文档介绍：汽车发动机曲轴的热处理工艺设计
•摘要
通过对12缸、四冲程、水冷高速大功率柴油机曲轴材质及调质后各项
性能指标的分析，可知通过选用优质合金结构钢40Cr,加合适的热处理工艺，可以最大限度地提高高速大功率柴油机曲轴性能。
•关键字：800Mpa
>12%>45%
AK1A45J（u型缺口）
渗氮技术要求
表面硬度：>550HV
渗氮层深度：〜
材料原始状态
材料
选用的材料是40Cr,其化学成份如表1所示
表140Cr钢化学成分（%）
C
Si
Mn
Cr
S
P
Ni
Cu
〜
〜
〜
〜
<
<
<
<
锻造工艺
分段加热，弯曲锻锻成型。锻后正火：880C,高温回火：650Cc
加工工序
弯曲锻锻一一正火一一高温回火一一粗车主轴颈、连杆轴颈及外圆端面一一调质一一精车主轴颈、连杆轴颈及开档一一去应力回火一一精车、半精磨主轴颈、连杆轴颈及开档一一时效一一半精磨、精磨主轴颈、连杆轴颈及钻较直油孔、斜油孔渗氮抛光。
.热处理工艺
调质工艺
淬火温度：830C,保温时间：10分钟；
淬火介质：油
回火温度：560C,保温时间：1〜2h,冷却介质：水。
去应力回火工艺
稳定回火：温度540C,保温时间1〜;
低温时效：温度250C,保温时间1〜。
.选材用材分析
曲轴选用。10棒材，选取端面较为平整的一面观察其金相组织，显
微组织为粒状珠光体加少量铁素体，组织均匀，晶粒细小，晶粒度7〜8级，如图所示。40Cr材料锻造成型为曲轴毛坯后，为克服因锻造加热引起晶粒长大和不均匀性问题，利用正火处理消除锻造时产生的应力。因为40Cr材料属于珠光体-马氏体类钢，正火后再高温回火软化处理，可以给随后的机械加工和调质处理打下了良好的基础。实
验表明，电渣重熔钢能使非金属夹杂物和有害元素含量大大降低，尤
其是P、%%,%%。同时可使其化学成分均匀、纯洁度高、晶粒细小、组织致密，横向力学性能显著改善，基本上消除了横向性能大大低于纵向性能的弊端，使各方向性能基本一致，避免早期横向断裂。由上可知电渣重熔钢力学性能明显高于电炉钢。
20um
如上图所示为40C忤冈的原始组织金相，可看出显微组织不是很均匀，并且晶粒较为粗大，此时的40Cr钢的综合性能完全不适合制作曲轴，需要通过一定的热处理来改善其内部组织，即需要进行预备热处理，来细化晶粒，改善组织性能，根据已学知识，并且翻阅相关书籍,我选择使用正火这一热处理工艺来作为40Cr钢的预备热处理工艺，同时根据试样大小（。10）通过公式计算来确定正火时间为7分钟，根据40Cr的基本性质（Ac3的温度）确定了正火的温度为880C,来改善其晶粒大小，使得晶粒细化以便得到更好的切削性能并未淬火做组织准备正火后的组织金相如下图所示
图2
正火后组织变成了片状四口片状渗碳体，此时的钢的切削性能较好，硬度较低，便于切削加工。硬度在28HR庞右，由于作为曲轴要有一定的硬度与耐磨性，而此时的40Cr不满足要求，因此要进行更进一步的操作，即进行最终热处理，通过查阅有关资料，并结合所学知识，我选用调质处理礁面高温淬火来作为40Cr钢的最终热处理工艺。使用淬火来提高钢的硬度，根据试样尺寸，确定淬火时间为10分钟,
温度为830C,由于40Cr钢的淬透性比较好，为了避免40Cr钢在淬火时出现淬裂现象，因此选择淬火介质一一油。淬火后的组织金相如下图所示
图3
通过淬火处理后，淬火组织为马氏体，具有很高的硬度，不过很
脆，所以需要通过高温回火来提高其韧性，适当的降低其硬度。此时
的40Cr钢的硬度高达62HRC不便于加工。由查表可知为了使淬火M尽可能的转变为回火S,加热时间必须在1个小时以上，所以选择加热时间为2个小时，根据所选钢材40Cr钢的基本性质，并结合所学知识选择回火所需温度为560Co高温回火后的组织金相图如下所示:
图4
此时40Cr钢件的金相组织为回火索氏体，保留了淬火效应，索氏体均匀细密，晶粒细小，具有良好的硬度与韧性。此时的40Cr的硬度在32HR庞右，已经基本符合制作曲轴的要求。可以投入生产中。
试验表明：马氏体组织经低温回火，具有较高的强度、硬度，但塑性韧性较低；随回火温度提高，其强度下降，塑性韧性提高；经高温回火得到均匀回火索氏体组织，可获得较高的综合机械性能，强度及塑韧性得到最好的配合。
.结论
通过选用40Cr钢，加上合适的热处理工艺，即正火一一