汽車發(fā)動機(jī)曲軸材料的選擇及工藝設(shè)計(編輯修改稿)
2025-02-09 08:07 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 化學(xué)成分 C Mn Si Cr Ni Mo 45 ～ ～ ～ 40Cr ～ ～ ～ ～ 40CrNi ～ ～ ～ ～ ～ 40CrNiMoA ～ ～ ～ ～ ～ ~ 35CrMo ～ ～ ～ 04 ～ ~ 由于曲軸需要承受交變的彎曲 — 扭轉(zhuǎn)載荷以及發(fā)動機(jī)的大的功率。 因此，要求其具有高的強(qiáng)度，良好的耐磨、耐疲勞性以、及循環(huán)韌性 。同時，曲軸材料需要有較高的強(qiáng)度、沖擊韌性、耐磨性。一般采用鍛造鋼和球墨鑄鐵，鍛鋼需要進(jìn)行熱處理采用調(diào)質(zhì)，即淬火后高溫回火，使材料具有較高的綜合機(jī)械性能，軸徑表面再進(jìn)行表面淬火，提高表面硬 度及耐磨性。球墨鑄鐵曲軸采取等溫回火、中頻淬火、激光淬火等熱處理工藝。 通過對不同材料所含主要成分的含量我們可以確定材料成本比較經(jīng)濟(jì)的材料，但是我們還要令其滿足我們所需要的以上性能，所以我們需要對不同材料加工成曲軸是的性能進(jìn)行比對，我們通過搜找資料得到以下數(shù)據(jù)，詳細(xì)數(shù)據(jù)請看表 3。 不同材料的各項性能數(shù)據(jù)見表 3 6 表 3 不同材料的各項性能數(shù)據(jù) 鋼號 σ b MPa σ s MPa δ s % ψ % Ak (J /c ㎡ ) 毛坯尺寸 mm 45 900 750 10 45 60 ﹤ 100 40Cr 1000 800 9 45 60 25 40CrNi 1000 800 10 45 70 25 40CrNiMoA 1000 850 12 45 100 25 35CrMo 1000 850 12 45 80 25 因而，根據(jù)曲軸材料的要求、各項技術(shù)要求、及材料的成分、機(jī)械性能、淬透性，同時需考慮成本的經(jīng)濟(jì)性，最終選擇不含貴金屬的且各項性能指標(biāo)優(yōu)良的 35CrMo 作為汽車發(fā)動機(jī) 曲軸 的材料。 3. 曲軸的加工工藝路線及 熱處理工藝的制定 曲軸 的 熱處理的技術(shù)要求 及加工工藝路線 (1)35CrMo 曲軸熱 處理的技術(shù)要求 表 4 35CrMo 曲軸熱處理的技術(shù)要求 材料 預(yù)備熱處理 HBS 最終熱處理 淬硬層深度 HRC 35CrMo 調(diào) 質(zhì) 216~269 高頻淬火 ＋ 低溫回火 3～ 5mm 53～ 58 (2)35CrMo 曲軸的工藝路線 ： 鍛坯→調(diào)質(zhì)（淬火 +高溫回火）→矯直→清理→檢驗→粗加工→去應(yīng)力退火→精加工→高頻淬火 +低溫回火→矯直→磨削→檢驗 曲軸熱處理工藝的制定 調(diào)質(zhì) 處理 （ 1）原始材料的組織與性能 35CrMo 原始狀態(tài)從其顯微組織圖上可觀察到其組織為鐵素體基體 7 上分布著層片狀 的珠光體（ F+P）。其組織結(jié)構(gòu)均勻。其硬質(zhì)值處于 30—33HRC 之間。 （ 2）調(diào)質(zhì)工藝參數(shù)的確定 淬火溫度： 35CrMo 是亞共析鋼， 根據(jù) 《常見鋼臨界點、淬火加熱溫度及 Ms 點》表得知， AC3 約為 807℃， AC1 約為 757℃。由于 35CrMo 是亞共析鋼，所以淬火溫度取 AC3 溫度 以上 30～ 50℃ ,所以可確定出材料的淬火溫度應(yīng) 850℃ 較合適。其保溫時間可由經(jīng)驗公式 t≈﹙ ~） ? D， 具體 保溫時間應(yīng)根據(jù)曲軸的厚度來確定，此處暫定為 25min?；鼗饻囟鹊陀?AC1 的某個溫度，選 取 560℃比較合適。 35CrMo 的調(diào)質(zhì)淬火工藝曲線 見圖 1 圖 1 35CrMo 的調(diào)質(zhì)淬火工藝曲線 （ 3）調(diào)質(zhì)過程組織分析 試樣經(jīng)淬火（未回火）后的金相組織如圖可以看出其顯微組織為板條馬氏體。硬度測得在 51～ 53HRC 之間，且硬度分布均勻。淬火時，冷卻介質(zhì)選用油淬。這是因為油冷冷速在 500～ 350℃時最快，其下比較慢。這種冷卻特性是比較理想的，因而正好使鋼的過冷奧氏體組織在最不穩(wěn)定的區(qū)域有最快的冷速，如此，可獲得最大的淬硬層深度； 而在馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)有最小的冷卻速度，可使組織應(yīng)力減至最小，故減小了變形開裂傾向，油冷 油冷 T(℃ ) 850℃保溫 25min 560℃保溫 60min 0 t（ h） 高溫回火過程 淬火過程 8 有利于后續(xù)加工及處理。 由于淬火后獲得的馬氏體組織不夠穩(wěn)定，因此，需要高溫回火獲得穩(wěn)定的組織，回火索氏體。調(diào)制后獲得索氏體晶粒均勻細(xì)密，具有良好的硬度與韌性，其硬度值在 32HR 左右，且硬度值分布均勻，符合曲軸的技術(shù)要求。由于隨回火溫度的升高，馬氏體的塑性韌性上升，強(qiáng)度硬度下降，因而，調(diào)質(zhì)獲得的組織具有良好的綜合性能，使強(qiáng)度、塑性、韌性得到了良好的配合，且改善了材料的機(jī)械加工性能，并為后續(xù)的熱處理及加工做了組織上的準(zhǔn)備。 去應(yīng)力退火 在熱處理、切削加工和其他工藝過程中，制品可能產(chǎn)生內(nèi)應(yīng) 力。多數(shù)情況下，在工藝過程結(jié)束后，金屬內(nèi)部將保留一部分殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力可導(dǎo)致工件破裂、變形或尺寸變化，殘余應(yīng)力也提高金屬化學(xué)活性，在殘余拉應(yīng)力作用下特別容易造成晶間腐蝕破裂。因此，殘余應(yīng)力將影響材料的使用性能或?qū)е鹿ぜ^早就失效。所以需要去應(yīng)力退火來消除之前加工過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。 35CrMo 的去應(yīng)力退火工藝曲線見圖 2 圖 2 35CrMo 的去應(yīng)力退火工藝曲線 如圖 去應(yīng)力退火工藝圖 ， 進(jìn)行去應(yīng)力退火時，金屬在一定溫度作用T(℃ ) 550℃保溫 空冷 0 t（ h） 去應(yīng)力退火 過程 9 下通過內(nèi)部局部塑性變形 (當(dāng)應(yīng)力超過該溫度下材料的屈服強(qiáng)度時 )或局部的弛豫 過程 (
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