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某型机车曲轴中频感应淬火工艺分析

编辑: 发布时间:2020-08-18点击:

国外某型机曲轴材料为SAE5046钢,成品主轴颈φ215.9mm,连杆颈φ165.1mm,总长4034.64mm,总重1639.2kg。为提高轴颈的耐磨性,所有主轴颈和连杆颈需对轴颈表面进行中频感应淬火强化。

该曲轴结构如图1所示,其轴颈中频感应淬火成品硬化层深度要求为5.08~10.2mm,远大于一般曲轴要求的2.5~5.0mm,是该曲轴生产中的一大难题。
中频感应淬火

一、工艺分析

该曲轴各轴颈经中频感应淬火后,要求达到:轴颈成品表面硬度45~53HRC,硬化层深度5.08~10.2mm(极限硬度43HRC),硬化层宽度及非硬化区宽度
 

从技术要求可以看出,该曲轴轴颈成品硬化层深度5.08~10.2mm,远大于一般曲轴要求的2.5~5.0mm;极限硬度为43HRC,也比GB/T5617-2005标准规定的“零件表面所要求的最低硬度的0.8倍”高。为了保证曲轴成品硬化层深度,加上磨削工艺留量,中频感应淬火后的硬化层工艺深度至少应在6.0mm以上。

 

该曲轴材质为SAE5046钢,与我国的45钢化学成分接近,不同之处是wCr要求0.20%~0.35%,基本属于碳钢。根据经验,一般碳钢曲轴中频感应淬火时硬化层深度约占加热层深度的0.8左右。对该曲轴,按硬化层工艺深度6.0mm计算,加热层深度应至少达到6.0mm/0.8=7.5mm。我企业现有曲轴中频淬火机床最低频率为6kHz,理论上电流透入深度d热最深大约为500/≈6.45mm,小于需求的最小加热深度7.5mm。此外,以43HRC作为硬化层极限硬度时,我企业以往碳钢曲轴的中频感应淬火经验表明,硬化层深度无法达到5mm以上。

中频感应淬火

为保证曲轴获得足够的硬化层深度,采取的措施:一是对SAE5046钢化学成分进行优化,主要是适度提高Mn量下限,并加入少量的V元素,以达到细化晶粒、提高材料淬透性的目的,为满足曲轴调质力学性能和中频淬火深度、硬度等要求创造条件;二是中频感应淬火时,在采用机床最低频率基础上,适当延长加热时间,使热量往内部传导一定深度,以获得较为理想的加热层;三是选用合适的淬火冷却介质,在确保曲轴不发生淬火裂纹的前提下,获得较大的冷却能力。

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