非調(diào)質(zhì)鋼柴油機(jī)曲軸的開發(fā)

1、非調(diào)質(zhì)鋼柴油機(jī)曲軸的開發(fā)非調(diào)質(zhì)鋼柴油機(jī)曲軸的開發(fā)唐新民趙九根余愛國(guó)ExploitationofNonQuenchedTemperedSteelfDieselEngineCrankshaftTangXinminZhaoJiugenYuAiguo(ProductDevelopmentTechnicalCenterJianglingMotsLtdNanchang330001)曲軸生產(chǎn)線加工設(shè)備的自動(dòng)化程度和加工精度都很高，對(duì)曲軸鍛件毛坯的內(nèi)在

2、質(zhì)量、切削性能及外形尺寸精度都有很高的要求。國(guó)內(nèi)提供的調(diào)質(zhì)鋼S53C鍛造曲軸毛坯因調(diào)質(zhì)質(zhì)量不穩(wěn)定，硬度不均勻，切削性能差，導(dǎo)致生產(chǎn)線經(jīng)常出現(xiàn)停產(chǎn)。1995年底開始，江鈴汽車公司決定用非調(diào)質(zhì)鋼取代調(diào)質(zhì)鋼制造曲軸。1曲軸材料的性能曲軸材料的性能氣缸內(nèi)活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)通過連桿傳遞到曲軸形成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，再由曲軸輸出扭矩，驅(qū)動(dòng)汽車行駛。所以，曲軸的受力狀態(tài)既有扭轉(zhuǎn)又有彎曲。其次，曲軸各軸頸都在很高的比壓下，以很大的相對(duì)速度在軸承中承受滑動(dòng)摩擦，產(chǎn)生較

3、高溫度和磨損。曲軸的服役條件決定曲軸材料必須具有較高的抗拉強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度，表面具有較高硬度及耐磨性，心部有一定的韌性。統(tǒng)計(jì)表明，曲軸失效的主要形式是彎曲疲勞斷裂和軸頸磨損失效。表1為S53C鋼調(diào)質(zhì)與正火狀態(tài)下的機(jī)械性能。表1S53C鋼機(jī)械性能及曲軸表面硬度數(shù)據(jù)表Table1Mechanicalpropertiescrankshaftsurfacehardness處理狀態(tài)σsMPaσbMPaδ%ψ%akJc.cm2HBS表面軟氮化Hv0.

4、1調(diào)質(zhì)≥588≥780≥14≥35≥59229～285≥500正火≥392≥647≥15183～255≥500注：(1)機(jī)械性能按日本標(biāo)準(zhǔn)JISZ2201、2202中規(guī)定取標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行拉伸、沖擊試驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)。(2)表面軟氮化Hv0.1指標(biāo)為日本五十鈴公司曲軸圖紙技術(shù)要求。2對(duì)比試驗(yàn)及分析對(duì)比試驗(yàn)及分析2.12.1選材選材選用非調(diào)質(zhì)材料制造柴油機(jī)曲軸，要求材料既要滿足S53C鋼主要機(jī)械性能指標(biāo)(特別是抗拉強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度)，又能大大改善切

5、削性能，提高生產(chǎn)率，降低成本。依據(jù)我國(guó)非調(diào)質(zhì)鋼冶煉水平和非調(diào)質(zhì)鋼種，選定49MnVS3鋼為研究材注：(1)表中數(shù)據(jù)S53C鋼為生產(chǎn)記錄每套刀具推算平均壽命數(shù)，49MnVS3鋼為生產(chǎn)試驗(yàn)樣本每套刀具平均壽命數(shù)。(2)表中工序?yàn)榍S加工中切削量大的工序，切削量小的工序沒有列入表中。49MnVS3鋼鍛件的室溫組織為珠光體鐵素體，硬度均勻，工件表面硬度差小于20HBS，斷面硬度差小于15HBS，且鋼中硫含量較高，大大改善了切削性能。從表3可看出

6、，切削量大的工序，刀具壽命提高幅度也大，解決了車?yán)S頸工序(調(diào)質(zhì)鋼曲軸加工瓶頸工序)的切削加工問題，刀具壽命提高250%以上。切削量小的工序，刀具使用壽命提高約30%。曲軸磨削加工后，必須進(jìn)行表面硬化處理，以提高軸頸的耐磨性能和疲勞強(qiáng)度，延長(zhǎng)曲軸的使用壽命。江鈴汽車公司柴油機(jī)曲軸采用氣體軟氮化工藝進(jìn)行表面硬化處理。氮化設(shè)備為多功能連續(xù)推桿式氣體軟氮化爐，氮化工藝與S53C鋼曲軸相同。結(jié)果表明，非調(diào)質(zhì)鋼曲軸軟氮化后的質(zhì)量與S53C鋼曲軸相

7、當(dāng)，可滿足曲軸各項(xiàng)技術(shù)要求。2.42.4金相組織金相組織曲軸表層金相組織，為較細(xì)的珠光體斷續(xù)網(wǎng)狀鐵素體，晶粒度4～6級(jí)，硬度HB240～260；心部金相組織為較粗的珠光體斷續(xù)網(wǎng)狀鐵素體，晶粒度3～5級(jí)，硬度HB230～245。2.52.5機(jī)械性能機(jī)械性能根據(jù)曲軸服役條件，曲軸直徑的大小，按圖1所示部位取樣(均為標(biāo)準(zhǔn)試樣)，試驗(yàn)方法為每批次取2件曲軸，4個(gè)抗拉試樣，4個(gè)沖擊試樣。進(jìn)行兩種材料的對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表4。圖1曲軸機(jī)械性能試樣