淺談大功率柴油機(jī)曲軸材料表面強(qiáng)化工藝

趙生蓮

摘要：曲軸是柴油機(jī)上最重要的零件，曲軸承受連桿傳來的力，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)矩通過曲軸輸出并驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)上其他附件工作。曲軸受到旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的離心力、周期變化的氣體慣性力和往復(fù)慣性力的共同作用，使曲軸承受彎曲和扭轉(zhuǎn)交變載荷的作用。因此要求曲軸有足夠的抗彎曲、抗扭轉(zhuǎn)的疲勞強(qiáng)度和剛度，軸頸表面需耐磨、工作均勻、平衡性好。要滿足這些性能的要求，在很大程度上取決于材質(zhì)，冷熱加工的工藝水平和最終的表面強(qiáng)化方式。由于曲軸工況條件惡劣，特別是大功率柴油機(jī)曲軸尤為突出;因此對(duì)曲軸的材質(zhì)、毛坯加工技術(shù)、精度、表面粗糙度、熱處理和表面強(qiáng)化、動(dòng)平衡等工藝的要求都十分嚴(yán)格。本文闡述了柴油機(jī)曲軸材料熱處理表面強(qiáng)化工藝。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī);曲軸;熱處理

【中圖分類號(hào)】G718.5

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】2236-1879（2018）13-0161-01

一、液體滲氮

液體滲氮它是一種較新的化學(xué)熱處理工藝，溫度不超過570℃，處理時(shí)間短，僅1～3h;而且不要專用鋼材，試驗(yàn)表明：40Cr經(jīng)液體氮化處理比一般淬火回火后的抗磨能力提高50%;鑄鐵經(jīng)液體氮化處理其抗磨能力提高更多。不僅如此，實(shí)踐證明：經(jīng)過液體氮化處理的零件，在耐疲勞性、耐腐蝕性等方面都有不同程度的提高;高速鋼刀具經(jīng)液體氮化處理，一般能提高使用壽命20～200%：3Cr2W8V壓鑄模經(jīng)液體氮化處理后，可提高使用壽命3～5倍。液體氮化表層硬而不脆，并且具有一定的韌性，不容易發(fā)生剝落現(xiàn)象。

液體氮化也有缺點(diǎn)：如它的氮化表層中的氮鐵化合物層厚度比較薄，僅僅只有0.01～0.02mm。國(guó)外多采用氰化鹽作原料液體氮化，國(guó)內(nèi)已改用無毒原料液體氮化。我國(guó)無毒液體氮化的配方是：尿素40%，碳酸鈉30%、氯化鉀20%，氫氧化鉀10%（混合鹽溶點(diǎn)為340℃左右）。液體氮化雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但由于溶鹽反應(yīng)有毒性，影響操作人員身體健康，廢鹽也不好處理。因此，與用越來越受到限制。

二、氣體滲氮

氣體氮化是將工件放入一個(gè)密封空間內(nèi)，通入氨氣，加熱到500～580℃保溫幾個(gè)小時(shí)到幾十個(gè)小時(shí)。氨氣在400℃以上將發(fā)生如下分解反應(yīng)：2NH3-3H2+2[N]，從而爐內(nèi)就有大量活性氮原子，活性氮原子[N]被鋼表面吸收，并向內(nèi)部擴(kuò)散，從而形成了氮化層。

以提高硬度和耐磨性的氮化通常滲氮溫度為500～520℃。停留時(shí)間取決于滲氮層所需要的厚度，一般以0.Olmm/h計(jì)算。因此為獲得0.25～0.65mm的厚度，所需要的時(shí)間約為20～60h。提高滲氮溫度，雖然可以加速滲氮過程，但會(huì)使氮化物聚集、粗化，從而使零件表面層的硬度降低。

對(duì)于提高硬度和耐磨性的氮化，在氮化時(shí)必須采用含Mo、A、V等元素的合金鋼，如38CrMoAIA、38CrMo AA等鋼。這些鋼經(jīng)氮很后，在氮化層中含有各種合金氮化物，如：AIN、CrN、MoN、VN等。這些氮化物具有很高的硬度和穩(wěn)定性，并且均勻彌散地分布于鋼中，使鋼的氮化層具有很高的硬度和耐磨性。Cr還能提高鋼的淬透性，使大型零件在氮化前調(diào)質(zhì)時(shí)能得到均勻的機(jī)械性能。Mo還能細(xì)化晶粒，并降低鋼的第二類回火脆性。如果用普通碳鋼，在氮化層中形成純氮化鐵，當(dāng)加熱到較高溫度時(shí)，易于分解聚集粗化，不能獲得高硬度和高耐磨性。

三、表面感應(yīng)加熱淬火

感應(yīng)加熱表面淬火是利用電磁感應(yīng)的原理，使零件在交變磁場(chǎng)中切割磁力線，在表面產(chǎn)生感應(yīng)電流，又根據(jù)交流電的集膚效應(yīng)，以渦流形式將零件表面快速加熱，而后急冷的淬火方法，它在熱處理領(lǐng)域中占有重要地位，這一技術(shù)已經(jīng)在我國(guó)被廣泛應(yīng)用。

四、磁控濺射鍍膜

磁控濺射鍍膜就是在真空中利用荷能粒子轟擊靶表面，使被轟擊出的粒子沉積在基片上的技術(shù)。通常，利用低壓惰性氣體輝光放電來產(chǎn)生入射離子。陰極靶由鍍膜材料制成，基片作為陽極，真空室中通入0.1-lOPa的氬氣或其它惰性氣體，在陰極（靶）1-3KV直流負(fù)高壓或13.56MHz的射頻電壓作用下產(chǎn)生輝光放電。電離出的氬離子轟擊靶表面，使得靶原子濺出并沉積在基片上，形成薄膜。濺射方法很多，主要有二級(jí)濺射、三級(jí)或四級(jí)濺射、磁控濺射、對(duì)靶濺射、射頻濺射、偏壓濺射、非對(duì)稱交流射頻濺射、離子束濺射以及反應(yīng)濺射等。

由于被濺射原子是與具有數(shù)十電子伏特能量的正離子交換動(dòng)能后飛濺出來的，因而濺射出來的原子能量高，有利于提高沉積時(shí)原子的擴(kuò)散能力，提高沉積組織的致密程度，使制出的薄膜與基片具有強(qiáng)的附著力。