铸造缺陷和热处理工艺对球墨铸铁曲轴疲劳强度的影响

试验研究铸造缺陷和热处理工艺对球墨铸铁曲轴疲劳强度的影响南宁机械厂（“）苏大任摘要1931563/71631/86/97197731/76/108767886/7/68，/8C6/661/69/66/3/8，19D38/9G/1/71/，6/9A1763/861/686生铁中的磷含量众所周知，球墨铸铁的炉料中，生铁、回炉铁和废钢中的磷，在铁水熔炼中会不增不减地被“保留”下来。过量的磷又常富集于晶界，以二元或三元磷共晶出现。这些脆性相的大量出现，会降低球墨铸铁的塑性指标、造成曲轴的早期断裂。JK年初，省农机公司向我厂反映，我厂生产的柴油机，曲轴出现早期断裂。这批L热处理M曲轴的生产日期是“年下半年。当时是使用经精选的本地生铁，曲轴正火采用部分奥氏体化工艺，获得破碎状铁素体组织。然而，在断轴的分析中，发现磷含量普遍在。在金相显微镜下，磷共晶明显。经疲劳试验，该批曲轴疲劳强度最高只达,/01，远低于设计要求（“2/01）。从此，我厂取消了本地生铁用作球铁炉料，有效地提高了曲轴的质量。2铸造缩松图断面缩松（）在“年上半年，我厂曲轴曾出现大量断裂，其原因，是在曲轴连杆轴颈处有肉眼可见的铸造缩松（图）。这是因为在冷铁供应不上的情况下，曲轴造型取消了补缩用的冷铁所致。经恢复了冷铁工艺，铸造缩松得到了控制，断轴现象大大地减小。在多年的疲劳试验中，不同的组别，中频淬火曲轴，氧氮化处理曲轴中，都发现了铸造缩松（图2）。在中频淬火曲轴试验组中，在同一弯矩（,/01），断面无缺陷的顺利通过3次疲劳循环次数，而断面在连杆轴颈油孔与中孔之间有约112的缩松、循环次数只有4“3次。图2断面缩松（2）又如在氧氮化曲轴试验组中，断面无缺陷的疲劳弯矩达到,2/01，而断面在油孔附近有缩松的，在同一弯矩下疲劳次数在43次时在连杆轴颈5处出现了疲劳裂纹。6黑色带层和灰斑正常曲轴的断口是银灰色或灰色，曲轴本体如此，抗拉试棒也是如此。在曲轴疲劳试验中，发现了曲轴断面罕见的黑色层和灰斑（图6）。图6黑色带层和灰斑黑色带层在抗拉试棒中未曾发现。在图（67）中频淬火曲轴断面上清楚可见，在8热处理29处取样，用金相显微镜观察，看见石墨球“级，珠光体量。即使上述所见是曲轴内部极薄的一个部分，但也是一种内部缺陷、降低了曲轴的疲劳强度。在图（）的（）、（）两组曲轴疲劳试验中，正常曲轴（断面无异常）通过了相应的“值，而有黑色带层的提前出现了疲劳裂纹，同样，灰斑的出现也使“值下降。灰班是由于铁水中硅偏析而产生，黑色带层可能是灰斑在疲劳试验曲轴轴颈的往复运动中形成的。热处理强化工艺对曲轴疲劳强度的影响我厂用于“型柴油机球墨铸铁曲轴的强化热处理工艺为正火、中频感应表面淬火、等温淬火和氧氮化处理。其中以氧氮化处理对提高曲轴的使用寿命（耐磨、耐疲劳）效果最好。,“正火和中频淬火铸态曲轴经高温正火处理后，消除了游离渗碳体，调整了基体中珠光体和铁素体的形态及两者的比例，从而提高了球铁的综合力学性能，也提高了疲劳强度。中频淬火，使曲轴表面获得一定深度的淬硬层，改善了曲轴的耐磨性能。然而，由于采用非圆角淬火，使淬火区与非淬火区的交界处存在不均匀的相反的应力状态，其疲劳强度下降，与铸态相当，只达正火态的左右（表“）。为了改善中频淬火曲轴，一些工厂对曲轴已采用圆角淬火工艺。表“曲轴疲劳强度序号热处理方式疲劳弯矩“（/012）疲劳弯曲应力“（/0322,）“,“,“,铸态正火正火4中频淬火正火正火4中频淬火“5“5“5“6,756767588,6,75678“6,等温淬火等温淬火使球铁获得以下贝氏体为主、有少量马氏体和残余奥氏体的组织，具有高强度、高韧性的“双高”力学性能。我厂曾有一批铸态曲轴，由于化学成份的偏离，采用正火4中频淬火，曲轴疲劳强度达不到设计要求（“,/012）。采用等温淬火工艺圆满地解决了曲轴热处理质量问题（表,）。表,曲轴疲劳强度序号热处理方式疲劳弯矩“（/012）疲劳弯曲应力“（/0322,）“,“,正火4中频淬火铸态4等温淬火正火4中频淬火铸态4等温淬火铸态4等温淬火“8“6“7“8等温淬火在提高曲轴疲劳强度的同时，也提高了耐磨性，使曲轴服役寿命得到提高，因此，等温淬火在“柴油机行业得到普遍采用。,氧氮化处理我厂于“,年建成了氨4空气曲轴氧氮化处理（过去统称气体软氮化）自动线，曲轴表面获得高氮的“相化合物层和过饱和氮的扩散层。由于氮和氧的渗入，改变了球铁曲轴表面层的化学成份和显微结构，从而使曲轴具有耐磨、耐疲劳的良好特性（表）。氧氮化处理的工件，同其他软氮化一样，“疲劳强度的提高基本上取决于氮化层扩散。氮化后的快速冷却，在扩散层形成过饱和固6“热处理,9“溶体，以及造成很高的残余压应力，而导致疲劳强度的提高。因此，适当地提高处理温度并延长处理时间，获得较深的扩散层，是提高曲轴疲劳寿命的简便方法。表“氧氮化曲轴疲劳强度序号氧氮化工艺化合层厚度（）扩散层厚度（）疲劳弯矩（）疲劳弯曲应力“（）,/01，油冷2/01，油冷3,3,45,4565“5综上所述，针对曲轴主要的失效形式断裂，在铸造和机械加工方面采取有效的工艺措施外，就热处理工艺来说，可采用正火、中频感应圆角表面淬火，等温淬火和氧氮化处理，其中以氧氮化处理更适合于大批量的单缸柴油机曲轴的自动化作业。对于多缸柴油机曲轴，采用氧氮化处理后再施以圆角滚压，则曲轴寿命必然得到明显的提高，获得巨大的社会效益。参考文献武进柴油机厂热处理车间等，球墨铸铁曲轴强化工艺的研究（资料），67年“月周鼎华，球墨铸铁的等温淬火，无锡县机械工程学会第一次学术讨论会论文，62“年“月“苏大任，氧氮化处理新工艺用于强化6,柴油机曲轴和缸套的试验，拖拉机，67“，,郭铮匀译，钢的氮化，国防工业出版社，66年月，33动态与信息33上海市热处理协会“届次理事会在浙召开年元月,日，上海市热处理协会在浙江嘉善三永电炉工业有限公司召开了上海市热处理协会“届次理事会暨迎春茶话会。参加会议的有上海市热处理协会第“届理事，市相关协会，学会的代表共五十多人。会议由副理事长，上海市热处理厂厂长宋炎炎高工主持，会上上海热协理事长，上海市机械制造工艺研