汽车发动机曲轴的热处理工艺

汽车发动机曲轴的热处理工艺

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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)

５．１35CｒMo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 (1)

４

致谢 (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内壁产生裂纹，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的往复活塞式内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,含碳量的变化范围应不大于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

范围内。

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) 钢号

主要化学成分

C ＭｎSi Cr Ｎi Mｏ

45 0.42~0．５

0．５~

０.8

0,17~0.37

40Ｃｒ

０.37~

０.45

０．5~0.8 0．２~0.４０.8～１.10

４0CrＮｉ

0.37~０.４

４０．5～

0.8

0.2~0．４0.4７~０.75 1.0~１.4

40CｒNiＭoA 0．３

7~0.44

0.５～

０.8

0.2~0.4 ０.６~０.9

１.２5～

１．75

0．15～0．２

5

35CrMｏ

0.３7~

０．４o．47~0.

７

０.2~0．4 0.8~1.10 0.15~0.25

钢号

σb

MPａσs

ＭＰa

δ5

％

Ψ

％

ak

(Ｊ·cm-2)

毛坯尺寸

mm

45 ９﹤１00

40Cr 1 25 4０CrNi 1 0 ２5 4０CrNiMo

Ａ

1 00 25 35ＣrMo 1 0 25 3．2．４材料的确定

由于曲轴需要承受交变的弯曲-－-扭转载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