1.4热处理工艺的选择

对该曲轴的热处理采用等温淬火和表面超音频淬火复合处理。

1.4.1等温淬火工艺

曲轴等温淬火工艺为:铸造球铁毛坯一粗加工一奥氏体化加热及保温一等温淬火一清洗。

高韧性ADI热处理要严格选择以下参数。

(1)较低的奥氏体化温度与适当的保温时间

选定高韧性ADI工件的奥氏体化工艺参数温度为-℃，保温2-2.5h。这是因为在正常的热处理中石墨球形态不会改变，但若奥氏体化温度过高或保温时间过长，出现石墨球外表的少量石墨扩散，甚至使富碳奥氏体析出游离碳附着在石墨球外表面，则会使石墨球发生不规则变化，破坏了石墨球的圆整度。所以奥氏体化温度以一℃为宜，使基体完全转变成富碳奥氏体。

(2)较高的等温淬火温度与适当的保温时间

选定盐浴温度为一℃，等温淬火时间为1.5一2.5h。等温温度超过℃时，组织以粗大上贝氏体为主，附加少量下贝氏体。如果等温温度过高，使碳的扩散能力明显提高，易形成碳化物，减少了奥氏体量，同时碳化物的析出会使力学性能下降，特别是冲击韧度急剧下降。等温温度太低，延伸率会下降。所以等温温度就选择在-℃之间，以获得较多的下贝氏体、残余奥氏体和微量的上贝氏体组织。在等温盐浴中保温1-2h，随着针状铁素体的生成，所排出的碳向奥氏体扩散，从而使奥氏体的含碳量增加，这种含碳量约为1.8%一2.2%的奥氏体，在热力学和力学性能上都是稳定的，受外力作用，不再会转变为铁素体。如果在盐浴中保温时间超过3h，高碳奥氏体将发生分解，分解成铁素体和碳化物，碳化物的出现会明显降低伸长率和韧性，所以为了避免碳化物的出现，保温时间以1.5-2.5h为宜。

1.4.2超音频表面淬火工艺

等温淬火球铁(ADI)虽然具有优异的机械性能，但客户所追求的目标是更高性能而低成本的材料。因此，让曲轴在高强度韧性的基础上，通过超音频表面淬火工艺，对高强度、韧性的ADI曲轴进行表面硬度强化处理。在保持基体内部强度、塑性和韧性不变的同时大幅提高表面硬度，充分发挥ADI降噪音、降重量、低成本的巨大优势。

(1)选择淬火设备

企业利用原有的旧高频机，成功改造了一台振荡频率30kHz、输出功率60kW的超音频淬火机床。

(2)表面超音频淬火工艺的选择

经过反复试验，选定的表面超音频淬火工艺是:超音频淬火机床上安装感应圈和工装后安装工件，采用30kHz的频率、60kW的功率，在感应器中输人超音频交流电，交变磁场在工件中产生同频率的感应电流，利用集肤效应，感应电流对工件表面进行快速加热，而在心部感应电流很弱，接近于0，在电流2一5A、电压10一15kV条件下，加热时间5一10s，使铸件表面温度迅速升至一℃的同时进行水冷却。通过对ADI曲轴进行表面超音频淬火，能大大提高曲轴表面硬度，增强表面的耐磨性，而不影响芯部韧性，强化其综合性能。

经等温淬火和表面超音频淬火复合处理后的曲轴，其基体组织为上贝氏体、残余奥氏体和微量的下贝氏体，表面硬化层金相组织为高密度位错马氏体，硬化层深1mm以上。曲轴抗拉强度达MPa以上，延伸率达到4%一6%，表面硬度为50一58HRC。此曲轴能承受弯曲应力、扭转应力、拉伸应力、压缩应力、摩擦应力和小能量多次冲击力等复杂交变负荷作用力。适用于各种高速运转的内燃机曲轴。

2高韧性ADI的显微组织与力学性能

2.1球铁铸态组织

对铸态球铁(等温淬火前)的金相试样，按GB一88的要求进行分析，如图2。分析结果为试样的球化效果良好，从图2(a)中可见石墨球完整，球化级别为2一3级，石墨球大小为6一7级，球化率大于90%，从图2(b)中可见基体中珠光体量约占85%,碳化物和磷共晶量小于1%，其余为铁素体。图2(c)、(d)分别为倍光学显微镜和0倍扫描电镜下的珠光体形态，清晰可见组成珠光体的铁素体片与渗碳体片间距小，体现该材料铸态力学性能较好，符合球铁等温淬火的要求。

2.2球铁等温淬火后的金相组织

等温淬火后的金相组织主要由石墨、上贝氏体、下贝氏体和残余奥氏体组成。不同等温温度不同等温时间下，金相组织各不相同。随着等温温度的升高，等温淬火球铁中的上贝氏体的量也会逐渐增加，山针状的下贝氏体逐渐过渡为羽毛状的上贝氏体，图3(a)为倍光学显微镜下等温温度为℃淬火球铁的金相组织，灰黑色为球状石墨，基体为细小针状下贝氏体及羽毛状的下贝氏体混合分布，白色为残余奥氏体。图3(b)为0倍扫描电镜下的贝氏体和残余奥氏体，可见其基体以细小针状下贝氏体为主，辅以少量羽毛状的下贝氏体。

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