國外某型機(jī)曲軸材料為SAE5046鋼，成品主軸頸φ215.9mm，連桿頸φ165.1mm，總長4034.64mm，總重1639.2kg。為提高軸頸的耐磨性，所有主軸頸和連桿頸需對軸頸表面進(jìn)行中頻感應(yīng)淬火強(qiáng)化。

該曲軸結(jié)構(gòu)如圖1所示，其軸頸中頻感應(yīng)淬火成品硬化層深度要求為5.08～10.2mm，遠(yuǎn)大于一般曲軸要求的2.5～5.0mm，是該曲軸生產(chǎn)中的一大難題。

一、工藝分析

該曲軸各軸頸經(jīng)中頻感應(yīng)淬火后，要求達(dá)到：軸頸成品表面硬度45～53HRC，硬化層深度5.08～10.2mm（極限硬度43HRC），硬化層寬度及非硬化區(qū)寬度
 

從技術(shù)要求可以看出，該曲軸軸頸成品硬化層深度5.08～10.2mm，遠(yuǎn)大于一般曲軸要求的2.5～5.0mm；極限硬度為43HRC，也比GB/T5617-2005標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的“零件表面所要求的最低硬度的0.8倍”高。為了保證曲軸成品硬化層深度，加上磨削工藝留量，中頻感應(yīng)淬火后的硬化層工藝深度至少應(yīng)在6.0mm以上。

該曲軸材質(zhì)為SAE5046鋼，與我國的45鋼化學(xué)成分接近，不同之處是wCr要求0.20%～0.35%，基本屬于碳鋼。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般碳鋼曲軸中頻感應(yīng)淬火時(shí)硬化層深度約占加熱層深度的0.8左右。對該曲軸，按硬化層工藝深度6.0mm計(jì)算，加熱層深度應(yīng)至少達(dá)到6.0mm/0.8=7.5mm。我公司現(xiàn)有曲軸中頻淬火機(jī)床最低頻率為6kHz，理論上電流透入深度d熱最深大約為500/≈6.45mm，小于需求的最小加熱深度7.5mm。此外，以43HRC作為硬化層極限硬度時(shí)，我公司以往碳鋼曲軸的中頻感應(yīng)淬火經(jīng)驗(yàn)表明，硬化層深度無法達(dá)到5mm以上。

為保證曲軸獲得足夠的硬化層深度，采取的措施：一是對SAE5046鋼化學(xué)成分進(jìn)行優(yōu)化，主要是適度提高M(jìn)n量下限，并加入少量的V元素，以達(dá)到細(xì)化晶粒、提高材料淬透性的目的，為滿足曲軸調(diào)質(zhì)力學(xué)性能和中頻淬火深度、硬度等要求創(chuàng)造條件；二是中頻感應(yīng)淬火時(shí)，在采用機(jī)床最低頻率基礎(chǔ)上，適當(dāng)延長加熱時(shí)間，使熱量往內(nèi)部傳導(dǎo)一定深度，以獲得較為理想的加熱層；三是選用合適的淬火冷卻介質(zhì)，在確保曲軸不發(fā)生淬火裂紋的前提下，獲得較大的冷卻能力。