曲轴软氮化的工艺改进及对比分析

曲轴软氮化的工艺改进及对比分析

曹利民

曹利民（Dong'anAutomobileDynamicCo.，Ltd.，205Workshop，Harbin150066，China）

摘要：利用原有设备，采取“通氨滴醇”随炉冷却方法，通过改变曲轴的装炉方式、设计使用新工装、调整工艺参数等控制手段降低曲轴软氮化后的裂纹率，提高曲轴软氮化工序一次交检合格率。

关键词：曲轴；软氮化；畸变；组织渗层

中图分类号：U46文献标识码：A文章编号：1006-4311（2010）09-0244-01

0引言

曲轴的制造难度大，性能要求高，为保证曲轴有足够的疲劳强度，通过软氮化表面强化的工艺可以提高曲轴表面耐磨性和曲轴圆角的强度，从而提高曲轴整体的疲劳强度。

1曲轴软氮化的技术要求

曲轴结构尺寸示意图如图1所示，其性能要求参数如下：

硬化层深：化合物层（ε相和γ'相）：0.003±0.001mm。扩散层≥0.18mm。

变形量：Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ主轴径对Ⅰ、Ⅴ跳动。软氮化前跳动量要求≤0.03mm；软氮化后跳动量要求≤0.05mm。

2工艺改进

2.1裂纹的原因分析经裂纹理化分析，曲轴的第Ⅱ主轴径和2拐、3拐R根部裂纹较严重，软氮化后的曲轴化合物层、扩散层都较深，曲轴表面维氏硬度也非常高，曲轴在软氮化处理中表层出现白色化合物层中硬度高的脆性（ξ相）是产生裂纹的一个重要因素。曲轴软氮化后随炉冷却，表面软氮化层存在脆性ξ相，所以极易产生裂纹倾向。曲轴的第Ⅱ主轴径和2拐、3拐R根部加工采用车床加工，粗糙度差，会显著降低其耐磨性和疲劳强度，并易造成应力集中，所以工件都是在精细加工后进行软氮化[3]。

通过以上试验分析，曲轴软氮化后出现裂纹的原因有以下几方面：①软氮化后曲轴的畸变量；②软氮化后化合物层组织与层深影响；③曲轴主轴径R处的机加光度的影响。

2.2解决曲轴软氮化后畸变的问题经多批试验证明传统的垂直装炉方式处理后的零件变形量较大，根据曲轴本身的结构特点，对水平摆放、垂直摆放二种装炉方式进行试验。从试验结果可以看出，曲轴采用水平摆放装炉方法软氮化后主轴径跳动量合格率较垂直摆放高2.15倍。曲轴在水平摆放时对工装水平度的要求比较高，所在在设计工装时必须保证曲轴摆放以后所有的五个主轴径在同一水平面上，新工装将原有工装所采用拼装的容易变形的8mm厚的45钢表面烧陶瓷板改为整体的12mm厚Cr25Ni20高温合金板，并在合金板上钻?准10孔，即保证了隔板的强度，又满足炉气均匀循环的需要。

2.3解决软氮化组织与层深的问题通过软氮化工艺参数的设计，使得软氮化处理得到是极薄的表层化合物层，对防止脆性是有利的[4]。

软氮化时间根据曲轴软氮化化合物层及扩散层要求确定：将原工艺的氮化保温时间210-270分钟改为60-70分钟，通过多次生产试验效果良好。为保证曲轴表面化合物层达到偏下限，将软氮化氨气供给量由原1500-2000L/h降为500-550L/h；升温阶段和降温阶段氨气供给由2000-3000L/h均降为550L/h。

2.4解决主轴径和拐径R处光度的问题抛光后零件轴径R处粗糙度达到Ra0.63，以避免应力集中，保证曲轴软氮化后在校正时不发生崩皮现象。

2.5对比分析从改进前后的数据对比可以看出，改进工装、工艺方法后生产出的曲轴软氮化变形大的零件经校正后探伤裂纹比例明显降低。

3结论

软氮化后随炉冷却理后的曲轴容易在冷却过程中析出脆相，造成零件化合物层的脆性增大，产生裂纹的倾向增大。通过采用合理的工装和软氮化工艺参数，一次交验合格率提高38%，校正后裂纹率从65%降低至2%，表明该工艺改进取得较为理想的效果。

参考文献：

[1]王国佐，王万智.钢的化学热处理[M].北京：中国铁道出版社.

[2]王忠诚.气门液体软氮化外观质量缺陷产生原因与对策[J].内燃机配件，2009，3.

[3]于志芹.WD618曲轴气体软氮化试验[J].重型机械科技，2007，1.

[4]林化春,李肇飞.35CrMo钢曲轴离子软氮化的研究[J].钢铁研究学报，1998，3.