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。     

调心滚子轴承感应淬火工艺与组织性能的数值模拟

基于电磁场-温度场-组织场-应力应变场耦合模型,利用DEFORM软件模拟双列调心滚子轴承内圈感应淬火过程,并提出分段电流密度的淬火工艺,研究了轴承内圈感应淬火过程中温度变化、组织演变以及表层与次表层硬度、残余应力和残留奥氏体等。结果表明:分段电流密度的感应淬火方法能够使轴承内圈淬硬层均匀分布;加热效率随线圈电流密度增加而增大,且尖角位置温度会出现突变;淬火后滚道表面残留奥氏体含量约为6.97%,马氏体含量约为92.3%,表面硬度约为60.9 HRC,滚道淬硬层约为2.97 mm;深冷处理后残留奥氏体含量与残余应力降低,马氏体含量与硬度均提高;残余应力沿内圈中心径向平面对称分布,且次表层残余应力最大;数值模拟结果与试验具有一致性。     

微合金中碳钢48MnV曲轴连杆轴颈感应淬火工艺的优化

采用对比试验法,以淬火功率、回火条件、加热时间、冷却时间等作为变量,研究了微合金中碳钢48MnV曲轴连杆轴颈感应热处理的最佳工艺。结果表明,优化的感应热处理工艺为淬火功率165 kW,电流频率9 kHz,加热时间17 s,冷却间隔时间1 s,冷却时间20 s, 210℃回火2.5 h。在优化的感应热处理工艺下,连杆轴颈淬硬层显微组织为细小均匀针状马氏体;轴颈表面、两侧过渡圆角距表面0.25 mm处的最高硬度依次可达720.9、690.0和667.1 HV,耐磨性显著提高;连杆轴颈、过渡圆角表面残余应力呈现为压应力,靠芯轴端过渡圆角残余应力高达-884.0 MPa,靠法兰端过渡圆角残余应力为-831.9 MPa;试样的疲劳极限载荷最高,高达3750 N·m。感应热处理后残余压应力越大,越有利于提高曲轴连杆轴颈的弯曲疲劳强度。     

AQ251淬火剂在凸轮轴中频淬火中的应用

我厂生产的东风(4)内燃机车16240柴油机凸轮轴,其材质为50Mn钢,要求凸轮型面和轴颈表面进行中频加热淬火。成品淬硬层深度:凸轮型面2～5mm,轴颈表面1.5～4mm。采用水淬时,易产生淬火裂纹;油淬则冷却速度不足,淬火硬度达不到要求。我们曾使用过CL-1有机淬火剂及聚乙烯醇淬火     

轮毂轴承内法兰盘淬火工艺优化

对55钢轮毂轴承内法兰盘感应加热淬火工艺进行了试验优化,研究了淬火液浓度、电流频率、功率时间比、淬火液流量等因素对淬硬层表面硬度和组织的影响。结果表明,随着淬火液浓度的降低和加热功率的增加,淬硬层表面硬度逐渐升高,在一定范围内,淬火液流量和淬火频率对淬硬层表面硬度影响不显著。淬火液浓度过低会导致淬火开裂风险增加,加热功率升高会导致淬硬层表面马氏体粗大。淬火液浓度5%,加热功率169 kW,加热时间5. 6 s,淬火频率15 kHz,淬火液流量80 L/min为最优工艺参数。     

低淬透性钢表面的淬火冷却

淬火冷却是零件获得一定的表面硬度、淬硬层深度、显微组织、残余应力及由其引起的畸变等结果的热处理工艺过程的一个阶段。低淬透性钢淬火冷却的主要工艺参数是淬火烈度,它大大高于常用碳素钢和价廉的低合金钢所要求的淬火烈度。所谓的体积-表面淬火,其冷却过程实质上既不同于整体热处理的淬火,也不同于感应加热淬火。     

复杂曲面结构凸轮槽高频感应淬火工艺及组织与性能

研究了复杂曲面结构圆柱凸轮槽高频感应淬火热处理工艺,通过合理设计仿形感应器以及加热工艺参数优化,使得两种材质(45钢和ZG65Mn钢)的圆柱凸轮槽都达到了淬硬层深度2～5 mm和表面硬度50～60 HRC的技术要求,硬化层组织为回火马氏体+少量残留奥氏体.高频淬火快速喷水冷却,有效避免了沟槽尺寸产生较大畸变.     

凸轮轴连续感应淬火的质量问题及解决措施

凸轮轴在连续感应淬火中,容易出现淬硬层深度不均匀、凸轮升程部位过热、基圆软带、棱角部位开裂以及热影响产生的软带等质量问题。为了解决这些问题,在感应器结构、工件移动速度、旋转速度、电参数选择、加热位置及加热延时、加热和冷却方式等方面,进行了全方位的设计。结果表明,通过淬火工艺的改进,解决了凸轮轴感应淬火中的这些质量问题,保证了产品质量和生产效率。     

行星架中频感应淬火的工艺研究

针对行星架感应淬火过程中出现的内齿圈淬硬层深不等和表面硬度分布不均的现象,进行了对比试验研究。结果表明,通过改变感应加热的热传递方式,以及调整感应淬火设备的功率、频率等工艺参数,使行星架感应区的淬硬层深度接近、表面硬度分布均匀,金相组织符合国标标准。本研究结论可为行业内类似行星架的淬火处理提供参考。