. 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展了分析，制定出相应材料〔35CrMo〕曲轴的热处理工艺方案，在工艺试验的根底上对方案进展了验证与改良，保证曲轴的各项性能到达要求关键词：曲轴 热处理工艺35CrMo 调质 高频淬火目录1．引言………………………………………………………………………………32．曲轴的服役条件与失效形式…………………………………………………… 3 2.1．服役条件……………………………………………………………………32.2．失效形式……………………………………………………………………43．技术要求与材料的选择………………………………………………………… 53.1 锻钢曲轴热处理的技术要求……………………………………………… 5 3.2 材料的选择………………………………………………………………… 5选材条件……………………………………………………………… 5锻钢曲轴材料的要求……………………………………………… 5 备选材料的化学成分与力学性能的比照与分析…………………… 5 材料确实定…………………………………………………………… 64.加工工序 …………………………………………………………………………65.具体热处理工艺的制定与用材分析 …………………………………………… 7 5.1 35CrMo热处理的技术要求…………………………………………………7 5.2 具体工艺与用材分析………………………………………………………7 原始材料的组织与性能……………………………………………… 7调质工艺与用材分析 ………………………………………………… 8.1 调制工艺参数确实定…………………………………………8.2 组织性能分析 ……………………………………………… 8 去应力退火………………………………………………………… 10外表处理……………………………………………………………… 10.1外表热处理工艺…………………………………………… 10.2 组织性能分析……………………………………………… 116．结论……………………………………………………………………………… 127．参考文献………………………………………………………………………… 14致………………………………………………………………………… 151． 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。
曲轴在发动机中承当着最大的负荷和全部的功率，承当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，需要适宜的热处理工艺，以保证其到达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当着最大的负荷和全部的功率，承当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，需要适宜的热处理工艺，以保证其到达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--扭应力轴颈外表容易磨损，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，随后向曲柄深处开展，造成曲柄的断裂，其次是曲柄中部的油道壁产生裂纹，开展为曲柄处的断裂② 轴颈外表的严重磨损〔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DS∕mm2.0~4.5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M1~3级3.2 材料的选择选材条件首先，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〔与材料本身的成分与热处理后的性能有关〕锻钢曲轴材料的要求根据∕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进展测定，其淬透性曲线应在所用的钢号的淬透性围3.2.2 备选材料的化学成分与力学性能的比照与分析各种适合曲轴材料的化学成分与机械性能〔质量分数〕钢号主要化学成分CMnSiCrNiMo450.42~0.50.5~0.80,17~0.3740Cr0.37~0.450.5~0.80.2~0.40.8~1.1040CrNi0.37~0.440.5~0.80.2~0.40.47~0.751.0~1.440CrNiMoA0.37~0.440.5~0.80.2~0.40.6~0.91.25~1.750.15~0.2535CrMo0.37~0.4o.47~0.70.2~0.40.8~1.100.15~0.25钢号σbMPaσsMPaδ5％Ψ％ak(J·cm-2)毛坯尺寸mm45900750104560﹤10040Cr1000800945602540CrNi10008001045702540CrNiMoA100085012451002535CrMo100085012458025 材料确实定由于曲轴需要承受交变的弯曲---扭荷以与发动机的大的功率，因此，要求其具有高的强度，良好的耐磨、耐疲劳性以与循环韧性等。
因而，根据曲轴材料的要求，各项技术要求，与材料的成分，机械性能，淬透性，同时需考虑本钱的经济性，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→外表热处理〔高频淬火+低温回火〕→矫直→磨削→检验 5．具体热处理工艺的制定与用材分析5.1 35CrMo热处理的技术要求材料预备热处理HBS最终热处理淬硬层深度HRC35 CrMo调制216~269高频淬火+低温回火3~5mm53~585.2 具体工艺与用材分析5.2.1 原始材料的组织与性能本次实验采用φ15〔mm〕棒材图3为4％的硝酸酒精腐蚀过的材料原始状态的金相显微图图(3).35CrMo退火态〔500x〕从其显微组织图上可观察到其组织为铁素体基体上分布着层片状的珠光体〔F+P〕其组织结构均匀其初始态的力学性能： HRC： 32 30 31 31 31 31 30 31 31从以上数据可以看出其力学性能均匀 调质工艺与用材分析.1 调质工艺参数确实定淬火温度：由于35CrMo是亚共析钢，所以淬火温度取AC3+30～ 50℃,所以可确定出材料的淬火温度应为850℃较适宜。
其保温时间可由经历公式t≈〔1.2～1.5〕•D ，由于实验室一般取上限所以可得出淬火保温时间大约为25min淬火介质：油淬回火温度：560℃保温时间: 1h回火介质：油加热设备：箱式电阻炉 调制工艺图.2 组织性能的分析试样经淬火〔未回火〕后的金相组织如图〔4〕.可以看出其显微组织为板条马氏体硬度测得在51～53HRC之间，且硬度分布均匀淬火时，冷却介质选用油淬这是因为油冷冷速在500～350℃时最快，其下比拟慢这种冷却特性是比拟理想的，因而正好使钢的过冷奥氏体组织在最不稳定的区域有最快的冷速，如此，可获得最大的淬硬层深度；而在马氏体转变区有最小的冷却速度，可使组织应力减至最小，故减小了变形开裂倾向，有利于后续加工与处理由于淬火后获得的马氏体组织不够稳定，因此，需要高温回火获得稳定的组织，回火索氏体如图(5)可以看出调制后获得索氏体晶粒均匀细密，具有良好的硬度与韧性，其硬度值在32HRC左右，且硬度值分布均匀，符合曲轴的技术要求图(4) 35CrMo淬火态〔500x〕图(5) 35CrMo调制态〔500x〕由于随回火温度的升高，马氏体的塑性韧性上升，强度硬度下降，因而，调质获得的组织具有良好的综合性能，使强度、塑性、韧性得到了良好的配合，且改善了材料的机械加工性能，并为后续的热处理与加工做了组织上的准备。
去应力退火工艺在热处理、切削加工和其他工艺过程中，制品可能产生应力多数情况下，在工艺过程完毕后，金属部将保存一局部剩余应力剩余应力可导致工件破裂、变形或尺寸变化，剩余应力也提高金属化学活性，在剩余拉应力作用下特别容易造成晶间腐蚀破裂因此，剩余应力将影响材料的使用性能或导致工件过早失效所以需要去应力退火来消除之前加工过程中产生的剩余应力 去应力退火工艺图 进展去应力退火时，金属在一定温度作用下通过部局部塑性变形(当应力超过该温度下材料的屈服强度时)或局部的弛豫过程(当应力小于该温度下材料的屈服强度时)使剩余应力松弛而到达消除的目的在去应力退火时，工件一般缓慢加热至较低温度(一般小于回火温度20℃)，保温一段时间后，缓慢冷却，以防止产生新的剩余应力 外表处理与用材分析.1 外表热处理工艺目的：在工件外表一定深度获得马氏体组织，而其心部仍保持着外表淬火前的组织状态，以获得外表层硬而耐磨，心部又有足够塑性、韧性的工件加热设备:GP—25A高频淬火炉淬火温度：860——930℃〔普通淬火温度+30~200℃〕冷却介质：水冷回火温度：160℃保温时间：1.5回火介质：水低温回火工艺图 .2组织性能分析图(6)(7) 分别为试样1 的金相显微组织图。
从图〔6〕可以看出，试样 1 经过高频淬火以后，外表得到的并不是所需要的针状马氏体，而是粗大的组织其原因是高频淬火时加热时间太长而引起的这种粗大的组织硬度比细马氏体降低很多因此是不希望获得的组织，在加热时一定要严格控制温加热温度围和加热时间试样心部依然保持原来的组织不变，心部组织如图〔7〕，为颗粒大小均匀综合性能良好的回火索氏体图〔6〕试样1 边部过热组织 图(7)试样1心部的回火索氏体。