凸轮轴热处理工艺的优化设计

1.凸轮轴的热处理工艺分析

（1）凸轮轴的失效分析

1）由于凸轮轴工作时，其凸轮处承受周期性挤压应力，导致凸轮表面产生麻点，甚至表面剥落而失效。

2）因凸轮与挺杆体反复周期接触而产生滑动摩擦，使凸轮尖部严重磨损失效。

（2）凸轮轴主要性能要求 汽车拖拉机用内燃机凸轮轴，由于凸轮-挺杆间的接触应力较大，因此，要求具有良好的耐磨性和抵抗点蚀的能力，以及适宜的硬化层深度，以防硬化层剥落。

（3）凸轮轴选材要点 由于凸轮轴的使用条件及工况不同，则对材料要求也不同。目前，汽车拖拉机和柴油机用的凸轮轴材料有钢和球墨铸铁两种。其中，钢的牌号包括碳素钢45钢（调质）、20钢和20CrMnTi钢（渗碳）以及QT900-2等。

（4）凸轮轴的热处理 凸轮轴的预备热处理工艺：球墨铸铁和合金铸铁凸轮轴采用去应力退火；钢制凸轮轴多采用正火或调质。其最终热处理：球墨铸铁和合金铸铁凸轮轴采用贝氏体等温淬火和氮碳共渗；低碳钢制凸轮轴采用渗碳淬火、回火；中碳钢采用感应淬火、回火等。

2.典型凸轮轴的热处理工艺设计

以铬钼合金铸铁制凸轮轴为例，对其进行热处理工艺设计。(www.xing528.com)

（1）铬钼合金铸铁典型成分 其成分（质量分数）为：C3.2％～3.4％，Si1.9％～2.1％，Mn0.7％～0.9％，P＜0.1％，S≤0.01％，Cr0.9％～1.1％，Mo0.4％～0.6％。

（2）铬钼合金铸铁制凸轮轴加工路线 铸造毛坯→加工中心孔→中频感应淬火→粗磨→精磨→校直→清洗→离子氮碳共渗→抛光。

（3）主要技术要求 氮碳共渗层深度为0.10～0.15mm；表面硬度≥860HV。

（4）热处理方法及工艺参数设计

1）工艺方法：铬钼合金铸铁制凸轮轴在LD-75A离子渗氮炉中进行氮碳共渗，采用竖直插入式装夹，装炉量为300根／炉。

2）主要工艺参数：共渗温度为550～600℃，时间为2.5～4h；氨气供给量0.6～1.5L／min，丙烷气供给量为5～15mL／min；炉内压力为1500～2200Pa；电压为500～800V，电流为20～80A；冷却方式为真空炉冷。

（5）处理结果 化合物层深为0.008～0.016mm，扩散层深大于0.20mm。