大直径曲轴采用中频感应加热设备进行热处理产生残留应力的原因及其新工艺

曲轴是汽车上的重要零件，在热处理过程中要承受巨大的应力和摩擦力，因此我们通常通过对曲轴进行热处理以提高它的硬度、耐磨性和使用寿命。但是，工件在热处理过程中会产生一些淬火缺陷，今天，我们就重点分析一下大直径曲轴采用中频感应加热设备进行热处理产生残留应力的原因及其新工艺改进。

大直径曲轴是大型锻件，工件直径为220mm，工件材料为42CrMoA钢。其加工工序为：锻坯-粗车-调质-半精车-定形（中间退火）-精车-中频淬火-磨削-成品。一般来说，机加工使工件表面产生拉应力，定形是为了去除机加工后出现的拉应力，而中频感应加热淬火表面硬化可产生提高曲轴耐磨性与疲劳强度的压应力。但是，对于工件直径为100mm或以上的曲轴，应力情况比较复杂。热处理工艺（定形处理）根据工件表面残留应力实际值确定。

试验曲轴热处理工艺有两种，原工艺为调质-定形，480℃x (10-12)h，空冷-中频感应加热淬火；改进工艺为调质：850℃x(8-9)h淬火，油冷，560℃x(10-12)h 回火，空冷，然后中频感应加热淬火硬化，取消定形处理。中频感应加热淬火硬化工艺为：电压为750-780V，电流为200-210A，功率为150-160kW，淬火加热时间为1min，冷却时间为50s，冷却液为15%(质量分数）AQ251冷却液；回火工艺为360℃x10h，回火后空冷。

试验表明，退火曲轴机加工后，表面残留应力为拉应力，调质后变为压应力。这是由于曲轴直径大，加热时不易整体温度均匀，工件表面与心部存在较大冷速温差，工件表面和心部温度和组织均差异较大，并产生较大的热应力和组织应力。当直径大时，表面残留应力以热应力为主。定形处理目的是消除或降低残留拉应力，但曲轴调质后，表面处于压应力状态，机加工后虽有拉应力产生，但拉应力较弱，定工件表面仍为压应力状态，因而定形处理失去作用；定形处理可使压应力减少10OMPa左右，随后机加工又出现拉应力，使工件中频感应加热淬火前处于拉力状态，这对中频感应加热淬火硬化不利，增大了工件畸变和校正工作量。试验表明，调质处理后，工件在约15mm内呈压应力状态，随后转变为拉应力状态，而且工件表面和心部硬度差异较大，表明曲轴淬火未淬透，其残留应力较复杂。对于尺寸为直径220mm的大型曲轴，其残余应力受热应力和组织应力复合作用，但以热应力为主，结果表层为压应力，次表层呈拉应力。通过试验我们得知中频感应加热淬火硬化后，在表层8mm内，压应力达420MPa左右，然后逐渐转变为拉应力，压应力最深度层约为13nm。

采用改进热处理工艺取消定形处理后，曲轴畸变量≤1.0mm的占89%，优于原热处理工艺，工件校直率约11%，也较原工艺低（原工艺为15%);并且，由于取消了定形处理，生产成本下降，技术经济效益明显。

好了，本文简单说了曲轴中频热处理产生残留应力的原因及改进的新工艺，小编更希望您能把这些应用到工作中去，生产出高质量的曲轴。说实话，曲轴在热处理过程中还会产生其他缺陷，至于其他方面的缺陷，您可以多看看热处理方面的书籍，相信您会有一定的收获。