1、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的熱處理工藝設(shè)計(jì)摘要通過(guò)對(duì)12缸、四沖程、水冷高速大功率柴油機(jī)曲軸材質(zhì)及調(diào)質(zhì)后各項(xiàng)性能指標(biāo)的分析，可知通過(guò)選用優(yōu)質(zhì)合金構(gòu)造鋼40Cr,加適宜的熱處理工藝，可以最大限度地提高高速大功率柴油機(jī)曲軸性能。關(guān)鍵字：發(fā)動(dòng)機(jī)；曲軸；選材；熱處理工藝目錄.緒論3.曲軸服役條件和性能指標(biāo)4服役條件4技術(shù)要求4調(diào)質(zhì)技術(shù)要求4滲氮技術(shù)要求43原材料狀態(tài)和加工工序5材料原始狀態(tài)5材料5鍛造工藝5加工工序5.熱處理工藝5調(diào)質(zhì)工藝5去應(yīng)力回火工藝6.選材用材分析6.結(jié)論10.緒論發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車(chē)的“心臟，而曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部位?，F(xiàn)代化的發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)曲軸毛坯提出了有6拐、呈120。分布、帶12個(gè)整體平衡塊的要求。

2、在機(jī)型改造的過(guò)程中，首先遇到的問(wèn)題就是曲軸強(qiáng)度缺乏，一般是通過(guò)加粗軸頸、優(yōu)選材質(zhì)和外表強(qiáng)化等方法來(lái)增大曲軸強(qiáng)度，從而滿足功率提高的要求。加粗軸頸在生產(chǎn)實(shí)踐中受到各方面條件的限制，應(yīng)用圍較窄，所以選擇適宜的材料和適宜的外表強(qiáng)化方法是解決曲軸強(qiáng)度的主要途徑。曲軸在工作中承受交變載荷，圓角過(guò)渡處屬于薄弱環(huán)節(jié)，主軸頸和連桿頸的過(guò)渡處更為嚴(yán)重。如果機(jī)械加工不當(dāng)，潤(rùn)滑保養(yǎng)不好或柴油機(jī)運(yùn)行受力不當(dāng)，圓角部位的附加應(yīng)力超過(guò)了界限值，就會(huì)在此部位產(chǎn)生疲勞源，逐漸擴(kuò)展形成裂紋，最終發(fā)生疲勞斷裂。所以曲軸外表強(qiáng)化處理主要是通過(guò)對(duì)曲軸圓角的強(qiáng)化來(lái)提高曲軸的疲勞強(qiáng)度1。曲軸在發(fā)動(dòng)機(jī)中承當(dāng)最大負(fù)荷和全部功率，承受著強(qiáng)大的

3、、方向不斷變化的彎矩及扭矩，同時(shí)經(jīng)受著長(zhǎng)時(shí)間高速運(yùn)轉(zhuǎn)的磨損，因此要求曲軸材質(zhì)具有較高的剛性、疲勞強(qiáng)度和良好的耐磨性能。.曲軸服役條件和性能指標(biāo)服役條件曲軸工作過(guò)程中，往復(fù)的慣性力和離心力使之承受很大的彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，軸頸外表容易磨損。疲勞斷裂是曲軸的主要破壞形式，裂紋源多發(fā)生在軸頸與曲臂的過(guò)渡圓角處。除曲軸的材質(zhì)、加工因素外，如果由于工作條件（溫度、環(huán)境介質(zhì)、負(fù)荷特性）的變化，特別是曲軸在工作運(yùn)轉(zhuǎn)中所受的彎曲應(yīng)力或扭轉(zhuǎn)應(yīng)力超出了損壞界真實(shí)應(yīng)力,（-1,V，在圓角過(guò)渡處的薄弱部位就會(huì)出現(xiàn)裂紋而開(kāi)展為彎曲疲勞斷裂或扭轉(zhuǎn)疲勞斷裂。技術(shù)要求調(diào)質(zhì)技術(shù)要求調(diào)質(zhì)曲軸試樣硬度及機(jī)械性能。硬度：290330HB

4、機(jī)械性能：b1000Mpas800Mpa12%45%AKuA45Ju型缺口滲氮技術(shù)要求外表硬度：550HV滲氮層深度：0.250.40mm3.原材料狀態(tài)和加工工序材料原始狀態(tài)材料選用的材料是40Cr,其化學(xué)成份如表1所示表140Cr鋼化學(xué)成分%CSiMnCrSPNiCu0.370.450.170.370.50-0.800.801.100.0300.0300.250.0303.1.2鍛造工藝分段加熱，彎曲鍛鍛成型。鍛后正火：880C,高溫回火：650c加工工序彎曲鍛鍛一一正火一一高溫回火一一粗車(chē)主軸頸、連桿軸頸及外圓端面一一調(diào)質(zhì)一一精車(chē)主軸頸、連桿軸頸及開(kāi)檔一一去應(yīng)力回火一一精車(chē)、半精磨主軸頸、

5、連桿軸頸及開(kāi)檔一一時(shí)效一一半精磨、精磨主軸頸、連桿軸頸及鉆較直油孔、斜油孔滲氮拋光。.熱處理工藝調(diào)質(zhì)工藝淬火溫度：830C,保溫時(shí)間：1盼鐘;淬火介質(zhì)：油回火溫度：560C,保溫時(shí)間：12h,冷卻介質(zhì)：水。去應(yīng)力回火工藝穩(wěn)定回火：溫度540C,保溫時(shí)間11.5h;低溫時(shí)效：溫度250C,保溫時(shí)間11.5h。.選材用材分析曲軸選用010棒材，選取端面較為平整的一面觀察其金相組織，顯微組織為粒狀珠光體加少量鐵素體，組織均勻，晶粒細(xì)小，晶粒度78級(jí)，如下圖。40Cr材料鍛造成型為曲軸毛坯后，為克制因鍛造加熱引起晶粒長(zhǎng)大和不均勻性問(wèn)題，利用正火處理消除鍛造時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力。因?yàn)?0Cr材料屬于珠光體-馬氏

6、體類鋼，正火后再高溫回火軟化處理，可以給隨后的機(jī)械加工和調(diào)質(zhì)處理打下了良好的根底。實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，電渣重熔鋼能使非金屬夾雜物和有害元素含量大大降低，尤其是P、S有害元素由電爐鋼的0.03%和0.03%,分別降低至0.005%和0.002%同時(shí)可使其化學(xué)成分均勻、純潔度高、晶粒細(xì)小、組織致密，橫向力學(xué)性能顯著改善，根本上消除了橫向性能大大低于縱向性能的弊端，使各方向性能根本一致，防止早期橫向斷裂。由上可知電渣重熔鋼力學(xué)性能明顯高于電爐鋼。圖1如上圖所示為40C鋼的原始組織金相，可看出顯微組織不是很均勻，并且晶粒較為粗大，此時(shí)的40C鋼的綜合性能完全不適合制作曲軸，需要通過(guò)一定的熱處理來(lái)改善其部組織，即

7、需要進(jìn)展預(yù)備熱處理,來(lái)細(xì)化晶粒，改善組織性能，根據(jù)已學(xué)知識(shí)，并且翻閱相關(guān)書(shū)籍，我選擇使用正火這一熱處理工藝來(lái)作為40C鋼的預(yù)備熱處理工藝，同時(shí)根據(jù)試樣大小010通過(guò)公式計(jì)算來(lái)確定正火時(shí)間為7分鐘，根據(jù)40Cr的根本性質(zhì)Ac3的溫度確定了正火的溫度為880C,來(lái)改善其晶粒大小，使得晶粒細(xì)化以便得到更好的切削性能并未淬火做組織準(zhǔn)備正火后的組織金相如下列圖所示圖2正火后組織變成了片狀P和片狀滲碳體，此時(shí)的鋼的切削性能較好，硬度較低，便于切削加工。硬度在28HRC左右，由于作為曲軸要有一定的硬度與耐磨性，而此時(shí)的40C壞滿足要求，因此要進(jìn)展更進(jìn)一步的操作，即進(jìn)展最終熱處理，通過(guò)查閱有關(guān)資料，并結(jié)合所學(xué)

8、知識(shí)，我選用調(diào)質(zhì)處理+外表高溫淬火來(lái)作為40C柞岡的最終熱處理工藝使用淬火來(lái)提高鋼的硬度，根據(jù)試樣尺寸，確定淬火時(shí)間為18鐘,溫度為830C,由于40C鋼的淬透性比擬好，為了防止40C制在淬火時(shí)出現(xiàn)淬裂現(xiàn)象，因此選擇淬火介質(zhì)一一油。淬火后的組織金相如下列圖所示圖3通過(guò)淬火處理后，淬火組織為馬氏體，具有很高的硬度，不過(guò)很脆，所以需要通過(guò)高溫回火來(lái)提高其韌性，適當(dāng)?shù)慕档推溆捕?。此時(shí)的40C柞岡的硬度高達(dá)62HRC。不便于加工。由查表可知為了使淬火M盡可能的轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗餝,加熱時(shí)間必須在1個(gè)小時(shí)以上，所以選擇加熱時(shí)間為2個(gè)小時(shí)，根據(jù)所選鋼材40C鋼的根本性質(zhì)，并結(jié)合所學(xué)知識(shí)選擇回火所需溫度為560C。

9、高溫回火后的組織金相圖如下所示：圖4此時(shí)40C鋼件的金相組織為回火索氏體，保存了淬火效應(yīng)，索氏體均勻細(xì)密，晶粒細(xì)小，具有良好的硬度與韌性。此時(shí)的40CrW硬度在32HRC左右，已經(jīng)根本符合制作曲軸的要求?？梢酝度肷a(chǎn)中。試驗(yàn)說(shuō)明：馬氏體組織經(jīng)低溫回火，具有較高的強(qiáng)度、硬度，但塑性韌性較低；隨回火溫度提高，其強(qiáng)度下降，塑性韌性提高；經(jīng)高溫回火得到均勻回火索氏體組織，可獲得較高的綜合機(jī)械性能，強(qiáng)度及塑韌性得到最好的配合。.結(jié)論通過(guò)選用40C柞岡，加上適宜的熱處理工藝，即正火一一調(diào)質(zhì)處理，可以很大限度的提高曲軸強(qiáng)度，并且通過(guò)高頻外表淬火工藝，可以很好的提高曲軸的外表硬度以及外表耐磨性。在對(duì)40C柞岡進(jìn)展熱處理時(shí)由于淬透性比擬好，很容易出現(xiàn)淬裂，所以對(duì)選擇淬火介質(zhì)是要選擇冷速較慢的介質(zhì)比方空冷、油冷等等。但是假設(shè)選擇了水冷，那么很容易淬裂。做實(shí)驗(yàn)室不小心放入水中冷卻，40C的直接是部出現(xiàn)裂紋，金相組織顯示晶格紊亂。所以選擇了油冷來(lái)減小曲軸開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)采用階梯加熱、淬火前空氣預(yù)冷和嚴(yán)格控制淬火冷卻時(shí)間的方式，能減小大型曲軸因產(chǎn)品構(gòu)造各部位尺寸差異產(chǎn)生的應(yīng)力，降低開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。