汽车发动机曲轴材料的选择及工艺设计

专业课程设计任务书

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设计题

汽车发动机曲轴材料的选择及工艺设计

目：

设计内容：

1根据零件工作原理，服役条件，提出机械性能要求和技术要求。

2、选材，并分析选材依据。

3、制订零件加工工艺路线，分析各热加工工序的作用。

4、制订热处理工艺卡，画出热处理工艺曲线，对各种热处理工艺进行分析，

并分析所得到的组织，说明组织及性能的检测方法与使用的仪器设备。

5、分析热处理过程中可能产生的缺陷及补救措施。

6、分析零件在使用过程中可能出现的失效方式及修复措施。

目录

0 刖言.............................................................................. .1

1 汽车发动机曲轴的工作条件及性能要求......... . (2)

1.1汽车发动机曲轴的工作条件 (3)

1.2汽车发动机曲轴的性能要求及技术要求 (3)

2 汽车发动机曲轴的材料选择及分析................... .4

2.1零件材料选择的基本原则 (4)

2.2曲轴常用材料简介 (5)

2.3汽车发动机曲轴材料的确定 (5)

3 曲轴的加工工艺路线及热处理工艺的制定......... .. (6)

3.135CrMo曲轴热处理要求 ................................ .. (6)

3.2汽车曲轴的热处理工艺的制定 (6)

3.2.1 调质处理............................. .... ..... (7)

3.2.2去应力退火 .............................. ... .... .. (8)

3.2.3圆角高频淬火和低温回火 ..................... .. .... (9)

4 曲轴热处理过程中可能产生的缺陷及预防措施 ....... (11)

4.1校直过程引起材料原始裂纹 (11)

4.2曲轴圆角淬火不当引起裂纹源 (12)

4.3淬火畸变与淬火裂纹 (12)

4.4淬火导致氧化、脱碳、过热、过烧 ....................... ..13

4.5 淬火硬度不足 (13)

5 曲轴在使用过程中可能产生的失效形式及分析 (13)

6 课程设计的收获与体会............. ........ (14)

7 参考文献 (15)

8 工艺卡......................... ............ . (16)

0前言

发动机是汽车的“心脏”，而曲轴是发动机的关键零部件，是发动机中成本最高的零件。现代化的发动机对曲轴毛坯提出了有6拐、呈120° 分布、带12个整体平衡块的要求。在机型改造的过程中，首先遇到的问题就是曲轴强度不足，一般是通过加粗轴颈、优选材质和表面强化等方法来增大曲轴强度，从而满足功率提高的要求。加粗轴颈在生产实践中受到各方面条件的限制，应用范围较窄，所以选择合适的材料和适宜的表面强化方法是解决曲轴强度的主要途径。

曲轴一般由主轴颈、连杆轴颈、曲柄、平衡块、前端和后端等组成。

曲轴是汽车发动机的最关键的零部件之一，曲轴的性能在很大程度上影响着汽车发动机的可靠性与寿命，它与连杆配合将作用在活塞上的气体压力变为旋转的动力，传给底盘的传动机构，同时，驱动配气机构和其它辅助装罝。曲轴在周期性变化的气体力、惯性力及其力矩的共同作用下工作，承受弯曲和扭转交变载荷，受力大而且受力复杂，同吋，曲轴又是高速旋转件。因此，曲轴应有足够的抗弯曲、抗扭转的疲劳强度和刚度；轴颈应有足够大的承压表面和耐磨性；曲轴的质量应尽量小；对各轴颈的润滑应该充分。

另外，曲轴在发动机中承担着最大的负荷和全部的功率，承担着强大的方向不断变化的弯矩和扭矩，同时承受着长时间的高速运转的磨损，圆角过渡处处于薄弱环节，主轴颈与圆角的过渡处更为严重。因而，需要合适的热处理工艺，以保证其达到所要求的各项性能指标。曲轴工作过程中，往复的惯性力和离心力使之承受很大的弯曲---扭转应力，轴颈表面容易磨损，且轴颈与曲臂的过渡圆角处最为薄弱。除曲轴的材质，加工因素外，曲轴的工作条件（温度、环境介质、负荷特性）等都是影响曲轴服役的重要因素。

1汽车发动机曲轴的工作条件和性能要求

1.1汽车发动机曲轴的工作条件

曲轴工作过程中，往复的惯性力和离心力使之承受很大的弯曲---扭转应力；曲轴在周期性变化的气体力、惯性力及其力矩的共同作用下工作，承受弯曲和扭转交变载荷，受力大而且受力复杂，同吋，曲轴又是高速旋转件。因此，轴颈表面容易磨损，且轴颈与曲臂的过渡圆角处最为薄弱。除曲轴的材质，加工因素外，曲轴的工作条件(温度、环境介质、负荷

特性)等都是影响曲轴服役的重要因素。

1.2汽车发动机曲轴的性能要求及技术要求

曲轴应有足够的抗弯曲、抗扭转的疲劳强度和刚度；轴颈应有足够大的承压表面和耐磨性；曲轴的质量应尽量小；对各轴颈的润滑应该充分，需要合适的热处理工艺，以保证其达到所要求的各项性能指标。

由于发动机曲轴的服役条件比较苛刻，这就给了曲轴材料较高的要求。曲轴材料需要有较高的强度、冲击韧性、耐磨性。一般采用锻造钢和球墨铸铁，锻钢需要进行热处理采用调质，即淬火后高温回火，使材料具有较高的综合机械性能，轴径表面再进行表面淬火，提高表面硬度及耐磨性。球墨铸铁曲轴采取等温回火、中频淬火、激光淬火等热处理工艺。

为此，对曲轴提出以下技术要求：

硬度：216〜269HB

2汽车发动机曲轴材料的选择及分析

2.1零件材料选择的基本原则

(1)材料的机械性

实践中根据零件的失效分析，提出对零件的技术要求，然后从材料及其强化人手解决零件的失效问题，已成为材料强度科学研究的主要内容零件的失效除了与材料及热处理有关外，还与服役条件有关•各种零

件的服役条件不同，其失效形式也不同，选择材料应以此为依据。

(2)材料的工艺性能