内燃机曲轴零件选材及工艺分析 内燃机曲轴零件选材及工艺分析论文

曲轴是内燃机中形状复杂而又重要的零件之一。它在工作时受到内燃机周期性变化着的气体压力、曲柄连杆机构的惯性力、扭转和弯曲应力以及冲击力等的作用。在高速内燃机中，曲轴还受到扭转振动的影响，会造成很大的应力。 因此，对曲轴的性能要求是确保有高的强度，一定的冲击韧性和弯曲、扭转疲劳强度，在轴颈处要求有高的硬度和耐磨性。 选择用钢 一般以静力强度和冲击韧性作为曲轴的设计指标，并考虑疲劳强度。

内燃机曲轴材料的选择主要决定于内燃机的使用情况、功率大小、转速高低以及轴瓦材料等。一般按下列情况进行选择： (1)低速内燃机曲轴采用正火状态的碳素钢或球墨铸铁。 (2)中速内燃机曲轴采用调质状态的碳素钢或合金钢如45、40Cr、45Mn2、50Mn2等，或球墨铸铁。 (3)高速内燃机曲轴采用高强度的合金钢如35CrMo、42CrMo、18Cr2Ni4WA等。 长期以来，人们认为曲轴在动载荷下工作，要求材料有较高的冲击韧性更为安全。实践证明，这种想法是不够全面的。我国早就用球墨铸铁成功地代替锻钢来制造一般内燃机曲轴，而且球墨铸铁的工艺性能如铸造性能、切削加工性等都比较好，使生产过程大为简化，其成本也比锻钢为低。 2.热处理技术条件及工艺 现以110型柴油机球墨铸铁曲轴为例加以说明。

曲轴 (1)材料：QT60 -2球墨铸铁。 (2)技术要求： b 650MN/m ;Ak 12J(试样尺寸20 20 110);轴体硬度240~300HB，轴颈硬度 55HRC;珠光体数量：试棒 75%，曲轴 70%。 (3)工艺路线：

这种曲轴质量关键首先在于铸造。铸造后的球化情况，有无铸造缺陷，成分及金相组织是否合格等都十分重要，只有在确保铸件质量的前提下，才谈得上热处理。 铸后的热处理工序包括正火和高温回火。正火的目的是为了增加组织内珠光体的含量和细化珠光体片，以提高其抗拉强度、硬度和耐磨性。回火的目的是为了消除正火风冷所造成的内应力。 在有高频设备的条件下，通过对轴颈处的表面淬火可进一步提高其硬度和耐磨性。

曲轴钢C38N2是一种新型的微合金非调质钢，代替调质钢制造雷诺发动机曲轴。表面发纹缺陷是曲轴寿命的常见缺陷，主要是由原始铸锭中气孔、疏松等冶金缺陷在模锻成形过程中受到挤压由心部流动到表面而形成的缺陷。改善曲轴用材的心部质量成为轧制过程中的重要目标，通过减少轧制过程中的道次软化，促进心部的变形是焊合铸态组织心部疏松、缩孔的有利手段。

北京科技大学的学者通过热模拟实验、光学金相及透射电镜分析观察，研究了奥氏体化条件、变形温度、变形速率、变形量以及道次间隔时间对曲轴用非调质钢C38N2轧制道次间的静态再结晶体积分数和残余应变率的影响规律。实验结果表明: 随着变形温度的升高、变形速率的增大、变形量的增大或道次间间隔时间的增长，静态再结晶的体积分数逐渐升高，道次的残余应变率逐渐降低; 原始奥氏体晶粒尺寸增大，静态再结晶体积分数降低，但变化不大; 在1250℃以下，随着奥氏体化温度的升高，静态再结晶体积分数降低不明显，但在1250℃以上，奥氏体化温度的升高明显降低了静态再结晶体积分数。通过线性拟合以及小二乘法，得到静态再结晶体积分数与不同变形工艺参数之间关系的数学模型; 对已有残余应变率数学模型进行修正，得到含有应变速率项的残余应变率数学模型，拟合度较好。

二冲程摩托车发动机曲轴轴承与轴承座是过盈配合，也就是常说的紧配合。这一点与四冲程发动机不同。在发动机更换曲轴过程中，由于操作不规范，用铁榔关硬敲硬砸，曲轴箱经多次拆卸之后，轴承孔被拉大造成轴承松动，轴承外圆随曲轴一起转动，也就是‘跑外圆’故障。

曲轴轴承‘跑外圆’会影响曲轴的精度和发动机的动力性，严重时曲轴产生较大噪声，点火时间发生变化，摩托车行驶无力，油耗相当高，踏板车百公里达6L左右;缸体、活塞环超量磨损(偏磨)。所以曲轴轴承‘跑外圆’不是小事情，应认真对待。

平时在遇到轴承‘跑外圆’故障时，大多采用冲窝的方法修理(在轴承座周围用铳子冲几个小窝);也有人采用在曲轴箱轴承座内，铳一些小坑点以加大摩擦力，使曲轴轴承不‘跑外圆’。也有采用电焊的方法来修理：就是在曲轴轴承的外圆周上，用电焊焊几个小点，使轴承的外圆变大。也有采用：电烙铁在轴承外圆焊锡，以加大轴承的外径的方法修理。还有采用：在曲轴箱轴承孔周围垫铜皮的方法来修理。以上这些办法作为应急处置还能说得过去，但作为发动机的正规修理，问题就比较多了。主要的弊病是：它降低了发动机曲轴的装配精度，使曲轴的同轴度超出规定;曲轴转动阻力大，发动机行驶无力，严重过热;缸体、活塞环寿命缩短。