汽车半轴.docx

汽车半轴选材及工艺制订935班董姗姗 黄亮 王宇轲 王震 朱建一、汽车半轴的服役条件和失效形式 汽车半轴是汽车重要传力部件，不仅要传递来自发动机的扭矩，还要承受车轮上作用的垂直力、侧向力以及牵引力和制动力所形成的纵向力，是汽车上易损部件之一。 失效形式主要是由于扭转力矩作用，工作时频繁启动、变速、反向(倒车)、路面颠簸和部分磨损而引起的疲劳破坏，断裂位置主要集中于轴杆部或花键根部。汽车半轴的性能要求 汽车半轴是传递扭矩的重要部件，要求材料有足够的抗弯强度、疲劳强度和较好的韧性，耐磨性，具有合理的最佳静扭强度和抗扭转疲劳性能。要求其杆部硬度为3744HRC,盘部外圆硬度为2434HRC。二、汽车半轴的选材按照半轴对材料力学性能的要求，半轴常用材料是中碳钢或中碳合金钢，如45、40Cr、40MnB、40CrMnMo等。具体选用何种钢号，应根据半轴承受负载的大小，半轴杆部的直径和淬硬层深度的要求来确定。通常是轻型车、尺寸较小的半轴选用中碳钢；重型车、尺寸较大和工作应力大的半轴选用淬透性和强韧性较好的合金钢。对于主要承受扭转载荷的轴类零件，钢的淬透性以保证轴的直径的1/2处能淬火为最佳。半轴材料依据其工作条件选用，中型载重汽车选用40Cr，重型载重汽车选用40CrMnMo。 分析 合金元素的 作用40Cr 和 40CrMnMo在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.300.50%。在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变)。结构钢中加入钼，能提高机械性能。 还可以抑制合金钢由于淬火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。 通常汽车的半轴选用中碳钢制造, 40Cr和40CrMnMo同属中碳钢，本题中的汽车是中小型汽车 ，从淬透性考虑选择选择40Cr即可满足要求 ，经济方面考虑也应该选择40Cr。三、40Cr 汽车半轴的工艺规范工艺路线一： 下料 锻造正火（预先热处理）机械加工调质回火精加工 喷丸校直、探伤装配 根据技术要求，半轴热处理工艺如图1所示。工艺说明如下：（1）半轴零件经锻造后（40Cr钢锻造温度始锻温度为1100 ，终锻温度为800 ）进行正火处理。 （2）正火 为消除锻后组织不均匀（带状组织）、晶粒粗大和锻造应力，改善切削加工性，必须进行预先热处理正火。其工艺是：加热温度为900950 ，本实例采用93010 。 工件经加热 保温后空冷，获得均匀的细珠光体组织。正火后的硬度为197-207HB，易于切削加工。 （3）调质 调质是半轴机械加工后的最后热处理。为达到要求性能，调质工艺采取以下措施： 为了保证回火后半轴的力学性能，淬火后在1/4直径处硬度应大于45HRC，淬火组织为半马氏体。为此，应选择较高的淬火加热温度，以提高淬透性。 淬火温度为（86010） ，保温80min。首先是杆部和花键部分先淬入10%的NaCl水溶液中，水温加热到50 左右，待杆部和花键部分在热NaCl水溶液中冷却到本体降到600 左右时，立即由溶液中提出，再将工件整体投入油中冷却，油温为60-80 。这样操作是盘部外圆先不冷却，待盘部外圆在空气中降温，杆部和花键部分在冷却介质中降温。待盘部外圆降至750 左右，将工件整体投入油中冷却，这样，解决一个工件要求两种硬度的要求，同时解决法兰盘与杆部相连处易产生开裂的问题，既可保证盘部硬度，又减少变形，避免开裂。淬火后的金相组织为：杆部为马氏体，盘部为托氏体+马氏体。回火温度是根据零件回火后的硬度要求确定的。半轴回火温度定为43010 ，回火时间为120min。为克服回火脆性，回火后在水中冷却。 经过回火后的晶相组织为：回火索氏体和回火屈氏体。 调质后再经喷丸处理，使半轴表面由于局部塑性变形而增加加压应力，能明显提高半轴疲劳寿命。工艺路线二：棒料锻造毛坯正火加高温回火或调质处理机械加工成形中频表面淬火加自身回火精加工（磨削）成品。与路线一不同的是，调质处理中淬火全部为油淬，然后经中频表面淬火，获得不同的硬度。具体如下，中频淬火，变压比1：16，电压750v、电流100A，功率50kW、功率因素cos0.9，加热5.86mm/s，加热温度为860900，移动速度为370385mm/min,盘部加热5s，自来水冷却。杆部5563HRC，硬化层深3.56.0mm。经中频淬火后，金相组织心部为珠光体+铁素体，硬化层为细微马氏体。硬化层深度为杆部直径的10%20%，盘部为（4.51.5）mm。对比这两种工艺，我们可知，如果大批量连续生产，第二种工艺容易实现规模化，因为第一种连续冷却，会使油温，NaCl水溶液温度发生变化，冷却速度不确定，从而引起产品质量不稳定。但第一种可适合小批量，小规模工厂使用。以上两种工艺均可满足性能要求。参考文献：1.许天已 钢铁热处理实用技