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[摘要]本文通过对QT700～2球铁曲轴进行三种不同的表面强化工艺处理，比较了三种状态下的曲轴弯曲疲劳强度，为提高球铁曲轴的性能及其推广应用提供了参考。本文由 抛丸机 厂家整理
[关键词]曲轴QT700—2强化工艺

1. 概述
曲轴是一个形状复杂、高速旋转的细长件，是发动机中最重要的机件之一。发动机工作时，曲轴要承受周期变化的气体压力、往返惯性力和离心力，以及它们产生的扭矩和弯矩的共同作用。理论和实践表明，弯曲疲劳强度对曲轴的影响具有决定性的作用，它直接决定着发动机的功率、可靠性和使用寿命，而扭转疲劳强度相对仅占次要地位。同时对断轴的统计分析表明，80％左右的断轴是由弯曲疲劳引起的，这就要求曲轴要有足够的弯曲疲劳强度。目前，发动机曲轴生产中常用的球铁牌号有QT700—2、QT800一2、QT900—2等三种。从强度的角度看，一般认为球铁的牌号越高，其承载能力就越高。单从经济角度出发，QT700—2在铸态下即可获得，QT800一2一般需经正火处理才达到，而QT900—2则必须通过正火处理得到。此外，毛坯的废品率和硬度总是随着牌号的升高而升高，加工难度及刀具消耗随之增大，因此曲轴材料和牌号越高，生产成本越高。
对于采用圆角滚压工艺进行强化的球铁曲轴，通过理论分析与以上试验研究表明，滚压过程中该处材料发生的显著塑性变形在圆角处引入的残余压应力场，是提高零件疲劳强度的主要因素，基体材料疲劳性能的差异同它相比，可忽略不计。高牌号的球铁滚压后圆角处的残余压应力绝对值虽然很高，但层深较浅；低牌号的球体则正好相反，残余压应力绝对值虽然较低，但层深较深；综合两个因素的共同作用，高牌号材料不一定就优于低牌号材料。另一方面，高牌号球铁曲轴为了达到高强度，就要采用相应的化学成分和相应的工艺手段，而这些方法就可能
形成相应较多的铸造缺陷，其疲劳寿命就要下降。所用复合强化工艺能确保在大批量生产的条件下，稳定地生产出满足要求的曲轴产品，本文通过对QT700一2球铁曲轴三种不同的工艺强化方式所得到的曲轴弯曲疲劳极限进行比较，为球铁曲轴强化提供了依据。
2球铁曲轴三种强化工艺处理比较
2．1试件
采用牌号为QT700—2的6BT球铁曲轴，试件的热处理状态、强化方法、性能和组织如表1所示：

表1 QT700一2牌号的球铁曲轴试件

表2.QT700-2牌号的化学成分（%）

2．2试验方法
曲轴弯曲疲劳试验在PDC一1型电动谐振式疲劳试验装置上进行。载荷为对称的正弦波，加载频率约为80Hz，试验前对系统进行标定，弯矩的相对误差≤1．5％。示值的重复性误差≤1．2％。均符合QC／T637—2000对试验精度的要求。用升降法测定试样的疲劳极限变矩。试验的循环基数为107，定义系统共振频率下降1Hz为试样失效，对应的裂纹长度约30mm。试件开裂到预定的程度后，或运行107次循环而不发生失效时，装置均能可靠地自动停止试验。
2．3氮化曲轴的强度
经过离子氮化热处理的曲轴试件弯曲疲劳试验结果列表3中。
计算此批试件的弯曲疲劳极限弯矩得：
M-r1N一992N·M SN—l一40．8N·M
由统计技术可知，所得M一。N满足置信度为95％，与母体真值之间误差不大于5％的要求。
按康明斯试验标准中的数据处理方法，取QT700一2球铁的QcI一840N／mm2、弹性模量E一1．69×105N／mm2、泊松比p一0．286，将表2中应变、寿命数据送入SAFL程序进行计算，可得到该组曲轴试件圆角极限承载应力为：σ-1R=261N／mm2
表3

子样的标准差为：SN-1=51．6N／mm2
容易算出所得满足置信度为90％，误差小于10％的要求。
2．4圆角滚压曲轴的强度
QT700一2圆角滚压曲轴试件的弯曲疲劳试验原始数据如表4所示

表4

*因无应变或应变异常未进入SAFL程序处理

计算此批试件的弯曲疲劳极限弯矩得：
M一1N一2183N·M SN一1=51．6N·M
将QT700一2球铁的有关材料常数和表3中的各试件应变、寿命数据(采用了其中的11个点)送入SAFI。程序进行计算，可得该组曲轴试件的圆角极限承载应力为：σ-1R=552N／mm2
子样标准差为：SN～l=34．5N／mm2
σ-1R满足置信度为90％，误差小于10％的要求。
2．5氮化+圆角滚压工艺曲轴的强度
QT700—2曲轴氮化+圆角滚压曲轴试件的弯曲疲劳试验原始数据如表5所示。
计算此批试件的变曲疲劳极限弯矩得：
M一1N=2344N·M SN一1=88．2N·M
由统计计算结果可得该组曲轴试件的圆角极限承载应力为：σ-1R=731N／mm2
子样标准差为：S阻，=23．6N／mm2
σ-1R叫n满足置信度为95％，误差小于5％的要求。
表5

3 数据分析
用QT700—2的。一，进行估算，得到未强化的6BT球铁曲轴弯曲疲劳极限为：
M—lN=968N·M
根据M一。计算出来的离子氮化曲轴与未强化的曲轴弯曲疲劳极限之比
GN=992／968=1．025
即氮化仅使曲轴强度提高约2．5％，而滚压后曲轴的强度比CR为：
CR=2138／968=2．255
氮化+滚压的曲轴强度比CH为：
CH一2344／968—2．4215
氮化仅使曲轴强度提高约2．5％，滚压工艺能够将曲轴强度提高125％，滚压+氮化能将曲轴的强度提高142％。
4 结论
1、通过比较在表面强化研究中，离子氮化工艺对球铁曲轴的弯曲疲劳强度没有明显的提高。
2、圆角滚压工艺对球铁曲轴的弯曲疲劳强度有显著的效果。本文由 抛丸机 厂家整理
3、将滚压强化与离子氮化进行复合强化，能够进一步提高曲轴的强度。