曲轴热处理工艺的设计方法

1.曲轴的热处理工艺分析

（1）曲轴的失效分析

1）多数曲轴因轴颈与曲柄过渡圆角处应力集中而产生疲劳裂纹，进一步拓展后断裂。

2）有时因在轴颈中部的油道内壁产生裂纹，发展为曲柄处的断裂。

3）因长期使用造成轴颈表面严重磨损而失效。

（2）曲轴主要性能要求 首先应满足其整体力学性能要求，其次要满足曲拐轴颈的疲劳强度和耐磨性。

（3）曲轴选材要点 曲轴材料有钢和球墨铸铁两种。其中，钢质材料包括45和50碳素结构钢和40Cr、50Mn、35CrMn、42CrMn、35CrNiMo、18Cr₂Ni₄WA等合金结构钢以及45V、48MnV、49MnVS等非调质钢。在GB／T 23339—2009《内燃机曲轴 技术条件》中对锻钢曲轴的选材有严格要求。

球墨铸铁曲轴应按GB／T 1348—2009中的规定，即采用不低于牌号为QT700-2的球墨铸铁制造；内燃机转速低于1500r／min的曲轴，可采用不低于QT600-3的球墨铸铁制造；农业用发动机曲轴，也有的企业规定球墨铸铁力学性能不低于牌号QT600-3的。

（4）曲轴的热处理方法 各种曲轴的预备热处理为正火或调质处理；其最终热处理有感应淬火回火、渗氮和氮碳共渗等方法。

2.典型球墨铸铁曲轴的热处理工艺设计

（1）球墨铸铁典型成分 其成分（质量分数）为C3.5％～3.8％，Si1.8％～2.2％，Mn0.5％～0.8％，P＜0.1％，S≤0.03％，Mg0.045％～0.06％，RE0.035％～0.05％。

（2）热处理技术要求

1）毛坯硬度：240～280HBW；整体淬火回火后硬度为40～45HRC；轴颈表面淬火和自回火后硬度为52～57HRC。(www.xing528.com)

2）金相组织：毛坯基体为（体积分数）球化级别≥4级、珠光体≥80％、碳化物≤2％；成品基体组织为回火马氏体＋球状石墨；弯曲度不得大于加工余量的1／3；表面质量为不得有肉眼可见的裂纹、划痕和铸造气孔、夹渣、砂眼等缺陷。

（3）生产批量及铸造方法1500件毛坯，全部采用砂型铸造法。

（4）曲轴毛坯预备热处理设备 在台车式电阻炉中进行，温度测量与控制为自动控制仪表；装炉量为8～10件／炉。

1）预备热处理工艺：根据同批铸件毛坯试样的硬度及金相检验结果确定，可在500～600℃去应力退火（硬度和金相组织合格，只为消除铸造应力时采用），或在720～760℃低温石墨化退火（在铸态无共晶渗碳体或数量不多时采用），或在900～960℃高温石墨化退火（当硬度≥240HBW或出现白口时采用），或在840～880℃正火（当硬度≤180HBW时采用）。

2）操作要点：300℃以下装炉，加热保温时间为4.5h，随后正火空冷或退火，采用炉中缓冷到200℃以下出炉。

（5）曲轴的整体热处理 成品的整体热处理为淬火和回火。

1）淬火准备工作：在台车式电阻炉中进行，温度测量与控制为自动控制仪表；为防止氧化脱碳，采用单件浸蘸市场供应的保护涂料。浸涂操作要点详见其产品使用说明书。

2）装炉方式：单件立式吊挂，吊入RJ2-105-12井式电阻炉加热。

3）淬火工艺参数：850～900℃，透烧后保温25～30min，随即在油中冷却到200℃左右出油，继续空冷到室温。

4）清洗：在清洗机中喷淋20～30min，彻底去油。

5）回火：在带风扇并自动控温的回火炉中进行，温度为250～300℃，到温后保温30～45min出炉空冷。

（6）质量检验 按技术要求中的各项逐一检验，全面合格后方可转入轴颈高频感应淬火。