曲轴感应淬火及残余应力的仿真与试验研究

曲轴在感应淬火时产生应力集中或应力分布不均会导致曲轴变形过大而失效。本文采用有限元方法对曲轴加热和冷却过程及残余应力进行了仿真,并对轴颈显微组织、轴颈淬硬层深度及曲轴残余应力进行了测试分析。结果表明,轴颈淬硬层为细针状马氏体,基体为回火索氏体,表面平均硬度为52.8 HRC,心部硬度为26.0~30.0 HRC,淬火后轴颈表面残余压应力为-154.3~-254.9 MPa;连杆颈淬硬层深度为4.0 mm,过渡圆角处淬硬层深度为2.1 mm。曲轴感应淬火后淬硬层深度预测和残余应力的仿真结果与试验结果基本一致,仿真可预测淬硬层深度。     

感应淬火对42CrMo钢曲轴连杆轴颈组织性能的影响

采用OM、SEM、X射线应力分析、力学性能测试等手段,分析了感应淬火处理对42CrMo钢曲轴连杆轴颈截面组织和残余应力的影响,探讨了不同淬火功率对淬硬层形貌、显微组织和力学性能的影响。结果表明,42CrMo钢曲轴连杆轴颈截面由淬硬层、过渡层和基体3部分组成,淬硬层组织为均匀细小的马氏体,过渡层组织为马氏体和回火索氏体的混合组织,基体组织为回火索氏体。经感应淬火处理,42CrMo钢曲轴连杆轴颈表面残余应力由拉应力变为压应力,随着感应淬火功率的增加,淬硬层深度增加,组织不断细化,当感应淬火功率为2500 W,组织最为均匀细小,表面硬度达到了751.3 HV0.1,耐磨性大幅提升;但是淬火功率过高会导致组织粗化,当感应淬火功率为2600 W时,组织有所粗化,硬度也有所降低。     

圆角淬火加热时间与回火温度对曲轴残余应力和疲劳强度的影响

研究了感应淬火加热时间及回火温度与圆角强化曲轴残余应力和劳强度的关系。结果表明,淬火加热时间增加,硬化层深度增加,表层残余压应力和疲劳弯曲极限均呈先增大后减小化。国火温度的提高,降低强化效果。与只强化轴颈、未圆角淬火曲轴相比,疲劳强度提高85％以上。     

船用柴油机凸轮轴中频淬火工艺数值模拟分析

针对凸轮轴零件中的凸轮部位感应淬火工艺淬硬层不均匀、局部残余应力过大的问题,采用SYSWELD软件中的热处理模块,建立凸轮感应淬火工艺有限元模型,基于可变换热系数及奥氏体动力学理论,对GCr15凸轮轴中频感应淬火过程进行仿真分析,获得淬硬层厚度、硬度以及凸轮残余应力场分布规律。结果表明,在加热功率为110~120 kW,频率为5 600 Hz,加热时间为6 s时,过渡轮廓面淬硬层最薄处为1.34 mm,表面硬度均达到700 HV以上,桃尖表面残余压应力为-50 Pa,过渡轮廓面达到-350 MPa。     

S34MnV锻造曲轴调质处理数值模拟研究

曲轴是柴油发动机的核心部件之一,通常需要经过调质热处理后才能投入使用。采用有限元模拟软件Deform-3D对S34MnV锻造曲轴进行调质过程的热处理模拟,对比了不同淬火方式及回火冷却方式对热处理后曲轴组织及应力的影响,得到了曲轴调质处理的优化工艺。模拟结果表明,采用水油双介质淬火时曲拐淬火应力较小,经淬火后,92%的马氏体分布在曲拐的表面,21%的马氏体、62%的贝氏体和17%的铁素体分布在曲拐的心部,组织分布符合使用性能的要求;高温回火后采用空冷的方式冷却,回火后表面残余应力为44 MPa、心部为21 MPa,较小的残余应力能降低变形倾向使曲轴具有良好的使用性能。     

45钢曲轴的感应淬火工艺

针对45钢发动机曲轴感应淬火深度和功率、频率、加热时间的关系进行了研究,对热处理工艺进行了优化.结果显示,曲轴感应淬火的有效硬化深度随频率的降低和加热时间的延长而增大;感应器和轴颈以及其两侧的合理间歇为0.5mm.     

热处理和磨削工艺对渗碳淬火汽车齿轮残余应力的影响

研究了渗碳热处理过程中淬火冷却和回火状况以及磨削加工对渗碳淬火汽车齿轮表面残余应力的影响.研究表明,充分淬火冷却有利于提高表面残余压应力,正确的磨削工艺不改变残余应力的分布,但过多的磨削热会导致在次表层产生高的拉应力.     

高频感应加热设备的选用与热处理工艺的制订

高频感应加热设备的选择和热处理工艺的制订主要是根据工件的种类,大小、形状以及硬化层深度等热处理技术要求来选定电流频率、比功率、加热方法、加热功率、加热时间或连续淬火移动速度、冷却介质及冷却参数和回火参数等。     

柴油机曲轴中频淬火加喷丸处理残余应力分析

为提高曲轴的疲劳强度，提出了一种中频淬火后进行喷丸处理的处理方法，并对该方法与单纯中频淬火的残余应力进行了测定和分析。结果表明，该方法能显著提高轴颈平直段的表面压应力，并能改变圆角处的残余应力状态，是一种提高曲轴疲劳强度的有效方法。     

39Cr4钢曲轴磨削裂纹的产生及避免措施

磨削裂纹是发动机曲轴淬火处理后磨削过程中出现的主要缺陷之一,一般曲轴经感应淬火后,表面硬度高,内应力很大,如果回火不充分,磨削参数选择不当(磨削速度太快、砂轮硬度太高、密度太大或冷却介质的冷却能力太强),曲轴表面将会出现磨削裂纹.我公司生产的D1146/T曲轴采用淬火磨削工艺,其材质为39Cr4钢,经感应加热处理后硬度为(56±3)HRC,淬火深度(3±1)mm.该型曲轴在试生产过程中,大批样件经淬火后出现了磨削裂纹,后经多次试验,从曲轴材质、感应热处理工艺、磨削工艺等多方面采取相应措施,基本防止了磨削裂纹的产生.     

大直径曲轴热处理后的残余应力分析

以巴克豪森噪声（BN）为基础,采用磁弹性应力仪测量大直径曲轴调质、定型（中间退火）、中频淬火过程的残余应力,并研究了残余应力的形成、沿截面分布规律以及对工艺的影响。结果表明,调质后曲轴表面残余应力为压应力,心部为拉应力,压应力层深约15mm;定型处理使表面压应力减少了100MPa左右,对中频硬化不利,需予以取消;中频淬火后表面残余应力为压应力,在8mm左右深度上,压应力稳定在420MPa左右,压应力总层深约13mm。     

汽车发动机曲轴断裂分析

汽车发动机曲轴在台架试验过程中突然从连杆轴颈圆角远离扇板一侧边缘发生旋转弯曲疲劳断裂。综合运用断口宏微观观察、表面粗糙度（R_a和R_z）测量、残余应力测试及截面金相观察技术，确定曲轴疲劳断裂主要由轴颈圆角滚压不良导致局部萌生微裂纹及工作过程中受到短时异常应力作用引起；轴颈圆角比技术要求的略小对曲轴疲劳断裂具有促进作用。单一的表面粗糙度R_a不能完好反映轴颈滚压质量，建议采用残余应力测试、表面粗糙度R_a和R_z相结合的方法评价轴颈滚压质量。     

曲轴热处理残余应力磁弹性法测试研究

用磁弹性法对柴油机曲轴热处理残余应力进行了实测。结果表明，调质后其表面残余应力为压应力，经机械加工后其表面残余应力虽有所减小，但仍为压应力，所以原用的中间去应力退火工序可以删除。对取消中间去应力退火后曲轴中频淬火的变形和裂纹情况进行了实测，结果良好。     

Using simulation for heat treatment process design: matching quenching process with steel grade and product geometry

Abstract

The performance of steel parts is heavily dependent on the heat treatment process applied. The alloy content of the steel establishes the steel hardenability. The severity of the quenching establishes the local temperature history throughout the body of the part. In combination, the steel hardenability and the quenching process determine the final microstructure, mechanical properties, residual stress state and the performance of the part. The residual stress state, especially the surface stress state, is a significant factor in affecting fatigue life of the part. The steel hardenability and quenching practice can be adjusted to enhance residual surface compression and improve the fatigue life of a component. Computer simulation of the heat treatment process that includes calculation of the metallurgical phase transformations during the heating and cooling processes offers a method for scientifically designing the heat treatment process and selecting the steel alloy to optimise the performance of a particular product. In this paper, the DANTE heat treatment simulation software will be used to demonstrate this design methodology for a spur gear.     

基于模拟的热处理工艺设计:使淬火工艺与钢种和产品几何形状相匹配

钢铁零件的性能主要决定于所采用的热处理工艺。钢的淬透性决定于合金元素含量,而淬火烈度确定了整个零件中不同部位的温度随时间变化过程。总的来说,零件最终的组织、力学性能、残余应力状态和服役性能均取决于钢的淬透性和淬火工艺。残余应力状态,特别是表面应力状态,是影响零件疲劳寿命的重要因素,可通过控制钢的淬透性和淬火工艺来提高零件的表面压应力,从而提高疲劳寿命。热处理工艺的计算机模拟,包括加热和冷却过程中的相变的计算,提供了一种科学地进行热处理工艺设计、钢种选择以优化某一特定产品性能的方法。本文采用热处理模拟软件DANTE来论证这种设计方法在正齿轮上的应用。     

Fatigue strength of hot-stamped spot welded joints*—study on spot welding tailored blank technology

Hot stamping spot welding tailored blank (TB) technology is a process to produce spot welded automotive body parts by the following process: Spot welding steel sheets in lap configuration → Hot stamping (Heating to about 900°C → Quenching and forming in water-cooled die → Shot blasting to remove scale). This process has the advantage of producing high strength lap welded automotive body parts without increasing the number of forming dies. In this study, the tensile shear fatigue strength of the spot welding TB joints (Spot welding → Hot stamping) and conventional spot welded joints (Hot stamping → Spot welding) of the 1500MPa class uncoated boron steel sheets are compared. The obtained results are as follows. The fatigue life of the spot welding TB joints was more than two times longer than that of the conventional spot welded joints. The long fatigue life of the spot welding TB joints was not caused by the heating and quenching process but by the shot blasting process after heat treatment. Shot blasting on the outer sheet surface caused the high compressive residual stress on the outer surface and did not affect the residual stress on the lapped surface. Shot blasting on the outer sheet surface increased the initiation life of fatigue crack which occurred on the lapped surface and also reduced the crack propagation speed which propagates from the lapped surface to the outer surface. FE-analysis suggested that compressive residual stress on the outer surface reduce the opening of sheet separation of joints in fatigue tests and reduce the maximum principal stress around the edge of corona bond.     

车轮热处理过程中残余应力的分析

综合考虑了温度、相变及应力的耦合作用,运用有限元法分析了车轮热处理过程中残余应力的产生及分布,并进行了测试。在淬火开始阶段车轮踏面附近分布周向拉应力,深部受压,在淬火60 s时踏面拉应力达到最大,随后冷却过程中踏面附近拉应力逐渐减小并转化为压应力,通过测试和计算,KKD车轮踏面的最大残余压应力为120 MPa左右,压应力区深度达到45 mm。     

大直径锻造耐磨钢球的热处理工艺

采用二次加热淬火和低温回火工艺改善?120 mm锻造耐磨钢球的使用性能,研究了二次加热淬火工艺中不同升温速率和淬火冷却时间对钢球硬度分布、冲击性能和显微组织的影响.得出钢球的最佳热处理工艺为:以2.8℃/min的速率升温至840℃并保温1 h,出炉空冷至800℃后淬入35℃水中冷却350～400 s,然后出水空冷至80...