导轨铸件重量/t 硬度(HBS)要求 硬度(HBS)不均匀性

___________________________________________________________________________________________________________

≤2500 190～255 25

>2500 >3 180～201 35

>5 175～202

>10 165～201

由几件连接的导轨 45

表10.5.3 导轨用灰铸铁的选用及力学性能

2)球墨铸铁导轨

导轨用球墨铸铁的力学性能见表10.5.4。

表10.5.4 导轨用球墨铸铁的力学性能

3)蠕墨铸铁导轨

导轨用蠕墨铸铁的力学性能见表10.5.5。

表10.5.5 导轨用蠕墨铸铁的力学性能

4)耐磨铸铁导轨

导轨用耐磨铸铁包括磷铜钛耐磨铸铁、高磷耐磨铸铁、钒钛耐磨铸铁、铬钼铜耐磨铸铁、铬铜耐磨铸铁等，其力学性能见表10.5.6。

10.5.6 导轨用耐磨铸铁的力学性能

材料 力学性能，不小于

________________________ ________________________________________________ 硬度HBS

种类 牌号 抗拉强度σb/MPa 抗弯强度σbb/MPa 挠度f/mm

___________________________________________________________________________________________________________

磷铜钛耐 MTPCuTi15 150 330 2.5 170～229

磨铸铁 MTPCuTi20 200 400 2.8 187～235

MTPCuTi25 250 470 2.8 187～241

MTPCuTi30 300 540 2.8 187～255

___________________________________________________________________________________________

高磷耐磨 MTP15 150 330 2.5 170～229

铸铁 MTP20 200 400 2.8 179～235

MTP25 250 470 2.8 187～241

MTP30 300 540 2.8 187～255

_________________________________________________________________________________________________________

钒钛耐磨 MTVTi20 200 400 3.0 160～241

铸铁 MTVTi25 250 470 3.0 160～241

MTVTi30 300 540 3.0 171～241

_________________________________________________________________________________________________________

铬钼铜耐 MTCrMoCu25 250 470 3.0 185～230

磨铸铁 MTCrMoCu30 300 540 3.0 200～250

MTCrMoCu35 350 610 3.5 220～260

_________________________________________________________________________________________________________

铬铜耐磨 MTCrCu25 250 470 3.0 185～230

铸铁 MTCrCu30 300 540 3.0 200～240

MTCrCu35 350 610 3.2 210～250

5）铸铁导轨的热处理。

一般重要的导轨，在铸件粗加工后进行一次实效处理，高精度导轨铸件半加工后还要进行第二次时效处理。

为了提高导轨的耐磨性，对导轨进行表面淬火处理。淬火方法有(1)高中频淬火，淬透层深度(1～2)mm。硬度为(45～50)HRC。（2）电接触加热自冷表面淬火，淬硬层深度(0.2～0.25mm)，显微硬度600HV左右。

（2） 钢导轨

1）材料及力学性能

制造导轨的钢材包括轴承钢、工具钢、结构钢、渗碳和渗氮钢，其主要力学性能见表10.5.7。

表10.5.7 导轨的钢材的主要力学性能

2)钢导轨的热处理工艺参数

钢导轨的热处理工艺根据钢的种类而定，结构钢、工具钢和轴承钢主要是淬火+低温回火，其工艺参数见表10.5.8；渗碳钢导轨的渗碳处理工艺见表10.5.9；渗氮钢导轨的渗氮工艺见表10.5.10。

表10.5.8 钢导轨的热处理工艺及参数

表10.5.9 渗碳钢导轨的渗碳处理工艺

表10.5.10 渗氮钢导轨的渗氮工艺

10.5.2轨道

轻轨主要用于使用临时运输线和中小型起重机轨道，所用材料及其力学性能见表10.5.11。重轨主要用于铁道、大型起重机轨和吊车轨道，所用材料及其力学性能见表10.5.12。在一些轨道受力不大，要求不高的非重要场合，也采用45、50、40Mn钢热轧的工字钢和槽钢作为滚轮的轨道。

10.5.11 轻轨用钢牌号及力学性能

材料牌号 σb/MPa (不小于) 布氏硬度HBS（不小于）

___________________________________________________________________________________________

50Q -- --

55Q 690 197

45SiMnP -- --

50SiMnP 690 197

36CuCrP 790 220

10.5.12 重轨用钢牌号及力学性能

材料牌号 σb/MPa (不小于) δ10/%（不小于）

___________________________________________________________________________________________

U71 785 10

U74 785 9

U71Cu 785 9

U71Mn 883 8

U70MnSi 883 8

U71MnSiCu 883 8

导轨