汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸材料的選擇及工藝設(shè)計(jì)

1、專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)生姓名： 班級(jí)：設(shè)計(jì)題目： 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸材料的選擇及工藝設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容：1、根據(jù)零件工作原理，服役條件，提出機(jī)械性能要求和技術(shù)要求。2、選材，并分析選材依據(jù)。3、制訂零件加工工藝路線，分析各熱加工工序的作用。4、制訂熱處理工藝卡，畫(huà)出熱處理工藝曲線，對(duì)各種熱處理工藝進(jìn)行分 析，并分析所得到的組織， 說(shuō)明組織及性能的檢測(cè)方法與使用的儀器設(shè)備。5、分析熱處理過(guò)程中可能產(chǎn)生的缺陷及補(bǔ)救措施。6、分析零件在使用過(guò)程中可能出現(xiàn)的失效方式及修復(fù)措施。目錄C、一a0冃U言：:11汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的工作條件及性能要求 ：.：2汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的工作條件 :3汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的性能要求及技術(shù)要求

2、:;32 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的材料選擇及分析 .4零件材料選擇的基本原則 :4.4曲軸常用材料簡(jiǎn)介 4444444444444.445汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸材料的確定 4444444444.453 曲軸的加工工藝路線及熱處理工藝的制定4444.444.635CrMo 曲軸熱處理要求 444444444444.446 44汽 車(chē) 曲 軸 的 熱 處 理 工 藝 的 制 定 444444444446 調(diào)質(zhì)處理 44444444444 .444.47去應(yīng)力退火 44444444444 .444.48圓角高頻淬火和低溫回火 44444444.44494 曲軸熱處理過(guò)程中可能產(chǎn)生的缺陷及預(yù)防措施444.11校直過(guò)程

3、引起材料原始裂紋 444444.4 411曲軸圓角淬火不當(dāng)引起裂紋源 44444444444.4.12.淬火畸變與淬火裂紋 444444.412淬火導(dǎo)致氧化、脫碳、過(guò)熱、過(guò)燒 44444.4444.13淬火硬度不足 135 曲軸在使用過(guò)程中可能產(chǎn)生的失效形式及分析 4136 課程設(shè)計(jì)的收獲與體會(huì)7 參考文獻(xiàn) 444444444444.44158 工藝卡4444444444.4.4 4416、尸 、-前言 發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車(chē)的“心臟”，而曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵零部件，是發(fā)動(dòng)機(jī)中成 本最高的零件?，F(xiàn)代化的發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)曲軸毛坯提出了有 6拐、呈 120°分布、 帶 12 個(gè)整體平衡塊的要求。在機(jī)型改造的

4、過(guò)程中，首先遇到的問(wèn)題就是 曲軸強(qiáng)度不足， 一般是通過(guò)加粗軸頸、 優(yōu)選材質(zhì)和表面強(qiáng)化等方法來(lái)增大 曲軸強(qiáng)度， 從而滿足功率提高的要求。 加粗軸頸在生產(chǎn)實(shí)踐中受到各方面 條件的限制，應(yīng)用范圍較窄， 所以選擇合適的材料和適宜的表面強(qiáng)化方法 是解決曲軸強(qiáng)度的主要途徑。曲軸一般由主軸頸、連桿軸頸、曲柄、平衡塊、前端和后端等組成。 曲軸是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的最關(guān)鍵的零部件之一， 曲軸的性能在很大程度上影響 著汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性與壽命 ,它與連桿配合將作用在活塞上的氣體壓力 變?yōu)樾D(zhuǎn)的動(dòng)力，傳給底盤(pán)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，同時(shí)，驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)和其它輔助 裝罝。曲軸在周期性變化的氣體力、慣性力及其力矩的共同作用下工作， 承受彎曲

5、和扭轉(zhuǎn)交變載荷，受力大而且受力復(fù)雜，同吋，曲軸又是高速旋 轉(zhuǎn)件。因此，曲軸應(yīng)有足夠的抗彎曲、抗扭轉(zhuǎn)的疲勞強(qiáng)度和剛度；軸頸應(yīng) 有足夠大的承壓表面和耐磨性； 曲軸的質(zhì)量應(yīng)盡量小； 對(duì)各軸頸的潤(rùn)滑應(yīng) 該充分。另外，曲軸在發(fā)動(dòng)機(jī)中承擔(dān)著最大的負(fù)荷和全部的功率， 承擔(dān)著強(qiáng)大的方 向不斷變化的彎矩和扭矩， 同時(shí)承受著長(zhǎng)時(shí)間的高速運(yùn)轉(zhuǎn)的磨損， 圓角過(guò) 渡處處于薄弱環(huán)節(jié)，主軸頸與圓角的過(guò)渡處更為嚴(yán)重。因而，需要合適的 熱處理工藝，以保證其達(dá)到所要求的各項(xiàng)性能指標(biāo)。曲軸工作過(guò)程中，往 復(fù)的慣性力和離心力使之承受很大的彎曲 -扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，軸頸表面容易磨 損，且軸頸與曲臂的過(guò)渡圓角處最為薄弱。除曲軸的材質(zhì)，加工因素外

6、， 曲軸的工作條件（溫度、環(huán)境介質(zhì)、負(fù)荷特性）等都是影響曲軸服役的重 要因素。汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的工作條件和性能要求汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的工作條件曲軸工作過(guò)程中， 往復(fù)的慣性力和離心力使之承受很大的彎曲 -扭轉(zhuǎn) 應(yīng)力；曲軸在周期性變化的氣體力、慣性力及其力矩的共同作用下工作， 承受彎曲和扭轉(zhuǎn)交變載荷，受力大而且受力復(fù)雜，同吋，曲軸又是高速旋 轉(zhuǎn)件。因此，軸頸表面容易磨損，且軸頸與曲臂的過(guò)渡圓角處最為薄弱。 除曲軸的材質(zhì)，加工因素外，曲軸的工作條件（溫度、環(huán)境介質(zhì)、負(fù) 荷 特性）等都是影響曲軸服役的重要因素。 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的性能要求及技術(shù)要求曲軸應(yīng)有足夠的抗彎曲、 抗扭轉(zhuǎn)的疲勞強(qiáng)度和剛度； 軸頸應(yīng)有足夠

7、大 的承壓表面和耐磨性；曲軸的質(zhì)量應(yīng)盡量??；對(duì)各軸頸的潤(rùn)滑應(yīng)該充分， 需要合適的熱處理工藝，以保證其達(dá)到所要求的各項(xiàng)性能指標(biāo)。由于發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的服役條件比較苛刻，這就給了曲軸材料較高的要 求。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。為此，對(duì)曲軸提出以下技術(shù)要求：硬度：216269HB汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸材料的選擇及分析 零件材料選擇的基本原則(1) 材料的機(jī)械性實(shí)踐中根據(jù)零件的失效分析

8、 ，提出對(duì)零件的技術(shù)要求 ，然后從材料及其 強(qiáng)化人手解決零件的失效問(wèn)題 ，已成為材料強(qiáng)度科學(xué)研究的主要內(nèi)容零 件的失效除了與材料及熱處理有關(guān)外 , 還與服役條件有關(guān) .各種零件的 服役條件不同，其失效形式也不同 ，選擇材料應(yīng)以此為依據(jù)。(2) 材料的工藝性能金屬零件是由金屬材料經(jīng)過(guò)若干加工工序而成 ，在選 擇材料時(shí)必須考慮 各個(gè)加工工序?qū)Σ牧系囊?。所藝性能?，不可忽視熱處理工藝性 。例 如 ，在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的零件時(shí) ，應(yīng)選用淬火變形小的鋼或選用油淬 鋼而避免用水淬鋼 。一般低碳鋼的壓力加工和切削性能均較好 ，因此在 機(jī)械性能和淬透性能均能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)應(yīng)盡量選用碳鋼。(3) 材料的經(jīng)濟(jì)

9、性 一般來(lái)說(shuō)，碳鋼比合金鋼便宜 ，凡用碳鋼能解決問(wèn)題的， 就應(yīng)選用碳鋼 ， 實(shí)在不行時(shí)才用合金鋼。 即便使用合金鋼。 也必須把市場(chǎng)可供性和節(jié)本增 效作為零件選材的指導(dǎo)思想 。在滿足零件使用性能的前提下 ，應(yīng)從實(shí)際 出發(fā) ，做到材盡其用 ，發(fā)揮材料的潛力 ，以降低生產(chǎn)成本。曲軸常用材料簡(jiǎn)介 曲軸按材料分為球墨鑄鐵曲軸和鍛鋼曲軸兩種。 新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定球墨鑄鐵曲軸 材料力學(xué)性能不低于 QT700-2 的牌號(hào)。即抗拉強(qiáng)度不低于 700 N/mm2、 斷后伸長(zhǎng)率不低于 2。鍛鋼曲軸材料采用 45#、40Cr、40MnB、35CrMo 等牌號(hào)的鋼或采用力學(xué)性能不低于這些牌號(hào)的其它鋼材制造。 新、舊標(biāo)準(zhǔn) 關(guān)于材

10、料的上述規(guī)定不存在差異。 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸材料的選擇要根據(jù)不同車(chē)輛的使用具體情況， 攢澤不同的 性能材料。目前，我國(guó)的汽車(chē)曲軸分類(lèi)大致分為家用轎車(chē)、載重車(chē)、重載車(chē)、重型載重車(chē)、大馬力柴油機(jī)。他們所使用的材料我們可以見(jiàn)圖 1,考 慮其經(jīng)濟(jì)性和加工工藝，結(jié)合最終將獲得的曲軸性能，確定我們所需要的 材料，具體見(jiàn)圖1.汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸一般采用 QT700-2、QT800-2及QT900-2等牌號(hào)的球墨鑄 鐵和45#、35CrMo、40Cr 40MnB、42CrMo等牌號(hào)的鍛鋼制造。下面我 們結(jié)合不同車(chē)輛的曲軸選擇不同的材料。 比較他們的性能，選擇滿足我們 工藝要求的材料。常用曲軸材料及其熱處理工藝見(jiàn)表 1

11、表1常用曲軸材料及其熱處理工藝用途材料基本熱處理表面處理工藝硬度/HB工藝硬化層深硬度/HB轎車(chē)45#正火170228感應(yīng)淬火255 6650Mn調(diào)質(zhì)217277氮碳共滲：570°C、180min、油冷>> 500HVQT700-2正火載重車(chē)QT700-2正火45#正火163169感應(yīng)淬火、自回火355 6645#調(diào)質(zhì)207 241感應(yīng)淬火、自回火> 3> 55重型載重車(chē)45#正火氮碳共滲> 300HVQT900-2正火+回火28032135CrMo調(diào)質(zhì)216269感應(yīng)淬火42CrMo調(diào)質(zhì)感應(yīng)淬火或滲 氮大馬力 柴油機(jī)QT700-2正火35CrNi3Mo

12、調(diào)質(zhì)+穩(wěn)定化滲氮490 C、60h> 600HV35CrMo調(diào)質(zhì)滲氮490 C、40h> 550HV42CrMo調(diào)質(zhì)感應(yīng)淬火或滲 氮汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸材料的確定(1) 選材要求：首先，應(yīng)滿足曲軸的力學(xué)性能，它取決與發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的強(qiáng)度水平。其次，考慮曲軸的疲勞強(qiáng)度和耐磨性。（與材料本身的成分及熱處理后的性能有關(guān)）。曲軸材料的要求根據(jù)JB/ T6727,曲軸對(duì)材料的要求如下： 鋼的含碳量要精選，含碳量的變化范圍應(yīng)不大于 （質(zhì)量分?jǐn)?shù)）；鋼的含 S .P量應(yīng)不大于 （質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。 鋼的非金屬夾雜物，脆性?shī)A雜物，塑性?shī)A雜物應(yīng)不超過(guò)GB10561規(guī)定的級(jí)。 鋼的淬透性應(yīng)按 GB255進(jìn)行測(cè)定，其淬透

13、性曲線應(yīng)在所用的鋼號(hào)的淬 透性范圍內(nèi)。不同材料所含主要成分的含量見(jiàn)表 2表2不同材料所含主要成分的含量鋼號(hào)主要化學(xué)成分CMnSiCrNiMo4540Cr40CrNi40CrNiMoA35CrMo 04由于曲軸需要承受交變的彎曲一扭轉(zhuǎn)載荷以及發(fā)動(dòng)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(shí)，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(guò)對(duì)不同材料

14、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(duì)不 同材料加工成曲軸是的性能進(jìn)行比對(duì)，我們通過(guò)搜找資料得到以下數(shù)據(jù)， 詳細(xì)數(shù)據(jù)請(qǐng)看表3。不同材料的各項(xiàng)性能數(shù)據(jù)見(jiàn)表3表3 不同材料的各項(xiàng)性能數(shù)據(jù)鋼號(hào)(T bMPa(T SMPaS s%Ak(J /c m2)毛坯尺寸mm45900750104560< 10040Cr1000800945602540CrNi10008001045702540CrNiMoA100085012451002535CrMo100085012458025因而，根據(jù)曲軸材料的要求、各項(xiàng)技術(shù)要求、及材料的成分、

15、機(jī)械性能、 淬透性，同時(shí)需考慮成本的經(jīng)濟(jì)性，最終選擇不含貴金屬的且各項(xiàng)性能指 標(biāo)優(yōu)良的35CrMo作為汽車(chē)發(fā)動(dòng)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HRC35CrMo調(diào)質(zhì)216269高頻淬火+低溫回火3 5mm53 5835CrMo曲軸的工藝路線：鍛坯f調(diào)質(zhì)(淬火+高溫回火)f矯直f清理f檢驗(yàn)f粗加工f去應(yīng)力退 火T精加工T高頻淬火+低溫回火f矯直f磨削f檢驗(yàn)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

16、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上分 布著層片狀的珠光體(F+P 0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(jiàn)鋼臨界點(diǎn)、淬火加熱溫度及Ms點(diǎn)表得知，AC3約為807 C,AC1約為757C。由于35CrMo 是亞共析鋼，所以淬火溫度取AC3溫度以上3050C,所以可確定出材料的淬火溫度應(yīng)850T較合適。其保溫時(shí)間可由經(jīng)驗(yàn)公式 t( ) ? D, 具體保溫時(shí)間應(yīng)根據(jù)曲軸的厚度來(lái)確定，此處暫定為25min?；鼗饻囟鹊陀贏C1的某個(gè)溫度，選取560 °C比較合適。35CrMo的調(diào)質(zhì)淬火工藝曲線見(jiàn)

17、圖1圖1 35CrMo的調(diào)質(zhì)淬火工藝曲線t ( h)(3) 調(diào)質(zhì)過(guò)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(cè)得在 5153HRC之間，且硬度分布均勻。淬火時(shí)，冷 卻介質(zhì)選用油淬。這是因?yàn)橛屠淅渌僭?500350 C時(shí)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(guò)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(kāi)裂傾向， 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

18、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(guò)程中，制品可能產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。多數(shù)情況下，在工藝過(guò)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?/p>

19、過(guò)早就失效。所以需要去應(yīng)力退火來(lái)消除之前加工過(guò) 程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。35CrMo的去應(yīng)力退火工藝曲線見(jiàn)圖 20 t（ h）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(shí)，金屬在一定溫度作用 下通過(guò)內(nèi)部局部塑性變形（當(dāng)應(yīng)力超過(guò)該溫度下材料的屈服強(qiáng)度時(shí)）或局部 的弛豫過(guò)程（當(dāng)應(yīng)力小于該溫度下材料的屈服強(qiáng)度時(shí)）使殘余應(yīng)力松弛而 達(dá)到消除的目的。在去應(yīng)力退火時(shí)，工件一般緩慢加熱至較低溫度（一般小于回火溫度20E ），保溫一段時(shí)間后，緩慢冷卻，以防止產(chǎn)生新的殘余 應(yīng)力。曲軸圓角高頻淬火和低溫回火在工件表面一定深度內(nèi)獲得馬氏體組織，而其心部仍保持著表面淬火前的 組織狀態(tài)，以獲

20、得表面層硬而耐磨，心部又有足夠塑性、韌性的工件。加 熱設(shè)備：GP 25A高頻淬火爐；淬火溫度：860930C（普通淬火溫度 +30200C）;冷卻介質(zhì)：水冷；回火溫度：160C；保溫時(shí)間：。35CrMo 低溫回火工藝曲線見(jiàn)圖3低溫回火過(guò)程圖3 35CrMo低溫回火工藝曲線經(jīng)過(guò)高頻淬火后，試樣心部依然保持原來(lái)的組織不變， 心部組織為顆粒大 小均勻綜合性能良好的回火索氏體。其表層組織為細(xì)小的層針狀馬氏體。表層與心部的過(guò)渡區(qū)域：其表層為針狀馬氏體，而心部則保存了原始的組 織與性能。高頻淬火時(shí)必須注意把握好溫度和時(shí)間， 時(shí)間過(guò)長(zhǎng)表面將得不 到我們需要的細(xì)小的層針狀馬氏體，而是粗大的組織，這種組織的硬度

21、低 于曾針狀馬氏體，而達(dá)不到我們的要求。調(diào)質(zhì)態(tài)的35CrMo雖然具有良好的綜合性能，但是曲軸的表面要求有良好 的耐磨性，調(diào)制態(tài)的硬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，因此需要進(jìn)行高頻淬火來(lái)增加表面硬 度及其耐磨性。由于高頻淬火時(shí)，奧氏體成分不均勻，奧氏體晶粒得到了 細(xì)化，且有殘余壓應(yīng)力的存在，所以一般高頻淬火或的硬度比普通加熱淬 火硬度高23個(gè)洛氏硬度單位，其抗疲勞性能和耐磨性都得到了顯著的 提高。35CrMo在高頻淬火后表層硬度值達(dá)到 5355HRC之間，硬度在 表層分布均勻。 高頻淬火后，為了降低殘余應(yīng)力和鋼的脆性，而又不至小時(shí)于降低硬度，因此需要進(jìn)行低溫回火。回火溫度取160C，保溫4.曲軸熱處理過(guò)程中可能產(chǎn)生

22、的缺陷及預(yù)防措施校直引起原始裂紋在鍛造、熱處理等過(guò)程中必然產(chǎn)生變形，生產(chǎn)中采用校直的方法消除。無(wú) 論是熱校還是冷校，一旦校直幅度過(guò)大，都可能導(dǎo)致曲軸產(chǎn)生裂紋，且這 種裂紋一般肉眼無(wú)法觀察到。若曲軸本身存在原始裂紋，裝配后行駛里程 一般僅為幾千公里，就會(huì)疲勞擴(kuò)展而斷裂。對(duì)于此類(lèi)裂紋，分析時(shí)應(yīng)注意 與其它常見(jiàn)裂紋如鍛造裂紋、淬火裂紋等的區(qū)別。圓角淬火工藝不當(dāng)導(dǎo)致裂紋 軸頸圓角是曲軸加工難度最大， 同時(shí)也是使用中最容易成為裂紋起源的位 置。為了提高曲軸疲勞強(qiáng)度，一般需要對(duì)圓角進(jìn)行強(qiáng)化處理。對(duì)于球鐵曲 軸，目前多采用圓角滾壓強(qiáng)化工藝或先氮化再滾壓強(qiáng)化的復(fù)合強(qiáng)化工藝。 對(duì)于鋼曲軸， 多采用碳氮共滲或感應(yīng)

23、淬火強(qiáng)化工藝。 早期的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸感 應(yīng)淬火區(qū)域僅僅局限在軸頸部分， 主要對(duì)軸頸起提高耐磨性的作用， 淬火 區(qū)離圓角仍然有大于 6mm 以上的距離，因此對(duì)圓角并不起強(qiáng)化作用。目 前采用的感應(yīng)工藝， 淬火區(qū)域普遍包涵圓角區(qū)域。 事實(shí)證明這種方式能 夠 明顯提高曲軸圓角的疲勞強(qiáng)度。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)增壓等新技術(shù)應(yīng)用的日益廣 泛，對(duì)曲軸疲勞強(qiáng)度的要求也越來(lái)越高，目前，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)圓角的強(qiáng)化處理 已經(jīng)成為必須的工藝過(guò)程。 圓角強(qiáng)化工藝不當(dāng)， 曲軸達(dá)不到應(yīng)有的疲勞強(qiáng) 度，就有可能會(huì)在服役過(guò)程產(chǎn)生疲勞斷裂。淬火畸變與淬火裂紋 : 淬火畸變是不可避免的現(xiàn)象 ,只有超過(guò)規(guī)定公差或產(chǎn)生無(wú)法矯正時(shí)才構(gòu)成 廢品 ,通過(guò)適當(dāng)選擇材

24、料 ,改進(jìn)結(jié)夠設(shè)計(jì) ,合理選擇淬火 ,回火方法及規(guī)范等 可有效的減小與控制淬火畸變 ,可采用冷熱效直 ,熱點(diǎn)校直和加熱回火等加 以休正 . 裂紋是不可補(bǔ)救的淬火缺陷 ,只有采取積極的預(yù)防措施 ,如減小和 控制淬火應(yīng)力方向分布 ,同時(shí)控制原材料質(zhì)量和正確的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等 . 淬火導(dǎo)致氧化、脫碳、過(guò)熱、過(guò)燒零件加熱過(guò)程中 ,若不進(jìn)行表面防護(hù) ,將發(fā)生氧化脫碳等缺陷 , 其后果是表 面淬硬性降低 ,達(dá)不到技術(shù)要求 ,或在零件表面形成網(wǎng)狀裂紋 , 并嚴(yán)重降低 零件外觀質(zhì)量 ,加大零件粗糙度 ,甚至超差 ,所以精加工零件淬火加熱需要 在保護(hù)氣氛下或鹽浴爐內(nèi)進(jìn)行 , 小批量可采用防氧化表面涂層加以防 護(hù). 過(guò)

25、熱導(dǎo)致淬火后形成粗大的馬氏體組織將導(dǎo)致淬火裂紋形成或嚴(yán)重降 低淬火件的沖擊韌度 ,極易發(fā)生沿晶短裂 ,應(yīng)當(dāng)正確選擇淬火加熱溫度 ,適 當(dāng)縮短保溫時(shí)間 ,并嚴(yán)格控制爐溫加以防止 ,出現(xiàn)的過(guò)熱組織如有足夠的加 工余地余量可以重新退火 ,細(xì)化晶粒再次淬火返修 . 過(guò)燒常發(fā)生在淬火高 速鋼中 ,其特點(diǎn)是產(chǎn)生了魚(yú)骨狀共晶萊氏體 ,過(guò)燒后使淬火鋼嚴(yán)重脆性形成 廢品.淬火硬度不足 淬火回火后硬度不足一般是由于淬火加熱不足 ,表面脫碳 ,在高碳合金鋼中 淬火殘余奧氏體過(guò)多 ,或回火不足造成的 ,在含 CR 軸承鋼油淬時(shí)還經(jīng)常發(fā) 現(xiàn)表面淬火后硬度低于內(nèi)層現(xiàn)象 ,這是逆淬現(xiàn)象 ,主要由于零件在淬火冷卻 時(shí)如果淬入

26、了蒸汽膜期較長(zhǎng) ,特征溫度低的油中 ,由于表面受蒸氣膜的保護(hù) 孕化期比中心長(zhǎng) ,從而比心部更容易出現(xiàn)逆淬現(xiàn)象 . 4:軟點(diǎn) 淬火零件出現(xiàn) 的硬度不均勻叫軟點(diǎn) ,與硬度不足的主要區(qū)別是在零件表面上硬度有明顯 的忽高忽低現(xiàn)象 ,這種缺陷是由于原始組織過(guò)于粗大不均勻 ,（如有嚴(yán)重的 組織偏析 ,存在大塊狀碳化物或大塊自由鐵素體 ）淬火介質(zhì)被污染 ,零件表 面有氧化皮或零件在淬火液中未能適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng) ,致使局部地區(qū)形成蒸氣膜 阻礙了冷卻等因素 ,通過(guò)晶相分析并研解工藝執(zhí)行情況 ,可以進(jìn)一步判明究 竟是什么原因造成廢品 .5. 曲軸在使用過(guò)程中可能產(chǎn)生的失效形式及分析（1）曲軸斷裂 曲軸在使用過(guò)程中主要承

27、受復(fù)雜的彎曲 -扭轉(zhuǎn)載荷及一定的沖擊載荷 ,軸頸 表面還受到磨損。 由于在軸頸與曲柄過(guò)渡的圓角處表面所受的交變應(yīng)力最 大,故疲勞裂紋一般最容易在此部位產(chǎn)生并向曲柄深處發(fā)展造成曲軸的最 終斷裂。（2） 曲軸磨損和點(diǎn)蝕失效 產(chǎn)生原因：曲軸表面硬度不足、曲軸表面存在裂紋源、曲軸內(nèi)部晶粒粗大 性能差。具體分析：淬火過(guò)程零件不干凈，毛刺未去凈；孔、槽未堵；感 應(yīng)器與零件間隙小等處理方法：洗凈零件；堵孔、槽；選合適的感應(yīng)器。 硬度低產(chǎn)生原因：加熱溫度低；冷卻速度慢；材料中碳元素等化學(xué)成分偏 低處理方法：控制材料；合理選擇工藝。淬火裂紋產(chǎn)生原因：淬火溫度過(guò) 高；冷卻速度太快；晶粒粗大處理方法：控制原始晶粒度

28、，按工藝操作。 硬化層淺產(chǎn)生原因：淬火溫度低；加熱時(shí)間短或移動(dòng)速度快；淬火介質(zhì)壓 力不足處理方法：選擇合適的工藝規(guī)范。汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的失效分析，涉及到從材料、加工、結(jié)構(gòu)、受力、服役環(huán) 境到相關(guān)零件分析的多個(gè)復(fù)雜過(guò)程，這些因素相互 影響，共同作用，使 得分析過(guò)程復(fù)雜困難。曲軸的失效，往往會(huì)造成其它相關(guān)零件的損壞，同 時(shí)，一些其它零件的損壞或狀態(tài)發(fā)生變化， 也會(huì)帶來(lái)曲軸服役工況的改變， 并導(dǎo)致曲軸的失效。實(shí)際分析時(shí)，應(yīng)首先進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查與現(xiàn)場(chǎng)分析，準(zhǔn) 確判定故障或事故過(guò)程中各個(gè)零件的損壞次序與過(guò)程， 找出肇事件， 這樣 才能 找出導(dǎo)致故障或事故發(fā)生的根本原因。6 心得體會(huì)回顧這幾周的課程設(shè)計(jì)，從選題到自己開(kāi)始做，從理論到時(shí)間，上網(wǎng)查資料，跟同學(xué)商 量討論，所有的一切我都感覺(jué)獲益良多，不僅鞏固了自己以前學(xué)習(xí)的知識(shí)，而且學(xué)到了 很多在以前沒(méi)有記住或者記得不清楚的地方，還在查資料和選資料的過(guò)程中知道了很多 在實(shí)際生產(chǎn)中的方法。從老師布置下來(lái)作業(yè)，我就開(kāi)始忙碌了起來(lái)。先是看那些題目自己比較感興趣，最后確 定了汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的設(shè)計(jì)工藝題目，