球铁曲轴应用及发展现状

３ ）曲轴 服 役 过 程 中 的异 常 情 况 引 起 曲轴 损 坏 。发 动
机曲轴 服役 中的异常情况 非常复 杂 ， 引起 曲轴损 坏的形式
也 多 种 多 样 。 很 多 情 况 下 ， 凭 断 口 、 颈 表 面 形 貌 以及 仅 轴 轴 瓦 相关 件 等方 面 的 分 析 ， 难 确 切 判 断 出具 体 的 失 效 原 很
动机 曲轴 的生 产 ， 比较 成 熟 的 钢 种 有 ４ Ｍｎ Ｃ ８ ２等 。 ８ Ｖ、 ３ Ｎ 其 主 要 优 点 是 ： 强 度 等 级 与 调 质 钢 相 同 的 情 况 下 ， 省 在 可 去 调 质 工 序 ； 与 调 质 钢 相 比 ， 常 具 有 更 好 的 机 加 工 性 且 通
曲轴是 内燃机 的关键 零件之 一 ， 用于将活 塞连杆 的往 复运动转变为旋 转运 动。 曲轴在 工作 过程 中既要 承 受周 期性变化 的气 体压 力 、 往复 惯性 力 和离 心力 ， 又要 承受 他 们所产生的扭矩 和 弯矩 。因此 ， 在上 述载 荷 的作用 下 ， 曲 轴 承受着很 大的弯曲 、 扭转应 力 ， 转振 动和附加 应力 ， 扭 以
大面积缩孔。这种 缺 陷 的存 在 ， 不仅 降低 了基 体 的强度 ，
１ 球 墨 铸 铁 曲轴 的发 展 现 状
１ １ 曲轴 材 料 的应 用现 状 ． 早 期 的 汽 车 发 动 机 曲 轴 主 要 采 用 ４ Ｃ、 ０ ｎ ０ ｒ ４ Ｍ Ｂ、 ４ ＣＭｏ 中碳 钢 材 料 ｊ ２ｒ 等 。但 从 ２ 纪 ９ 代 中 期 以来 ， ０世 ０年
劳断裂。
能 。同时近年来 ， 用球 墨铸 铁铸 造 的 曲轴 因其 在 成本 、 采 工艺上的优势也得到了很好 的应用 ， 特别 是球墨铸 铁 曲轴
加 圆角 滚 压 强 化 工 艺 在 重 载 发 动 机 曲 轴 的 制 造 上 显 现 出 了 很 好 的 应 用 前 景 。 球 墨 铸 铁 的 切 削 性 能 良好 ， 此 他 不 仅 可 获 得 较 理 想 因
第３ ｌ卷 第 ４期
四 川 兵 工 学 报
２１ ０ ０年 ４月
【 制造技术】
球 铁 曲轴 应 用及 发 展 现 状
苑 改 红
（ 备 指 挥 技 术 学 院 士 官 系 装 备 勤 务 教 研 室 ， 京 １２４ ） 装 北 ０ ２ ９
摘要 ： 分析 了球 墨铸铁 曲轴 的应用 现状 和常见失 效形 式 ， 出了在兼顾性能及 成本 的要求下 ， 提 球铁 曲轴 以其较高
早起源处不在表 面 ， 而在 曲轴 内部 的缩孔 前沿 ； 纹从 源 裂
区疲 劳 扩 展 ， 明 其 扩 展 过 程 与 油 孔 无 直 接 关 系 。 可 见 ， 说 发动机曲轴断裂 的直接 原 因是 由于其 近表 面基体 内存在
任 一 个 环 节 的不 当 ， 可 能 会 造 成 曲轴 的 失 效 。 都
而且 容易 引起 应 力集 中， 而导 致裂 纹 在此处 萌生 并扩 从 展 。 根 据 化 学 成 分 分 析 结 果 可 知 ， 、 含 量 偏 低 ， 易 于 碳 硅 更 导致铸件形成缩孔 。 ２ ）轴 颈 圆 角 淬火 工艺 不 当 。对 于球 铁 曲轴 而 言 ， 目前
非调质钢开始大 量用 于我 国汽 车发 动机 尤其 是 中重型 发
选 用 、 造 、 加 工 、 处 理 、 直 、 面 强 化 、 配 、 行 等 锻 机 热 校 表 装 运
１ ）铸造缺陷 。其断 口具有 如下 特征 ： 断裂起源于连杆 颈 中 间位 置 ， 没 有 靠 近 圆 角 处 ； 纹 源 区 有 肉 眼 可 见 的 而 裂
大 面 积 缩 孔 ； 纹 自缩 孔 处 直 接 起 源 ， 明显 看 到 裂 纹 最 裂 可
的刚性和疲劳强度以及 良好的耐磨 性可成为替代 锻钢 曲轴 的首选 ， 最后 综述 了球 铁 曲轴铸 件 的材料 、 艺及改 工
善 曲 轴 圆 角 滚压 强化 工 艺 等 方 面 的 研 究 现 状 。 关 键 词 ： 铁 曲 轴 ； 用 ； 展 现 状 球 应 发 中 图分 类 号 ：Ｇ ５ Ｔ ２５ 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ６— ７７ ２ １ ）４— ０９— ３ １０ ０ ０ （０ ０ ０ ０ ６ ０ 同时 ， 墨铸 铁 曲轴 的 成 本 只有 调 质 钢 曲 轴 成 本 的 １３左 球 ／
及 交变 负荷 的 冲击 。这 些 载 荷 不 仅 数 值 较 大 ， 且 一 般 而
右， 所以球墨铸铁 曲轴 在 国内外 得到 了广泛应用 。统 计资
料表 明， 车用 发 动 机 曲轴 采 用 球 墨 铸 铁 材 料 的 比例 为 ： 美 国 ９％ 、 国 ８ ％ 、 ０ 英 ５ 日本 ６ ％ ， 外 德 国 、 利 时 等 国 家 也 ０ 此 比 已经 大 批 量 采 用 球 墨 铸 铁 材 料 。 １２ 球 铁 曲轴 的 常见 失效 形 式 ． 对 球 铁 曲轴 而 言 ， 见 的失 效 形 式 有 ３种 。 常
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呈周期性变化 ， 容易 使 曲轴产 生扭 转 和弯 曲变形 ， 至 故 甚
产 生 裂纹 和 断裂 Ｉ 。此 外 ， 动 机 的 不 断 增 压 、 断 扩 缸 ， ２ Ｊ 发 不 以及 传 动 功 率 的不 断 提 高 ， 得 曲轴 各 轴 颈 要 在 很 高 的 压 使 力下高速转动 ， 此要 求 曲轴必 须有很 高 的抗 拉强 度 、 因 刚 度 、 磨 性 、 疲 劳 性 以及 冲 击 韧 性 。故 曲 轴 设 计 、 材 料 耐 耐 原
多采用圆角滚压强 化工 艺或 先氮化 再滚 压强 化 的复合强 化 工 艺 。随 着 发 动 机 增 压 等 新 技 术 日益 广 泛 的 应 用 ， 曲 对
轴疲劳强度的要 求也越 来 越高 ， 圆角强 化工 艺不 当 ， 若 曲 轴达不到应有的疲劳强度 ， 有可能会 在服役过 程产生疲 就