汽车发动机曲轴的热处理工艺

摘要：本文对一般汽车发动机曲轴的各项性能与技术参数进行了分析，制定出相应材料（35CrMo）曲轴的热处理工艺方案，在工艺试验的基础上对方案进行了验证与改进，保证曲轴的各项性能达到要求。

关键词：曲轴热处理工艺35CrMo 调质高频淬火

目录

1．引言 (3)

2．曲轴的服役条件与失效形式 (3)

2.1．服役条件 (3)

2.2．失效形式 (4)

3．技术要求与材料的选择 (5)

3.1 锻钢曲轴热处理的技术要求 (5)

3.2 材料的选择 (5)

3.2.1选材条件 (5)

3.2.2 锻钢曲轴材料的要求 (5)

3.2.3 备选材料的化学成分与力学性能的对比与分析 (5)

3.2.4 材料的确定 (6)

4.加工工序 (6)

5.具体热处理工艺的制定与用材分析 (7)

5.1 35CrMo热处理的技术要求 (7)

5.2 具体工艺与用材分析 (7)

5.2.1 原始材料的组织与性能 (7)

5.2.2调质工艺与用材分析 (8)

5.2.2.1 调制工艺参数的确定 (8)

5.2.2.2 组织性能分析 (8)

5.2.3 去应力退火 (10)

5.2.4表面处理 (10)

5.2.4.1表面热处理工艺 (10)

5.2.4.2 组织性能分析 (11)

6．结论 (12)

7．参考文献 (14)

致 (15)

1．引言

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。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。

图(1).曲轴结构示意图

2.曲轴的服役条件与失效形式

2.1．服役条件

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。在曲轴工作的过程中，往复的惯性力和离

心力使之承受很大的弯--扭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。

2.2 失效形式

①疲劳断裂：多数断裂时曲柄与轴颈的圆角处产生疲劳裂纹，随后向曲柄深处

发展，造成曲柄的断裂，其次是曲柄中部的油道壁产生裂纹，发展为曲柄处的断裂。

②轴颈表面的严重磨损。（如图2）

图(2)、磨损的曲轴

3．技术要求与材料的选择

3.1 锻钢曲轴热处理的技术要求

气缸直径小于或等于200mm的往复活塞式燃机曲轴的热处理技术要求

预备热处理

项目锻钢

最终热

处理（感

应加热

淬火）

淬硬层深度

D S∕mm

2.0~4.5

毛坯硬度（HBS）调制207~302

硬度（HRC）≥53 同一曲轴硬度差（HBS）≤50

同曲轴硬度差

（HRC）

≤6 显微组织

（体积分数）

索氏体

1~4级

显微组织

细针状M

1~3级

3.2 材料的选择

3.2.1选材条件

首先，应满足曲轴的力学性能，它取决与发动机设计的强度水平。

其次，考虑曲轴的疲劳强度和耐磨性。（与材料本身的成分及热处理后的性能有关）

3.2.2锻钢曲轴材料的要求

根据JB∕T6727。锻钢曲轴对材料的要求如下：

①钢的含碳量要精选，含碳量的变化围应不大于0.05％(质量分数)；钢的含S .P 量应不大于0,.0025％（质量分数）。

②钢的非金属夹杂物，脆性夹杂物，塑性夹杂物应不超过GB10561规定的2.5级。

③钢的淬透性应按GB255进行测定，其淬透性曲线应在所用的钢号的淬透性

围。

3.2.2备选材料的化学成分与力学性能的对比与分析

各种适合曲轴材料的化学成分及机械性能（质量分数）

3.2.4 材料的确定

由于曲轴需要承受交变的弯曲---扭荷以及发动机的大的功率，因此，要求其具有高的强度，良好的耐磨、耐疲劳性以及循环韧性等。因而，根据曲轴材料的要求，各项技术要求，及材料的成分，机械性能，淬透性，同时需考虑成本的经济性，最终选择不含贵金属的且各项性能指标优良的35CrMo作为汽车发动机的材料。

4.加工工序

（锻坯）调制（淬火+高温回火）→矫直→清理→检验→粗加工→去应力退火→精加工→表面热处理（高频淬火+低温回火）→矫直→磨削→检验

5．具体热处理工艺的制定与用材分析

5.1 35CrMo热处理的技术要求

5.2 具体工艺与用材分析

5.2.1原始材料的组织与性能

本次实验采用φ 15 （mm）棒材。图3为4％的硝酸酒精腐蚀过的材料原始状态的金相显微图。

图(3).35CrMo退火态（500x）

从其显微组织图上可观察到其组织为铁素体基体上分布着层片状的珠光体（F+P）。其组织结构均匀。

其初始态的力学性能：

HRC：32 30 31 31 31 31 30 31 31

从以上数据可以看出其力学性能均匀。

5.2.2 调质工艺与用材分析

5.2.2.1 调质工艺参数的确定

淬火温度：由于35CrMo是亚共析钢，所以淬火温度取AC3+30～ 50℃,所以可确定出材料的淬火温度应为850℃较合适。其保温时间可由经验公式t≈（1.2～1.5）•D ，由于实验室一般取上限所以可得出淬火保温时间大约为25min。

淬火介质：油淬

回火温度：560℃

保温时间: 1h

回火介质：油

加热设备：箱式电阻炉