非调质钢柴油机曲轴的开发

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1、非调质钢柴油机曲轴的开发唐新民　赵九根　余爱国ExploitationofNon-Quenched/TemperedSteelforDieselEngineCrankshaftTangXinmin,ZhaoJiugenandYuAiguo(ProductDevelopmentTechnicalCenter,JianglingMotorsLtd,Nanchang330001)　　曲轴生产线加工设备的自动化程度和加工精度都很高，对曲轴锻件毛坯的内在质量、切削性能及外形尺寸精度都有很高的要求。国内提供的调质钢S53C锻造曲轴毛

2、坯因调质质量不稳定，硬度不均匀，切削性能差，导致生产线经常出现停产。1995年底开始，江铃汽车公司决定用非调质钢取代调质钢制造曲轴。1　曲轴材料的性能　　气缸内活塞的往复运动通过连杆传递到曲轴形成旋转运动，再由曲轴输出扭矩，驱动汽车行驶。所以，曲轴的受力状态既有扭转又有弯曲。其次，曲轴各轴颈都在很高的比压下，以很大的相对速度在轴承中承受滑动摩擦，产生较高温度和磨损。　　曲轴的服役条件决定曲轴材料必须具有较高的抗拉强度和疲劳强度，表面具有较高硬度及耐磨性，心部有一定的韧性。统计表明，曲轴失效的主要形式是弯曲疲劳断裂和轴颈磨

3、损失效。表1为S53C钢调质与正火状态下的机械性能。表1　S53C钢机械性能及曲轴表面硬度数据表Table1　Mechanicalpropertiesandcrankshaftsurfacehardness处理状态σs/MPaσb/MPaδ/%ψ/%ak/Jc.cm-2HBS表面软氮化Hv0.1调质≥588≥780≥14≥35≥59229～285≥500正火≥392≥647≥15　　183～255≥500　　注：(1)机械性能按日本标准JISZ2201、2202中规定取标准试样进行拉伸、冲击试验获得的数据。(2)表面软氮

4、化Hv0.1指标为日本五十铃公司曲轴图纸技术要求。2　对比试验及分析2.1　选材　　选用非调质材料制造柴油机曲轴，要求材料既要满足S53C钢主要机械性能指标(特别是抗拉强度和疲劳强度)，又能大大改善切削性能，提高生产率，降低成本。依据我国非调质钢冶炼水平和非调质钢种，选定49MnVS3钢为研究材料。只要49MnVS3钢的锻造成形性、加工切削性能、台架疲劳性能和装车路试使用性能达到或超过S53C钢的性能，即可替代调质钢制造柴油机曲轴。　　49MnVS3钢是德国蒂森公司70年代初研制的第一代曲轴材料，是为桑塔纳汽车发动机(汽

5、油机)曲轴专门设计的钢种。根据柴油机的工作特点和技术要求对钢的化学成分又重新作了调整。2.2　锻造成形工艺试验　　非调质钢曲轴的锻造成形，主要是控制锻件的加热温度，始、终锻温度和控冷速度，才能有效保证曲轴锻件的综合机械性能及曲轴的加工性能和使用寿命。曲轴锻造工艺流程如下：　　下料→中频加热→预锻→终锻→切边→热校→控冷→喷丸→检验(硬度、机性、探伤等)→机加工。　　调质钢S53C和非调质钢49MnVS3的曲轴锻造工艺见表2。表2　S53C和49MnVS3钢曲轴锻造工艺Table2　Forgingprocessofcran

6、kshaftofsteelS53Cand49MnVS3材质加热温度/℃始锻温度/℃终锻温度/℃控冷方式锻造方式锻后处理设备S53C1200±101150±201050±30锻后调质模锻调质专用线49MnVS31190±101150±201030±30风→控冷模锻控冷专用线2.3　切削性能试验及软氮化处理　　用S53C钢和49MnVS3钢曲轴毛坯在加工线上进行切削性能对比试验，考核刀具使用寿命及切削力的大小，具体数据见表3。表3　两种材质曲轴切削刀具寿命比较Table3　Comparisonofturningtoollif

7、eforcrankshaftofquenched/temperedandnon-quenched/temperedsteel工序名称加工调质钢寿命/件加工非调质钢寿命/件提高刀具寿命/%备注车大、小头4000720080车端面3800700084车-拉轴颈20005000250瓶颈工序钻油孔1000180080钻飞轮孔1500200033注：(1)表中数据S53C钢为生产记录每套刀具推算平均寿命数，49MnVS3钢为生产试验样本每套刀具平均寿命数。(2)表中工序为曲轴加工中切削量大的工序，切削量小的工序没有列入表中。　　

8、49MnVS3钢锻件的室温组织为珠光体+铁素体，硬度均匀，工件表面硬度差小于20HBS，断面硬度差小于15HBS，且钢中硫含量较高，大大改善了切削性能。从表3可看出，切削量大的工序，刀具寿命提高幅度也大，解决了车-拉轴颈工序(调质钢曲轴加工瓶颈工序)的切削加工问题，刀具寿命提高250%以上。切削量小的工序，刀具使用寿