一种提高曲轴疲劳强度的方法

【】本发明属于曲轴强化，具体涉及一种提高曲轴疲劳强度的方法。

背景技术

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背景技术：

1、曲轴作为汽车发动机的重要零部件之一，其工作环境恶劣，受力情况复杂，曲轴的性能除与材质有关外，还取决于热处理及表面强化工艺、加工精度和表面粗糙度等，发动机工作时，曲轴轴颈受弯曲应力和冲击等力的作用，导致曲轴产生疲劳断裂和轴颈磨损，因此，这就要求曲轴有较高的抗拉强度、刚度、疲劳强度、表面强度、耐磨性，同时心部要有一定的韧性，对曲轴的性能要求日益增加，因此需要对其进行强化处理。

2、曲轴的提高疲劳强度工艺大致有以下几种：(1)表面氮化；(2)表面喷丸；(3)表面感应淬火；(4)表面激光处理。经实验知，在几种曲轴强化加工方法中感应淬火强化效果最好。

3、感应加热表面淬火是利用工件表面在交变磁场中产生一定频率的感应电流，将零件表面迅速加热，然后迅速淬火冷却的一种热处理操作方法。其特点主要有：加热速度快、热效率高；轴颈表层得到极细的针状马氏体，使表面硬度高，心部具有韧性，缺口敏感减小，提高冲击韧性和疲劳强度；变形小；不易氧化和脱碳；容易实现机械化和自动化。

4、随着曲轴的不断强化、轻量化设计、硬度和疲劳强度要求的不断提高，原处理工艺已不能满足其使用要求，需要一种新的工艺提升曲轴强化效果。

5、因此，本专利提出一种提高曲轴疲劳强度的方法，即能提升曲轴连杆颈表面硬度，还可提高疲劳寿命，并将机理研究与实验结论应用于曲轴强化中，提升曲轴强化效果。

技术实现思路

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技术实现要素：

1、本发明的目的是：

2、本发明对对调质处理后的48mnv曲轴进行加工，然后进行到中频感应淬火；最后通过修改中频感应淬火参数和圆角滚压参数，得到曲轴成品。本发明在有效提升曲轴连杆颈表面硬度的同时，可提高耐磨性能和疲劳寿命，具有极好的实际应用场景。

3、为解决上诉问题，本发明所采用的技术方案是：

4、1、一种提高曲轴疲劳强度的方法，包括以下步骤：

5、步骤1：前处理，对48mnv曲轴进行加工，然后进行到中频感应淬火暂停。

6、步骤1结束后进行步骤2；

7、步骤2：强化处理，对连杆轴颈进行感应淬火，线圈淬火能量3370kj、圆角线圈淬火能量2500kj、电流频率为9khz、加热时间为17s、间隔时间为18s、冷却时间为20s、210℃保温回火2.5h。

8、步骤2结束后进行步骤3；

9、步骤3：精车探伤后进行组织与性能测试，通过显微镜测得淬硬层厚度，利用geminisem 300电子显微镜观测试块组织，利用hdx-1000tm显微硬度计以0.98n载荷、10s加载时间来测量工件显微硬度，利用pdc-2电动谐振式疲劳试验装置进行疲劳试验以对称的正弦波为装置采用加载载荷，确定载荷的工作频率为56hz，疲劳试验的循环基数为107次，加载载荷以疲劳极限预估计值的75％开始加载。

10、2、根据权利要求1所述的一种提高曲轴疲劳强度的方法，特征在于：步骤3需进行切割处理，采用数控铣床将曲轴连杆颈切割成20mm×10mm×10mm的试块，铣削过程中保持每个工件的进刀量一致、铣削速度相同，得到铣削后的试块。

11、3、根据权利要求1所述的一种提高曲轴疲劳强度的方法，特征在于：步骤2所述的强化工艺为修改后的轴颈中频淬火工艺参数能够有效提高曲轴强化效果。

12、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

13、1.本发明采用新参数强化处理曲轴轴颈表面方式，在有效提升曲轴连杆颈表面硬度的同时，可提高耐磨性能和疲劳寿命。本发明采用新参数强化处理方式，其中轴颈感应淬火使曲轴轴颈加热达到临界温度以上，保温一定时间，而后迅速降温，这使表面硬度高，心部具有韧性，缺口敏感减小，提高冲击韧性、疲劳强度。

14、2.本发明在感应淬火处理曲轴时，连杆轴颈表面会产生涡流进行加热，又起是一个快速加热、快速冷却的过程，材料表面发生了马氏体相变，晶粒尺寸得到细化，材料内部晶粒具有更多的位错密度和晶界数量，使得表面硬度高，起到表面淬火效果。轴颈心部随着热传导的作用，表层不同深度呈现出不同的温度分布，相变不充分，内部组织不变，材料内部仍具有的韧性。因此本发明可实现轴颈表面性能如硬度、耐磨性、疲劳强度等整体提高。

15、3.本发明制备的曲轴连杆颈表面平均显微硬度为694hv，是基体硬度的3.15倍。即经过本发明制备的曲轴连杆颈表面硬度得到显著提高。轴颈在40n载荷下，往复长度为4mm，测试30min，磨失量仅为0.32mg，相较于原工艺有较大提升。轴颈以对称的正弦波为装置采用加载载荷，确定载荷的工作频率为56hz，疲劳试验的循环基数为107次，加载载荷以疲劳极限预估计值的75％开始加载条件下，连杆颈弯曲疲劳极限载荷其值为3750n·m，较于工厂现有感应淬火工艺试样，提升了约4.16％。

技术特征：

1.一种提高曲轴疲劳强度的方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种提高曲轴疲劳强度的方法，特征在于：步骤3需进行切割处理，采用数控铣床将曲轴连杆颈切割成20mm×10mm×10mm的试块，铣削过程中保持每个工件的进刀量一致、铣削速度相同，得到铣削后的试块。

3.根据权利要求1所述的一种提高曲轴疲劳强度的方法，特征在于：步骤2所述的强化工艺为修改后的轴颈中频淬火工艺参数能够有效提高曲轴强化效果。

技术总结
本发明公开一种提高曲轴疲劳强度的方法，具体包括以下步骤：步骤1：前处理，对48MnV曲轴进行加工，然后进行到中频感应淬火暂停。步骤2：强化处理，对连杆轴颈进行感应淬火，线圈淬火能量3370kJ、圆角线圈淬火能量2500kJ、电流频率为9kHz、加热时间为17s、间隔时间为18s、冷却时间为20s、210℃保温回火2.5h。步骤3：精车探伤后切样进行组织与性能测试，通过显微镜测得淬硬层厚度，用电子显微镜观察内部组织，显微硬度计测量硬度与，用PDC‑2电动谐振式疲劳试验装置进行疲劳试验。即本发明公开的方法不仅能提升曲轴连杆轴颈表面硬度和残余应力，还可提高疲劳强度，具有极好的应用场景。

技术研发人员：王荣,赵欢,张晶,严海玲,王凯
受保护的技术使用者：桂林电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15