[发明专利]一种可工业应用的曲轴圆角强化方法

说明书

本发明公开了一种可工业应用的曲轴圆角强化方法，包括以下步骤：步骤1）：曲轴圆角感应淬火处理；步骤2）：曲轴圆角磨削处理；步骤3）：曲轴圆角激光冲击强化处理；步骤4）：曲轴圆角检查。本发明采用感应淬火处理和激光冲击强化处理结合的方法进行曲轴圆角的强化，克服了单独感应淬火处理存在的问题，先进行感应淬火处理再进行激光冲击强化处理，使处理后的曲轴疲劳强度高，并且变形量很小，淬火处理完成后可以进行磨削，激光冲击强化处理后不需要抛光与矫直，最大程度的保留了强化效果，使曲轴使用更加安全，可以承受更大载荷，满足工业化应用的要求。

技术领域

本发明属于金属表面处理技术领域，具体涉及一种可工业应用的曲轴圆角强化方法。

背景技术

曲轴是发动机中最典型、最重要的零件之一，其功用是将活塞连杆传递来的气体压力转变为转矩，作为动力而输出做功，驱动其它工作机构，并带动内燃机辅助装备工作。这就意味着剧烈的加速和减速，并伴随高弯曲变形、高扭矩和振动冲击，导致非常高且多变的应力。由于汽车发动机曲轴受力复杂，失效形式及失效原因多样，主要有以下几点：①曲轴圆角弯曲疲劳断裂；②校直过程中引起的裂纹失效；③锻造质量上出现失效；④弯扭复合疲劳失效；其中曲轴圆角弯曲疲劳断裂出现失效大约占80％。因此，对发动机曲轴圆角进行强化尤为重要。

传统强化工艺

目前，国内外曲轴圆角强化方法主要有感应淬火、渗氮处理、圆角滚压和喷丸强化等。

1)感应淬火

感应淬火是把工件加热到临界温度以上，保温一定时间后，然后以大于临界冷却速度进行冷却，从而获得以马氏体为主(或奥氏体)不平衡组织的一种热处理工艺方法。

感应淬火优点是：硬化层深度(3～4mm)、磨削余量大、生产效率较高。但是，在淬火层有硬化区和非硬化区过渡区域容易产生应力，形成应力集中，成为曲轴断裂危险区；由于曲轴形状复杂，必须分多次完成，淬火应力复杂，易造成变形量超差，同时提高后续磨削技术的难度。

2)渗氮处理

渗氮是一种比较成熟的曲轴强化工艺，渗氮处理后表层形成氮化层，提高了轴颈表面的耐磨性，扩散层中氮的渗入，产生残余压应力，使整个曲轴表面包括曲颈圆角得到强化。

但由于渗氮层较薄，渗氮件渗氮后产生的变形不能用磨削的方法消除，所以对于渗氮件，都有较高的变形要求。

3)喷丸强化

喷丸强化，是用高速运动的弹丸连续向零件表面喷射，零件经高速弹丸打击后，表面产生强烈的塑性变形，使零件表面产生一定厚度的冷作硬化层，并具有一定的残余应力。

喷丸强化层不同于心部的压应力状态和组织结构，可以提高零件表面的疲劳强度，一般可提高20％～50％，零件残余压应力越高，亚晶粒越细，疲劳强度越高。但达到一定覆盖率后，强化层深度和残余应力不再增加，而表面粗糙度却会恶化。

4)圆角滚压强化

金属表层在滚轮压力作用下，由于滚压力超过材料屈服极限，产生塑性变形，发生冷作硬化，使硬度得到提高，且在金属表层到某一深度，出现残余压应力。一般硬化层深度为 1～2mm，同时使圆角表面粗糙度大大降低，减小了圆角处的应力集中，从而可提高130％～170％的疲劳强度。

滚压工序步骤一般包括：曲轴圆跳动测量，圆角滚压，滚压后变形量测量，滚压矫直等。滚压后曲轴会弯曲变形，通过测量和计算曲轴的变形量，进行滚压矫直，保证曲轴跳动符合过程要求。但矫直次数不宜过多，矫直会破坏圆角处残余应力，所以矫直工艺是滚压曲轴的关键工步。

发明内容