曲軸熱處理工藝.doc
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.汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的熱處理工藝設(shè)計(jì) 摘要通過(guò)對(duì)12缸、四沖程、水冷高速大功率柴油機(jī)曲軸材質(zhì)及調(diào)質(zhì)后各項(xiàng)性能指標(biāo)的分析,可知通過(guò)選用優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼40Cr,加合適的熱處理工藝,可以最大限度地提高高速大功率柴油機(jī)曲軸性能。關(guān)鍵字:發(fā)動(dòng)機(jī);曲軸;選材;熱處理工藝目錄1.緒論32.曲軸服役條件和性能指標(biāo)32.1 服役條件32.2 技術(shù)要求42.2.1 調(diào)質(zhì)技術(shù)要求42.2.2 滲氮技術(shù)要求43.原材料狀態(tài)和加工工序43.1材料原始狀態(tài)43.1.1材料43.1.2 鍛造工藝53.2 加工工序54.熱處理工藝54.1 調(diào)質(zhì)工藝54.2 去應(yīng)力回火工藝55. 選材用材分析66. 結(jié) 論101.緒論發(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)鍵部位?,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。曲軸在工作中承受交變載荷,圓角過(guò)渡處屬于薄弱環(huán)節(jié),主軸頸和連桿頸的過(guò)渡處更為嚴(yán)重。如果機(jī)械加工不當(dāng),潤(rùn)滑保養(yǎng)不好或柴油機(jī)運(yùn)行受力不當(dāng),圓角部位的附加應(yīng)力超過(guò)了界限值,就會(huì)在此部位產(chǎn)生疲勞源,逐漸擴(kuò)展形成裂紋,最終發(fā)生疲勞斷裂。所以曲軸表面強(qiáng)化處理主要是通過(guò)對(duì)曲軸圓角的強(qiáng)化來(lái)提高曲軸的疲勞強(qiáng)度1。曲軸在發(fā)動(dòng)機(jī)中承擔(dān)最大負(fù)荷和全部功率,承受著強(qiáng)大的、方向不斷變化的彎矩及扭矩,同時(shí)經(jīng)受著長(zhǎng)時(shí)間高速運(yùn)轉(zhuǎn)的磨損,因此要求曲軸材質(zhì)具有較高的剛性、疲勞強(qiáng)度和良好的耐磨性能。2.曲軸服役條件和性能指標(biāo)2.1 服役條件 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和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力,軸頸表面容易磨損。疲勞斷裂是曲軸的主要破壞形式,裂紋源多發(fā)生在軸頸與曲臂的過(guò)渡圓角處。除曲軸的材質(zhì)、加工因素外,如果由于工作條件( 溫度、環(huán)境介質(zhì)、負(fù)荷特性) 的變化,特別是曲軸在工作運(yùn)轉(zhuǎn)中所受的彎曲應(yīng)力或扭轉(zhuǎn)應(yīng)力超出了損壞界(真實(shí)應(yīng)力 -1, -1),在圓角過(guò)渡處的薄弱部位就會(huì)出現(xiàn)裂紋而發(fā)展為彎曲疲勞斷裂或扭轉(zhuǎn)疲勞斷裂。2.2 技術(shù)要求2.2.1 調(diào)質(zhì)技術(shù)要求調(diào)質(zhì)曲軸試樣硬度及機(jī)械性能。 硬度: 290330HB 機(jī)械性能:sb1000Mpa ss800Mpa d12% y45% AKu45J(u型缺口)2.2.2 滲氮技術(shù)要求 表面硬度:550HV 滲氮層深度:0.250.40mm3.原材料狀態(tài)和加工工序3.1材料原始狀態(tài)3.1.1材料選用的材料是40Cr,其化學(xué)成份如表1所示 表 1 40Cr鋼化學(xué)成分(%)CSiMnCrSPNiCu0.370.450.170.370.500.800.801.100.0300.0300.250.0303.1.2 鍛造工藝分段加熱,彎曲鐓鍛成型。鍛后正火:880,高溫回火:650。3.2 加工工序彎曲鐓鍛正火高溫回火粗車(chē)主軸頸、連桿軸頸及外圓端面調(diào)質(zhì)精車(chē)主軸頸、連桿軸頸及開(kāi)檔去應(yīng)力回火精車(chē)、半精磨主軸頸、連桿軸頸及開(kāi)檔時(shí)效半精磨、精磨主軸頸、連桿軸頸及鉆鉸直油孔、斜油孔滲氮拋光。4.熱處理工藝4.1 調(diào)質(zhì)工藝 淬火溫度:830,保溫時(shí)間:10分鐘; 淬火介質(zhì):油 回火溫度:560,保溫時(shí)間:12h,冷卻介質(zhì):水。4.2 去應(yīng)力回火工藝穩(wěn)定回火:溫度540,保溫時(shí)間11.5h;低溫時(shí)效:溫度250,保溫時(shí)間11.5h。5. 選材用材分析曲軸選用 10 棒材,選取端面較為平整的一面觀察其金相組織,顯微組織為粒狀珠光體加少量鐵素體,組織均勻,晶粒細(xì)小,晶粒度78 級(jí),如圖所示。40Cr 材料鍛造成型為曲軸毛坯后,為克服因鍛造加熱引起晶粒長(zhǎng)大和不均勻性問(wèn)題,利用正火處理消除鍛造時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力。因?yàn)?0Cr 材料屬于珠光體- 馬氏體類(lèi)鋼,正火后再高溫回火軟化處理,可以給隨后的機(jī)械加工和調(diào)質(zhì)處理打下了良好的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)表明,電渣重熔鋼能使非金屬夾雜物和有害元素含量大大降低,尤其是P、S 有害元素由電爐鋼的0.03% 和0.03%,分別降低至0.005% 和0.002%。同時(shí)可使其化學(xué)成分均勻、純潔度高、晶粒細(xì)小、組織致密,橫向力學(xué)性能顯著改善,基本上消除了橫向性能大大低于縱向性能的弊端,使各方向性能基本一致,避免早期橫向斷裂。由上可知電渣重熔鋼力學(xué)性能明顯高于電爐鋼。 圖1如上圖所示為40Cr鋼的原始組織金相,可看出顯微組織不是很均勻,并且晶粒較為粗大,此時(shí)的40Cr鋼的綜合性能完全不適合制作曲軸,需要通過(guò)一定的熱處理來(lái)改善其內(nèi)部組織,即需要進(jìn)行預(yù)備熱處理,來(lái)細(xì)化晶粒,改善組織性能,根據(jù)已學(xué)知識(shí),并且翻閱相關(guān)書(shū)籍,我選擇使用正火這一熱處理工藝來(lái)作為40Cr鋼的預(yù)備熱處理工藝,同時(shí)根據(jù)試樣大小(10)通過(guò)公式計(jì)算來(lái)確定正火時(shí)間為7分鐘,根據(jù)40Cr的基本性質(zhì)(Ac3的溫度)確定了正火的溫度為880,來(lái)改善其晶粒大小,使得晶粒細(xì)化以便得到更好的切削性能并未淬火做組織準(zhǔn)備 正火后的組織金相如下圖所示 圖2正火后 組織變成了片狀P和片狀滲碳體,此時(shí)的鋼的切削性能較好,硬度較低,便于切削加工。硬度在28HRC左右,由于作為曲軸要有一定的硬度與耐磨性,而此時(shí)的40Cr不滿足要求,因此要進(jìn)行更進(jìn)一步的操作,即進(jìn)行最終熱處理,通過(guò)查閱有關(guān)資料,并結(jié)合所學(xué)知識(shí),我選用調(diào)質(zhì)處理+表面高溫淬火來(lái)作為40Cr鋼的最終熱處理工藝。使用淬火來(lái)提高鋼的硬度,根據(jù)試樣尺寸,確定淬火時(shí)間為10分鐘,溫度為830,由于40Cr鋼的淬透性比較好,為了避免40Cr鋼在淬火時(shí)出現(xiàn)淬裂現(xiàn)象,因此選擇淬火介質(zhì)油。淬火后的組織金相如下圖所示 圖3通過(guò)淬火處理后,淬火組織為馬氏體,具有很高的硬度,不過(guò)很脆,所以需要通過(guò)高溫回火來(lái)提高其韌性,適當(dāng)?shù)慕档推溆捕?。此時(shí)的40Cr鋼的硬度高達(dá)62HRC。不便于加工。由查表可知為了使淬火M盡可能的轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗餝,加熱時(shí)間必須在1個(gè)小時(shí)以上,所以選擇加熱時(shí)間為2個(gè)小時(shí),根據(jù)所選鋼材40Cr鋼的基本性質(zhì),并結(jié)合所學(xué)知識(shí)選擇回火所需溫度為560。高溫回火后的組織金相圖如下所示: 圖4此時(shí)40Cr鋼件的金相組織為回火索氏體,保留了淬火效應(yīng),索氏體均勻細(xì)密,晶粒細(xì)小,具有良好的硬度與韌性。此時(shí)的40Cr的硬度在32HRC左右,已經(jīng)基本符合制作曲軸的要求??梢酝度肷a(chǎn)中。試驗(yàn)表明:馬氏體組織經(jīng)低溫回火,具有較高的強(qiáng)度、硬度,但塑性韌性較低;隨回火溫度提高,其強(qiáng)度下降,塑性韌性提高;經(jīng)高溫回火得到均勻回火索氏體組織,可獲得較高的綜合機(jī)械性能,強(qiáng)度及塑韌性得到最好的配合。6. 結(jié) 論通過(guò)選用40Cr鋼,加上合適的熱處理工藝,即 正火調(diào)質(zhì)處理,可以很大限度的提高曲軸強(qiáng)度,并且通過(guò)高頻表面淬火工藝,可以很好的提高曲軸的表面硬度以及表面耐磨性。在對(duì)40Cr鋼進(jìn)行熱處理時(shí)由于淬透性比較好,很容易出現(xiàn)淬裂,所以對(duì)選擇淬火介質(zhì)是要選擇冷速較慢的介質(zhì)比如空冷、油冷等等。但是若選擇了水冷,則很容易淬裂。做實(shí)驗(yàn)室不小心放入水中冷卻,40Cr鋼直接是內(nèi)部出現(xiàn)裂紋,金相組織顯示晶格紊亂。所以選擇了油冷來(lái)減小曲軸開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)采用階梯加熱、淬火前空氣預(yù)冷和嚴(yán)格控制淬火冷卻時(shí)間的方式,能減小大型曲軸因產(chǎn)品結(jié)構(gòu)各部位尺寸差異產(chǎn)生的應(yīng)力,降低開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)驗(yàn)中,磨取金相時(shí),端面一定要盡量保證平整,不然磨取的金相圖片不清晰,對(duì)研究金相組織有一定的阻礙,像上面的回火態(tài)的金相就是由于磨制時(shí)沒(méi)有保證在同一水平面上,導(dǎo)致端面不平,使得圖像模糊,所以要注意這一問(wèn)題。汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的熱 處理工藝設(shè)計(jì) 指導(dǎo)老師:劉建康 姓名:朱學(xué)海 學(xué)號(hào):070301129 日期:2010-9-29精選word范本!- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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