[发明专利]一种内燃机曲轴复合强化热处理技术

说明书

技术领域：

本发明涉及金属零部件热处理，特别是小径内燃机曲轴强化热处理方法。

背景技术：

小径内燃机曲轴指主轴颈、连杆轴颈为Φ20-50mm的曲轴，要求曲轴具有高的疲劳强度和耐磨性，并且有一定刚度.曲轴疲劳强度不足将导致使用过程中的早期断裂，而耐磨性低则使用寿命短，因而需要进行热处理。

内燃机曲轴加工流程为：球墨铸铁毛坯件→粗加工→等温淬火处理或表面淬火处理→精加工→曲轴成品。

对于主轴颈、连杆轴颈Φ20-50mm的曲轴等温淬火工艺是：粗加工后的曲轴放入箱式炉中加热至900℃±20℃保温2小时，待完成奥氏体转化后出炉，浸入280℃±20℃的硝盐槽内等温1.5小时，取出清洗及打硬度。这样处理后的曲轴抗拉强度达到1200N/m m²以上，延伸率达到3-4％，基体组织为残余奥氏体和下贝氏体，硬度达35-45HRC。此曲轴虽然强度很高，但在高速运转的情况下易磨损。

对于主轴颈、连杆轴颈Φ20-50mm的表面淬火处理一般是中频淬火或高频淬化、或超音频淬火。表面超音频淬火工艺是：超音频淬火机床上安装感应圈和工装后安装工件，采用60KHZ的频率、60KW的功率、在感应器中输入超音频交流电，产生交变磁场在工件中产生出同频率的感应电流，利用感应电流的集肤效应对工件进行加热，这种电流在工件的分布是不均匀的，在表面强，而在内部很弱，到心部接近于0，在电流2-5安培、电压10-15KV条件下，加热时间5-10秒，使工件表面温度迅速升温至900-1000℃而后进行水冷却，冷却时间4-6秒，拆下工件打硬度。这样处理后的曲轴其表面硬度达46-55HRC，硬化层深1mm以上。此曲轴虽然表面硬度高，不易磨损，但因未进行整体热处理，其基体机械强度较差(只是球墨铸铁原来的强度)。

通常两种热处理工艺只取其中一种，将球铁等温淬火可获得贝氏体铁素体组织，调整化学成分和热处理工艺参数可同时获得20-50％的高碳残余奥氏体，这就是奥贝球铁。它具有较高的强度、塑性、韧性、疲劳性能，但其表面硬度只有35-45HRC，从而对曲轴的耐磨性即使用寿命产生影响。

超音频淬火基体组织不变，等温淬火表面硬度不高且易磨损。超音频淬火表面硬度高但基体机械强度差，各有利弊。而且最高硬度也只能达到45-55HRC，当然硬度越高、耐磨性能也越好，基体、表面机械强度越大也越好，两种工艺如何优化后进行兼容是我们研究的课题。

发明内容：

本发明的目的在于克服上述小径内燃机曲轴热处理的缺陷，提供一种内燃机曲轴复合强化热处理技术。

本发明的方案是：包括等温淬火、表面超音频淬火，等温淬火包括：

步骤①在箱式炉中加热至900℃±20℃，保温处理后出炉；

步骤②浸入硝盐槽内等温2小时；

其特征在于：

等温淬火步骤①在箱式炉中加热至900℃±20℃后，保温时间为50-60分钟后出炉；

等温淬火步骤②浸入硝盐槽内等温两小时，其等温温度为330℃±20℃；

等温淬火后进行表面超音频淬火。

本发明的优点在于：等温淬火与表面超音频淬火叠加处理，使曲轴基体强度、表面硬度都得到提高，增强了曲轴的耐磨性能。

具体实施方式：

本发明改进后的等温淬火工艺：粗加工后的曲轴放入箱式炉中加热至920℃±20℃出炉(到温度后保温时间缩短为50-60分钟，减少变形)，再浸入330℃±20℃的硝盐槽内等温2小时，温度提高是为了获得更多的上贝氏体、降低曲轴的基体硬度，提高韧性，取出清洗及打硬度。曲轴基体组织为上贝氏体、残余奥氏体和微量的下贝氏体，其抗拉强度达到900N/mm²以上，延伸率达到6-8％以上，基体硬度为25-30HRC。之后再把曲轴进行表面超音频淬火处理。经过两次处理后，硬化层金相组织为马氏体，硬化层深1mm以上，表面硬度达50-58HRC。其效果实现了高强度、高韧性的基体组织和高硬度、高耐磨性的表面组织的完美给合。