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：质技术要求
调质曲轴试样硬度及机械性能。
硬度： 290〜330HB
机械性能：obN1000Mpa o 三800Mpa
5^12% ^^45%
AKuN45J （u型缺口）
渗氮技术要求
表面硬度：三550HV
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1 40Cr钢化学成分（％）
C
Si
Mn
Cr
S
P
Ni
Cu
〜
〜
〜
〜
<
<
<
<
锻造工艺
分段加热，弯曲镦锻成型。锻后正火：880℃，高温回火：650℃。
加工工序
弯曲镦锻——正火——高温回火——粗车主轴颈、连杆轴颈及外 圆端面——调质——精车主轴颈、连杆轴颈及开档——去应力回火— —精车、半精磨主轴颈、连杆轴颈及开档——时效——半精磨、精磨 主轴颈、连杆轴颈及钻铰直油孔、斜油孔渗氮抛光。
热处理工艺
调质工艺
淬火温度：830℃，保温时间：10分钟；
淬火介质：油
回火温度：560℃,保温时间：1〜2h,冷却介质：水。
去应力回火工艺
稳定回火：温度540℃,保温时间1〜；
低温时效：温度250℃,保温时间1〜。
选材用材分析
曲轴选用8 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、%%,%和 %。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。
图1
如上图所示为40Cr钢的原始组织金相，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（8 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880℃，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P和片状渗碳体，此时的钢的切削性能较 好，硬度较低，便于切削加工。硬度在28HRC左右，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+表面高温淬火来作为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830℃，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——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，,娘有很高的硬度，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560℃。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
0Cr的硬度 在32HRC左右，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