淺談大功率柴油機曲軸材料表面強化工藝

趙生蓮

摘要：曲軸是柴油機上最重要的零件，曲軸承受連桿傳來的力，并將其轉變為轉矩通過曲軸輸出并驅動發動機上其他附件工作。曲軸受到旋轉質量的離心力、周期變化的氣體慣性力和往復慣性力的共同作用，使曲軸承受彎曲和扭轉交變載荷的作用。因此要求曲軸有足夠的抗彎曲、抗扭轉的疲勞強度和剛度，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，冷熱加工的工藝水平和最終的表面強化方式。由于曲軸工況條件惡劣，特別是大功率柴油機曲軸尤為突出;因此對曲軸的材質、毛坯加工技術、精度、表面粗糙度、熱處理和表面強化、動平衡等工藝的要求都十分嚴格。本文闡述了柴油機曲軸材料熱處理表面強化工藝。

關鍵詞：柴油機;曲軸;熱處理

【中圖分類號】G718.5

【文獻標識碼】A

【文章編號】2236-1879（2018）13-0161-01

一、液體滲氮

液體滲氮它是一種較新的化學熱處理工藝，溫度不超過570℃，處理時間短，僅1～3h;而且不要專用鋼材，試驗表明：40Cr經液體氮化處理比一般淬火回火后的抗磨能力提高50%;鑄鐵經液體氮化處理其抗磨能力提高更多。不僅如此，實踐證明：經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;高速鋼刀具經液體氮化處理，一般能提高使用壽命20～200%：3Cr2W8V壓鑄模經液體氮化處理后，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，不容易發生剝落現象。

液體氮化也有缺點：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。國外多采用氰化鹽作原料液體氮化，國內已改用無毒原料液體氮化。我國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%（混合鹽溶點為340℃左右）。液體氮化雖然有很多優點，但由于溶鹽反應有毒性，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密封空間內，通入氨氣，加熱到500～580℃保溫幾個小時到幾十個小時。氨氣在400℃以上將發生如下分解反應：2NH3-3H2+2[N]，從而爐內就有大量活性氮原子，活性氮原子[N]被鋼表面吸收，并向內部擴散，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℃。停留時間取決于滲氮層所需要的厚度，一般以0.Olmm/h計算。因此為獲得0.25～0.65mm的厚度，所需要的時間約為20～60h。提高滲氮溫度，雖然可以加速滲氮過程，但會使氮化物聚集、粗化，從而使零件表面層的硬度降低。

對于提高硬度和耐磨性的氮化，在氮化時必須采用含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質時能得到均勻的機械性能。Mo還能細化晶粒，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，當加熱到較高溫度時，易于分解聚集粗化，不能獲得高硬度和高耐磨性。

三、表面感應加熱淬火

感應加熱表面淬火是利用電磁感應的原理，使零件在交變磁場中切割磁力線，在表面產生感應電流，又根據交流電的集膚效應，以渦流形式將零件表面快速加熱，而后急冷的淬火方法，它在熱處理領域中占有重要地位，這一技術已經在我國被廣泛應用。

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。通常，利用低壓惰性氣體輝光放電來產生入射離子。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直流負高壓或13.56MHz的射頻電壓作用下產生輝光放電。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，主要有二級濺射、三級或四級濺射、磁控濺射、對靶濺射、射頻濺射、偏壓濺射、非對稱交流射頻濺射、離子束濺射以及反應濺射等。

由于被濺射原子是與具有數十電子伏特能量的正離子交換動能后飛濺出來的，因而濺射出來的原子能量高，有利于提高沉積時原子的擴散能力，提高沉積組織的致密程度，使制出的薄膜與基片具有強的附著力。