1、現狀調查

　　國內一家中德合作公司，在減速器軸的材料選擇上糾纏了很久，德方人員堅持選擇C45優(yōu)質碳素結構鋼(中國鋼號為45) ，而中方人員則堅持選擇42CrMo合金結構鋼，為此進行了很長時間的商討，因為在德國，選擇C45鋼來制造減速器軸，完全能滿足其使用性能，保證足夠的使用壽命和安全可靠性，且C45鋼冶煉簡單，價格低廉;而在中國選擇國內生產的 45#鋼，雖然成分和工藝都符合技術標準要求，但在實際使用過程中強度和塑性等性能達不到要求，提前失效。于是中方技術人員堅持選擇42CrMo合金結構鋼，因為金屬Cr、Mo 的加入，使得42CrMo鋼的綜合力學性能大大優(yōu)于45#鋼，所以完全能保證其使用性能，缺點是價格貴了不少，成本提高了。

　　2、原因分析

　　國際標準規(guī)定45#鋼或C45鋼的含碳(C)量在0.42%～0.50%之間，硅 (Si) 的含量在0.17%～0.37% 之間，錳(Mn) 的含量在0.5%～0.8%之間，硫 (S)的含量小于0.035%，磷(P) 的含量小于 0.035%，就是合格產品，這樣就能保證45#鋼具有較好的綜合力學性能，在加工中再經過正火和調質處理后性能會更加優(yōu)良，完全可以保證其使用壽命。

　　45#鋼一般按照上限要求: 含碳量可達0.50%左右，如果鋼中硅 (Si)的含量在0.37%左右，錳 (Mn)的含量在0.8%～1.2%之間，硫(S)和磷(P)的含量小于0.035%，那么，屈服強度Rs為 392MPa左右，抗拉強度Rm約為647MPa，熱軋鋼硬度為255HBS。按照下限要求:含碳量達到0.42%，硅(Si)的含量達到0.17%，錳(Mn)的含量達到0.5%，硫(S)和磷(P)的含量小于 0.035%，也符合國際標準，產品也是合格的。但是屈服強度Rs僅為335MPa，抗拉強度Rm為565MPa，熱軋鋼硬度為217HBS。雖然兩種規(guī)格生產出來的鋼的成分都在標準要求范圍內，都是45#鋼(C45)，但是含碳量越高，鋼的強度、硬度就越高，所以，含碳量為 0.50%的45#鋼比含碳量為0.42%的45#鋼強度和硬度要高; 而硅(Si)和錳(Mn)的含量越高，也有利于提高鋼的強度和硬度，又不降低其塑性和韌性; 硫和磷的含量嚴格控制在0.035%以下， 又能夠降低鋼的熱脆性和冷脆性。那么，同樣的45#鋼由于成分含量的差別，導致強度、硬度、塑性和韌性的差別就很大了(如圖所示) 。同時，在加工制造過程中，工藝過程( 特別是熱處理) 控制得是否恰當，熱處理的技術水平和工藝參數是否達到要求，也會大大影響其性能。綜合各種因素，使得鋼的使用壽命和使用效果就會大不一樣。

圖 含碳量對正火后碳素鋼的力學性能的影響

　　3、選材原則

　　國內外機械零件或工具選材的原則都是一樣的，在正常情況下，金屬材料的使用性能是選材時考慮的首要原則，使用性能主要是指零件在使用狀態(tài)下材料應該具有的力學性能、物理性能和化學性能。對大量機器零件和工程構件來說，則主要是力學性能。對一些特殊條件下工作的零件，則必須根據要求考慮到材料的物理、化學性能。材料的使用性能能保證零件完成設計規(guī)定的功能，并安全地達到預期的使用壽命。其次，所選材料應該具有良好的工藝性能，即材料能順利地加工成合格的機械零件，且技術難度小，工藝簡單，能量消耗低，材料利用率高，有利于提高產品的質量。第三是經濟性原則，質優(yōu)、價廉、能耗低、效率高、壽命長是保證產品具有競爭力的重要條件。所以在滿足使用性能要求的前提下，以鍛代鑄，以焊代鍛，在加工中盡量采用少切屑和無切屑工藝，有效利用材料，零件生產的每一道工序都盡量減少， 提高材料的利用率和再生利用率。另外，還要考慮國家的資源問題和能源問題，應盡量選擇本土的材料和能耗低的材料。零件選用的材料必須保證其生產和使用的總成本最低。零件的總成本與其使用壽命、重量、加工費用、研究費用、維修費用和材料價格有關。

　　4、中德思想的碰撞

　　德國人一向嚴謹、認真、細致，標準要求高，嚴格按照選材原則來執(zhí)行。所以他們一步步按照最高規(guī)格生產鋼材，保證其使用性能; 在加工制造過程中，無論是鍛造、鑄造還是切削加工等每一道工序，絕對保證產品的質量，熱處理的技術水平也相當高，工藝參數按標準要求來執(zhí)行，所以能最大限度地減少熱處理缺陷，很好地保證鋼材的成分和質量。這樣的 45#鋼質優(yōu)價廉，完全能達到使用性能要求和使用效率。如果生產過程中過度追求降低成本， 想盡辦法簡化工藝，熱處理的加熱溫度、加熱速度、保溫時間和冷卻速度控制不當，將會使零件產生內應力、氧化脫碳、硬度不足與軟點等缺陷，生產出來的產品成分上雖然也在標準規(guī)定的范圍之內，屬于合格產品，但是產品的壽命和安全性卻大打折扣。如此一來，同樣的45#鋼性能差別就很大了，使用效果也就不一樣了。即使我們按照最高規(guī)格生產出來的45#鋼，其價格和成本也會比42CrMo合金結構鋼低得多。因為冶煉42CrMo鋼必須用電爐，鉻(Cr)的熔點是1903.0℃，鉬(Mo)的熔點是2622.0℃都屬于難熔金屬，需要消耗更多的能源，并且金屬鉻(Cr)和鉬(Mo)都是比較貴重的金屬。所以，一般情況下，能用45# 鋼就不用42CrMo鋼，這樣，不僅成本低，為國家節(jié)省了大量的稀有金屬和能源，重要的是性能可以完全滿足其使用要求。

　　目前，在德國生產的減速器軸采用德國的45#鋼制造，能保證質優(yōu)價廉，完全能滿足其使用性能。而中國的廠家生產減速器軸，如果采用國內生產的45#鋼，其使用性能特別是強度和韌性達不到要求，會導致減速器軸達不到規(guī)定的使用壽命，提前失效，從而造成不必要的經濟損失和人員傷亡。而中國則堅持采用42CrMo合金調質鋼來制造減速器軸，因為金屬鉻的加入不僅能提高鋼的塑性和韌性，還能提高鋼的強度、硬度和淬透性，而金屬鉬的加入則能細化晶粒，提高鋼的淬透性和回火穩(wěn)定性，進一步改善鋼的性能。再經過淬火加高溫回火，42CrMo鋼就會獲得高強度和高韌性相配合的良好的綜合力學性能，保證其足夠的使用壽命和安全可靠性，從而大大地提高其使用價值和使用效果。當然，也是因為鉻和鉬的加入，使得鋼的成本增加不少。