| 40Cr是合金结构钢，美国AISI/SAE/ASTM标准钢号5140，在游乐设施上通常用作轴的材料，调质处理后具有良好的综合力学性能，随着回火温度升高，塑性、抗冲击性提高，但硬度、抗拉强度降低。 钢材的抗拉强度，是材料的基本物理属性，设计计算时，能随意取值吗？40Cr的抗拉强度是980 MPa、1000 MPa还是1200 MPa? 本文观点属于作者个人之见，不具有任何参考性、权威性。 |
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1、正确的读法
40Cr，读作“四零gè”，铬（gè，四声），一般学机械的都知道是读gè，因为读luò用拼音打不出来字。但是行业内不少人仍然读luò，这是“土专家”的一种市井称谓。名称中的“40”代表平均碳含量大约为0.40%，而“Cr”代表铬（Chromium），这是一种重要的合金元素，用于提高钢的强度和耐腐蚀性能。2、40Cr属于什么钢？
40Cr属于合金结构钢，含碳量0.40%的合金结构钢，它是在碳素结构钢40钢的基础上，适当的添加Cr元素，Cr为主加元素。只含碳元素的钢称为碳素钢（碳钢），只有碳素钢才分：低碳钢、中碳钢和高碳钢。40Cr就不是碳素钢，也就不可能是中碳钢，40Cr是合金结构钢。GB∕T18879-2020《滑道通用技术条件》5.1.11条：重要轴类材料采用45钢、40Cr钢等中碳钢时应采用调质处理。![]()
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中碳钢是具有中等含碳量的碳素钢。
中碳钢是碳含量为0.25%～0.60%的碳素钢。它包括大部分优质碳素结构钢和一部分普通碳素结构钢。此类钢大多用于制作各种机械零件，有的用于制作工程结构件。![]()
游乐行业最常用的典型中碳钢是45钢，“45钢”是平均碳含量为0.45%的优质碳素钢，也是中碳钢，写作“45钢”，它不是顺序号，所以不能写成“45号钢”。材料牌号不是顺序号。同理，其他优质碳素钢材料牌号的正确命名是20钢、45钢，没有“号”。20钢是优质碳素钢，是低碳钢；45钢是优质碳素钢，是中碳钢；40Cr不是碳素钢，也就不可能是中碳钢，40Cr是合金结构钢。这一点，游乐行业的国家标准对材料的描述同样存在瑕疵：GB8408-2018《大型游乐设施安全规范》6.2.1条：注：GB/T 1591-2018《低合金高强度结构钢》取消Q345钢材牌号，改为Q355。重要轴（销轴）类零部件宜采用力学性能不低于45号钢的材料制作。![]()
中合金钢的合金元素总含量在5%到10%之间，这与中碳钢的碳含量范围不同，意义不同，因此中合金钢不属于中碳钢的范畴，这完全是不相关的两个概念。中合金钢与中碳钢是两种不同的材料分类，它们在化学成分、物理性质以及应用领域上都有所不同。淬火后高温回火的热处理方法称为调质处理。注意，调质是两道热处理工艺的合称。调质可以使钢的性能，材质得到很大程度的调整（注意是“调整”，而不是“提高”）。淬火：通常在850°C~860°C进行，以获得均匀细小的奥氏体组织。回火：根据需要的性能选择合适的回火温度，通常在500°C~650°C之间进行。![]()
在机械设计领域，有一部工具书不能不提——《机械设计手册》，1969年由化学工业出版社正式出版发行，至今已修订到第6版，传承半个世纪，成为我国在机械领域最具权威和影响力的大型工具书。40Cr经过调质，即“淬火+高温回火”后，材料的抗拉强度随着回火温度的升高是降低的，关于抗拉强度降低，《机械设计手册》有专门的说明。如下图：40Cr调质后用于制造承受较大负荷及中等冲击工作的轴类零件，因此要参照《机械设计手册》第7篇第1章表7-1-1。40Cr调质后，抗拉强度为750MPa，调质后硬度为241~286 HB。![]()
《机械设计手册》截图
注意：40Cr调质硬度是“241~286 HB”，不能写作“HB 241~286”。凡是图纸上40Cr的轴，调质后硬度应在这个范围内，不在这个范围的，是错误图纸。不少设计文件沿用图纸的错误，依然把单位写在数字之前。大学教材担负着科教兴国的重任，通过科技和教育的发展来促进国家的繁荣和民族的振兴，通过教育强国、科技强国和人才强国的建设，为中华民族的伟大复兴奠定坚实的基础。大学教材不仅是知识的传递者，更是国家未来发展和民族振兴的推动力。大学教材是高校培养人才、进行教学的基本工具，作为高等教育的重要组成部分，其内容经过精心挑选、多轮审稿、修订和编纂，旨在为学生提供系统、权威的知识。所谓权威性，是指课本提供的知识真实可靠、用语严谨、堪为典范、经得起检验。作为游乐设施的技术人员，基本都受到过正规的大学教育。机械专业出身的行业专家，都学过《机械设计》课程，大学老师在课堂上讲课，“45钢”不能写作“45号钢”、“40Cr”不会读“40luò”、“45钢”是中碳钢、“40Cr”是合金结构钢，当然也讲过“40Cr”的抗拉强度不可能是“980 MPa”。![]()
作者翻阅普通高等教育“十二五”国家级规划教材，经过六十年打磨经典的全国高校通用教材：《机械设计》（濮良贵），第15章表15-3：轴的常用材料及主要力学特性表。
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大学教材中，轴材料40Cr 的抗拉强度取σb=735 MPa。略低于第六版《机械设计手册》，考虑到该经典教材是十几年前的教材，所列的抗拉强度，略低于当前的《机械设计手册》，也是可以理解。大学毕业都会做毕业设计，机械专业尤为严格，金工实习、机械画图、结构计算，都会涉及到以上知识。一些常用的机械、结构、力学的基本数据和概念会刻骨铭心，一辈子都不会忘。所以，2020年之前的历年起重机检验师试卷中弹性模量E=2.1×106 N/mm2 。起重机械检验师试卷中的弹性模量、惯性矩等数据常年存在错误。机电类特种设备行业，对于常用的材料参数，不但被监管者概念模糊，监管者同样认知不清。![]()
游乐设施上大部分的轴类用45钢进行加工制造，个别受力大些的轴类零件，用40Cr进行加工制造。很少用到直径超过100mm的40Cr轴，40Cr轴要全部调质处理。经过调质后，可得到强度和韧性等较好综合机械性能。
40Cr是合金结构钢，美国AISI/SAE/ASTM标准钢号5140，在游乐设施上通常用作轴的材料，调质处理后具有良好的综合力学性能，随着回火温度升高，塑性、抗冲击性提高，但硬度、抗拉强度降低。材料的参数取值，应该依据《机械设计手册》取值。40Cr 的抗拉强度应该取σb=750 MPa。注意：调质的目的是使钢材具有良好的综合力学性能，而不是提高抗拉强度。为什么材料参数可以任意取值？是否材质单的数据只要厂家取值就可以？设计阶段材料参数的取值，是否存在争议？
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40Cr的抗拉强度取值980 MPa，Q235B的抗拉强度取值420 MPa/400 MPa，45钢的抗拉强度取值400 MPa，这些材料参数取值的依据是什么？
声明：作为圈外人士，越俎代庖的谈论一点不成熟的看法，闲聊一番，权当消遣。本文仅限学术交流，仅为作者个人之愚见，诚恳接受行业专家批评指正！![]()
