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球鐵曲軸加工強化技術的新進（jìn）展

2013-1-6 來源：作者：江西宜春齒輪廠張先鳴

近年來, 隨著運輸機械的發展, 柴油發動機的發展也上了一個新台階, 在滿足不（bú）同（tóng）配套（tào）對象對（duì）功率需（xū）求的同時（shí）, 有大量的新品柴油機在誕生曲（qǔ）軸是柴油機的關（guān）鍵件之一, 其（qí）工作環境是在不斷變化的氣體壓力和慣性力條件下, 承受著強大的方向不斷變化著的彎矩及扭矩（jǔ）, 同時進行長時間地工作（zuò）。因此, 其必（bì）須具備足夠的剛性和疲勞強度, 以及良好的耐磨性。由於鍛造速度慢和工藝複雜（zá）, 且價格昂貴, 影響了大批量生產。

為了降低生（shēng）產成本, 圍繞曲軸可靠性的提高, 在運用高強度球墨鑄鐵替代45 鍛鋼、4 0Cr : 加（jiā）工強化技術方麵, 取得了（le）一定的新進展。下麵對球鐵曲軸目前使用（yòng）較多的新工藝作一簡述。

1.快速正火工藝

多少年來, 根據教科書和文獻資料推薦, 球墨鑄鐵曲軸正火一直采用傳統的完全奧（ào）氏體高溫正火工藝。該工藝加熱溫（wēn）度高, 處理時間長, 能耗大, 生產效率低,易產生過熱, 過燒等缺陷。為此（cǐ）, 根（gēn）據生產條件, 對熱處理工藝參數進行了優選。運用正交試驗方法, 從煤耗、曲軸強度、塑性、衝（chōng）擊韌（rèn）性綜合考慮, 確定的球鐵曲軸快速正火工藝見圖。

由表1 可以（yǐ）看（kàn）出, 快速正火比完全奧氏體化高溫正火的杭拉強度、延伸率、衝（chōng）擊值和硬度都有提高。這（zhè）因其（qí）基體的不同所致。高溫正火後的金相組織為珠光（guāng）體+ 牛眼狀鐵素體。珠光體呈粗片狀, 占85 寫以上, 鐵素體（tǐ）呈牛眼（yǎn）分布在石墨的周圍（wéi）。而快速正火所得組織,鐵素體呈破碎狀分布, 因快速正火加熱溫度穩定在Fe-C-Si 三元版析溫度範圍（wéi）內, 溫度（dù）愈高, 鐵素（sù）體量愈少, 奧氏體量愈多。當冷（lěng）卻時, 奧氏體全部轉變成珠（zhū）光（guāng）體, 而鐵素體保留下來（lái）。因而奧氏體優先在原鐵素體滲碳體界麵及共晶團晶界處形核長（zhǎng）大（dà）, 這樣未向（xiàng）奧氏體轉變的鐵素體呈破碎狀均勻分（fèn）布在基體中, 冷（lěng）卻後保留下來的（de）鐵素體其形態不變。

破碎狀鐵素（sù）體的衝擊值和延伸率比牛眼（yǎn）狀高, 細小的晶料及細片狀珠光體使其抗（kàng）拉強度（dù）和硬度提高。山（shān）東文登曲軸廠（chǎng）應（yīng）用快速正火工藝處理單缸、二缸、多缸（gāng）球鐵曲軸, 現年處理各類農機曲軸（zhóu）已（yǐ）達3 。餘萬件。曲軸的基體組（zǔ）織為85 % ~ 90 %細片狀球光體和破碎鐵素體（tǐ）, 幾) 85 OMP a , 民妻3 % , 姚> ZoJ/ c m Z , 韌性增加（jiā）, 性能合格率達98 %以上。產品經台架耐久性試驗, 使用壽命超過7 0 0 0h , 安全係數n > 2 . 30 . 有必要一提的是, 對於球鐵（tiě）曲軸采用複合孕育處理, 應（yīng）嚴格控製化學成分, 鑄件中碳化物數量要能保證< 1 寫, 可以應用此工（gōng）藝。

2 .鑄造餘熱正火

Q T 60 住（zhù）2 牌號球墨鑄（zhù）鐵曲軸（zhóu）采用正火處理, 雖有比較穩定的力學性（xìng）能和金（jīn）相組織。但工藝上則存在生產周期長, 鑄件氧化嚴重, 變（biàn）形大以及能耗高等問題。改用鑄造餘熱（rè）正火處理, 可克服上述（shù）缺點, 顯著降低生產成本。

四川南充勞動工廠用卡腰衝天爐熔製的鑄態珠光體球鐵的鐵水爐前（qián）孕育處理Q T 6 00-2 柴（chái）油發動機曲（qǔ）軸。為獲（huò）得良好的（de）綜合力學性能。原工藝為鑄件冷至8 4 0 ~ 95 0℃ 時, 開（kāi）箱將鑄件進行正火處理。根據本廠的生產（chǎn）情況及產品結構, 經過測試及經驗摸索（suǒ）, 確定農用柴油機汽車多缸（gāng）發動（dòng）機曲軸鑄件, 在澆注完（wán）畢30 ~50 m in 後開箱。利用鑄造餘熱進（jìn）行正火處理, 使Q T 6 0 0-2 鑄（zhù）件的（de）珠光體含量大於90 % , 其力學性能超過Q T 70-2 , 其a 值也完全高於2 %的韌性（xìng）指標。

生產（chǎn）實踐表明, 球（qiú）墨鑄鐵的鑄造餘熱正火處理要根（gēn）據氣溫（wēn）條件, 靈活掌（zhǎng）握（wò）開箱時間, 這對穩定鑄件質量是十分重要的。氣溫低時控製在3 o m in 左（zuǒ）右開箱, 而氣溫高時則要控製在50 m in 內開箱。

另外, 在鑄造過程中, 選用銅為微量合金化元素,其石墨化級另l!和大小有95 % 可控製在2 級, 極少低於2 級。

3 . 等溫淬火處理

經不同（tóng）溫度等溫淬火處理的球墨鑄鐵, 具有高強度、高韌性、高疲（pí）勞性能和優良斷裂韌性, 被譽為近30年（nián）來國際（jì）鑄（zhù）鐵冶金學方麵的重大成就之一。

就我國單（dān）缸柴油機（jī）球鐵曲軸生產而言, 除為數不多（duō）的廠（chǎng）家（jiā）用正火加氣體軟氮化或軸（zhóu）頸中頻淬火之類強化外, 大多（duō）數均推廣整體等溫淬火的單一（yī）強化工藝。

目前熱處理用的許多電爐和淬火槽都可用於球墨（mò）鑄鐵等溫淬火。一般加熱條件限製在900℃ ×lh , 目前最常用溫度取8 80 ~9 0 0 ℃ 之間, 奧（ào）氏體化的曲軸應（yīng）很快放（fàng）人淬火介質中才能得到滿意的（de）淬火效果（guǒ）, 等溫溫度取2 80 ~3 5 0℃之間, 可獲得較高的綜（zōng）合力（lì）學性能。

根（gēn）據N J2 4 -86 曲軸技術（shù）條件, 對等溫淬火曲軸硬度定為H R C 38 ~48 , 金相顯微組織為下貝氏體（tǐ）加少許馬氏體（tǐ）及殘餘奧（ào）氏（shì）體。為此, 等溫保溫時（shí）間大約在45 m in 至lh 之間, 等溫後應（yīng）及時回火（huǒ）, 工藝為180℃時保溫1 2 0m in , 空冷（lěng）。使殘餘奧氏（shì）體進一步轉變為下貝氏體, 隱針馬氏體轉變為回火馬氏體, 同時消除曲軸內應力。奧一貝球鐵組（zǔ）織為細針狀下貝氏體, 白亮區<8 %, 磷共晶< 1 %, 滲碳體< 0. 5 %。奧一貝球鐵曲軸係整（zhěng）體加熱淬火強化, 因（yīn）殘餘奧氏體的加工硬化, 給切削加上帶來困難, 故推廣及（jí）其應用還存在一定難度。解決此問題的（de）方（fāng）法, 除早期采取對淬（cuì）火後曲軸進行局部加熱退火軟化外, 現在多半是根據過冷奧氏體（tǐ）轉（zhuǎn）變原理, 給待加工部位套上鑄鐵套（tào）, 使該部位淬（cuì）火時緩慢（màn）冷卻, 改變組織, 降低硬度（dù）, 滿（mǎn）足機加工要求。

九江動力機廠在推行奧（ào）一貝球鐵中做了大量工作,他們（men）在單缸柴油（yóu）機曲軸批（pī）量生產中做到了帶套淬火防護與吊具五裝一體化上線生產, 從而（ér）使曲軸等溫淬火工藝質量有了保證。

另處, 國內還有幾家工廠在四缸柴油發動機曲軸上試（shì）驗（yàn）研究應用奧一貝球鐵, 已取得了成功的經驗。

4. 滾（gǔn）壓（yā）強化工藝

目前, 國外對球鐵曲軸已廣（guǎng）泛采用圓角滾（gǔn）壓（yā）強化工藝, 使疲勞強度（dù）成倍（bèi）提高, 經圓（yuán）角滾壓處理後的壽命指（zhǐ）標由3 %提高到97 %。

我國在進（jìn）行滾（gǔn）壓（yā）強化工藝方麵, 也進行（háng）了一些有效的工作。球鐵曲軸的滾壓工藝參數, 應結合滾壓杭床的實（shí）際情況, 選擇滾（gǔn）壓力和滾壓圈數。影響滾壓力的主要因素有材料抗拉強度幾, 彈（dàn）性模量E 和圓（yuán）角半徑。,滾輪半徑R , 滾輪角（jiǎo）度a 及相關（guān）軸頸的半徑等。

東風汽（qì）車公司在引進的康明斯（sī）6B係列發動機曲軸上用高強（qiáng）度Q T 80 0 -2 球鐵替（tì）代（dài）, 對圓角（jiǎo）滾壓強化（huà）工藝進行了（le）較深人的研（yán）究, 取得了一定（dìng）的（de）成效。他們結合滾壓機床的實（shí）際情況, 選定滾壓參（cān）數為油缸壓力4MP a , 強化滾壓圈數1 4 , 滾壓轉速為3 0r / m in 。在D C 一1 電動諧振式疲勞試（shì）臉（liǎn）機上, 用升降（jiàng）法測疲勞（láo）極限, 循環基數為l0, 試驗頻率約（yuē）47 Hz : , 試件（jiàn）失效判據為共振頻率下降0.05Hz : , 對應裂紋長度約30 m m , 在進行該曲軸的滾壓試驗（yàn）中（zhōng）, 從試驗數據初步判斷其（qí）疲勞極限（xiàn）在2 2 0 0N· m 左右。

進一步試驗, 從結果可以看出, 球鐵曲軸圓（yuán）角滾壓強化後（hòu）, 軸頸淬（cuì）火與（yǔ）未淬火（huǒ）其疲勞強度基本相當。Q T 8 0 0 -2 球（qiú）鐵製成的康（kāng）明斯6B 曲軸, 不經（jīng）任何強化,其疲（pí）勞強度在8 0 0N·m 以（yǐ）下, 滾壓（yā）強化的球鐵曲軸疲（pí）勞（láo）強度已達2 7 8 3 N·m , 疲勞強度提高了1 72 % , 按國標JB 3 2 8 5 一83 計算, 其安全係數均大於1 . 3 。