45钢曲轴的感应淬火工艺

　　曲轴是发动机最重要的零件之一，它承受着由连杆传来的燃气爆发力和整个曲柄的惯性力，主要承受交变弯曲载荷和扭转载荷，在曲轴内将产生复杂的交变应力。同时，曲轴形状复杂，应力集中严重，各轴颈在很高的比压下高速滑动，可引起表面磨损。因此，曲轴必须有较高的疲劳强度、耐磨性。目前，国内对曲轴性能主要采用渗氮处理，圆角滚压强化，中频淬火等工艺进行强化[1]。利用感应淬火工艺不仅可以增加曲轴轴颈的耐磨性，而且能够显著提高疲劳强度，延长曲轴的使用寿命[2]。某柴油机公司为了提升产品质量，提高市场竞争力，对曲轴表面强度和疲劳寿命提出了设计要求。由于该产品对性能要求比较高，另外客户也对曲轴圆角感应淬火提出了工艺要求。因此，本文通过多次工艺试验，摸索出淬硬层深和频率、功率、冷却之间的关系，并最终确定曲轴感应淬火工艺。

　　1 曲轴的热处理要求和试验条件

　　1.1 热处理技术要求

　　曲轴的几何形状如图1所示，材料为45钢，选C:0.42%～0.47%，曲轴加工过程为: 锻造—正火—调质—粗车—去应力退火—精车—中频感应淬火—低温回火—粗磨—精磨—抛光、检验、入库。预先热处理为调质，硬度为248～285HB。曲轴主轴颈、连杆颈及圆角均要求感应淬火。表面硬度要求≥55HRC; 主轴颈和连杆颈淬硬层深要求2.0～4.0mm，圆角淬硬层深要求≥2.0mm; 淬火后显微组织为3～9级; 感应淬火后曲轴主轴颈最大跳动≤0.4mm。

　　1. 2 试验条件

　　试验设备为TQK-B/5型半自动曲轴淬火机床，最大加热功率为150kW，中频频率8～10kHz，转速任意可调; 感应器为专门定制; 淬火介质采用AQ-251，试验采用介质浓度为5%。

　　检测设备为equotip3型瑞士产便携式里氏硬度计; HR-150A洛氏硬度计; CJW-4000A型荧光磁粉探伤机; 金相显微镜、折光仪、百分表。

　　2 试验方案的确定和试验过程

　　根据45钢材料曲轴的中频感应淬火经验公式和生产实际应用[3]，首次中频感应淬火工艺试验的工艺参数确定如下: ① 淬火加热功率110～140kW; ② 淬火水压0.7MPa; ③ 淬火介质温度20～30℃; ④ 淬火加热温度860～880℃; ⑤ 淬火方式采用半圈淬火感应器曲轴旋转感应加热方法，同时利用功率分配技术，对曲轴连杆颈下止点进行感应淬火; ⑥ 加热时间14s和冷却时间为18s; ⑦ 机床使用频率9.7kHz。

　　为了验证上述工艺的有效性，首次试验生产1件，并按产品工艺要求进行检测，检测结果如表1所示。

　　从检测结果可以看出: 轴颈中间部分淬硬层深和硬度已能够满足工艺要求，各圆角处层深较浅1.00～1.85mm之间，并且存在未淬硬部位，法兰处淬硬层深不够，未能达到工艺要求。经分析，原因如下: