某型机车曲轴中频感应淬火工艺分析

国外某型机曲轴材料为SAE5046钢，成品主轴颈φ215.9mm，连杆颈φ165.1mm，总长4034.64mm，总重1639.2kg。为提高轴颈的耐磨性，所有主轴颈和连杆颈需对轴颈表面进行中频感应淬火强化。

该曲轴结构如图1所示，其轴颈中频感应淬火成品硬化层深度要求为5.08～10.2mm，远大于一般曲轴要求的2.5～5.0mm，是该曲轴生产中的一大难题。

一、工艺分析

该曲轴各轴颈经中频感应淬火后，要求达到：轴颈成品表面硬度45～53HRC，硬化层深度5.08～10.2mm（极限硬度43HRC），硬化层宽度及非硬化区宽度
 

从技术要求可以看出，该曲轴轴颈成品硬化层深度5.08～10.2mm，远大于一般曲轴要求的2.5～5.0mm；极限硬度为43HRC，也比GB/T5617-2005标准规定的“零件表面所要求的最低硬度的0.8倍”高。为了保证曲轴成品硬化层深度，加上磨削工艺留量，中频感应淬火后的硬化层工艺深度至少应在6.0mm以上。

该曲轴材质为SAE5046钢，与我国的45钢化学成分接近，不同之处是wCr要求0.20%～0.35%，基本属于碳钢。根据经验，一般碳钢曲轴中频感应淬火时硬化层深度约占加热层深度的0.8左右。对该曲轴，按硬化层工艺深度6.0mm计算，加热层深度应至少达到6.0mm/0.8=7.5mm。我公司现有曲轴中频淬火机床最低频率为6kHz，理论上电流透入深度d热最深大约为500/≈6.45mm，小于需求的最小加热深度7.5mm。此外，以43HRC作为硬化层极限硬度时，我公司以往碳钢曲轴的中频感应淬火经验表明，硬化层深度无法达到5mm以上。

为保证曲轴获得足够的硬化层深度，采取的措施：一是对SAE5046钢化学成分进行优化，主要是适度提高Mn量下限，并加入少量的V元素，以达到细化晶粒、提高材料淬透性的目的，为满足曲轴调质力学性能和中频淬火深度、硬度等要求创造条件；二是中频感应淬火时，在采用机床最低频率基础上，适当延长加热时间，使热量往内部传导一定深度，以获得较为理想的加热层；三是选用合适的淬火冷却介质，在确保曲轴不发生淬火裂纹的前提下，获得较大的冷却能力。