柴油机曲轴强化方法及中频圆角淬火工艺.pdf

7，2
①柴D油机设计与制造
esign＆ManufactureofDieselEngine1999年第2期(．总第87期)

柴油机曲轴强化方法及中频圆角淬火工艺
乔粱丁、7
AbSttactThispaperdescribesmainreinforcingmethodsforcrankshaftsofmedium—
boredhigh—speeddieselengines．ItfⅢocoseson嘶AKWH—Fautomaticcrankshanfillet
hardeningmachineofGermanAEG—ELOTHERMCorpandcrankshaftfillethardening
technologyf0rDl14seriesdieselengineofShanghaiDieselEngineCompanyLimited．
摘要本文概逑了中等缸径高速柴油机曲轴的主要强化方法。着重介绍了德国
AEG—ELOTHERM公司的AKwH—F型全自动一曲轴圆角淬火机床及上海柴油机股
ing．Inductionhardeningequipment

1前言2曲轴的工作状况和常见的失效方式
近年来国内的中等缸径高速柴油机制造曲轴系柴油机的主要承力件。它的失效
企业，利用技术引进，技术咨询和自行设计相主要表现在轴颈磨损和疲劳断裂。由于工作
结合的方法，推动产品不断更新换代随着状态下受交变应力的作用，在曲轴载面变化
产品的改进与性能的提高，通常都伴随着其转接圆角处发生应力疲劳和应变疲劳的危险
结构复杂性加大，公差更严，技术要求更高和性极大。研究表明，曲轴断裂失效，80％是弯
工作条件的苛刻，特别是柴油机中的主要件．曲疲劳造成的[1】。断裂部位主要发生在主轴
如机体、缸盖、曲轴、凸轮轴、连杆体盖和挺柱颈、连杆轴颈与曲柄连接过渡中圆角部位。此
等件性能的提高，并因此带来了材料与强化外，轴颈表面加工刀痕与淬火裂纹等缺陷也
工艺方法的进步。是不允许存在的。从曲轴设计来看．该处又是
曲轴是柴油机上最重要的零件，它在运传递扭矩最薄弱部位且该处承受应力复杂，
转过程中，主要承受弯曲、扭转和冲击等交变即危险断面[2J。
载荷，轴颈表面承受磨擦。因此，曲轴要有良3曲轴材料的选用、性能要求
好的综合机械性能和高的疲劳强度，轴颈表3．1曲轴常用材料
面有高的耐磨性。要满足这些性能的要求，曲轴常用的材料有45、40Cr、40MnV、
在很大程度上将取决于材质、冷热加工的工45Mn2、35CrMoA、42CrMoA等，部分引进型
艺水平和最终的表面强化方式。本文主要就如Caterpillar、Cummins用SAE1548，STYER
中等缸径高速柴油机的整体锻钢曲轴的表面用CK45，Deutz用39Cr5等。
强化方法作一探讨。球墨铸铁主要是稀士镁球铁或稀士镁铜

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钼合金球铁等，牌号为qrToo一2．QT800—铁曲轴占80％[4J。
2，QT850—3，QT9OO一3等。球铁等温淬火后有组织，具有良好的切
3．2曲轴的性能要求创性能，强度类似于锻钢，耐磨性达到非合金
曲轴的机械性能指标设定，现状有两个化白口铸铁指标．抗擦伤性与渗碳淬火钢相
趋势：一是曲轴整体机械性能指标要求不高，差不多，减振能力比钢铁快4o％．零件质量
通过有效的表面强化工艺，如圆角感应淬火、比钢制轻10％。
轴颈感应淬火加圆角滚压强化．达到曲轴整4．3离子氮化
体高可靠性要求，二是提高曲轴本体机械性球铁曲轴经离子氮化后，生成极细颗粒
能要求，表面强化手段相对弱化，如气体软氮具高硬度的Si3N4，同时还生成Fe3N和
化处理。Fe4N。轴颈和圆角均得到强化处理，改善表
经调质处理的锻钢曲轴，调质硬度为面耐磨性，增加表面强度，特别是增加抗疲劳
HB207—302．经正火处理的锻钢曲轴。正火强度，并提高材料抗腐蚀性能。
硬度为HB163—241。国内一汽大柴球铁曲轴离子氮化应用很
锻钢曲轴轴颈经中频淬火处理后．硬化成功，该厂生产的4100和B6110柴油机多年
层深度为2—4．5ram45钢曲轴硬度为来一直采用球铁离子氮化处理。
HRC55—63，合金钢硬度不低于HRC53，而4．4气体软氮化
其基体屈服强度在470—588MPa，屈强比与正火球铁曲轴相比，气体软氮化曲轴
0．6308o~2}[3]。疲劳强度可提高30％一40％，而耐磨性提高
4曲轴的主要强化方法约8．5倍，可广泛应用于钢与球铁曲轴[4]。
国内外柴油机曲轴的主要强化方法有预日本五十玲汽车有限公司藤泽工场
先热处理、等温淬火、感应加热表面淬火、离4JB1柴油机$53曲轴采用连续炉软氮化处
子氮化、气体软氮化、无毒液体软氮化等。理。表面硬度HV(100)500以上，化合物层厚
4．1正火、调