曲轴的热处理工艺
曲轴是引擎的主要旋转机件，装上连杆后，可承接连杆的上下（往复）运动变成循环（旋转）运动。

是发动机上的一个重要的机件，其材料是由碳素结构钢或球墨铸铁制成的。

曲轴的性能在很大程度上影响着汽车发动机的可靠性与寿命。

曲轴在发动机中承担着最大的负荷和全部的功率，承担着强大的方向不断变化的弯矩和扭矩，同时承受着长时间的高速运转的磨损，圆角过渡处处于薄弱环节，主轴颈与圆角的过渡处更为严重。

因而，需要合适的热处理工艺，以保证其达到所要求的各项性能指标。

在曲轴工作的过程中，往复的惯性力和离心力使之承受很大的弯曲---扭转应力，轴颈表面容易磨损，且轴颈与曲臂的过渡圆角处最为薄弱。

除曲轴的材质，加工因素外，曲轴的工作条件（温度、环境介质、负荷特性）等都是影响曲轴服役的。

曲轴的主要失效形式有（1）疲劳断裂：多数断裂时曲柄与轴颈的圆角处产生疲劳裂纹，随后向曲柄深处发展，造成曲柄的断裂，其次是曲柄中部的油道内壁产生裂纹，发展为曲柄处的断裂。

（2）轴颈表面的严重磨损。

因此，曲轴的选材十分重要，既需要满足曲轴的力学性能，也需要考虑强度和耐磨性。

由于曲轴需要承受交变的弯曲---扭转载荷以及发动机的大的功率，因此，要求其具有高的强度，良好的耐磨、耐疲劳性以及循环韧性等。

因而，根据曲轴材料的要求，各项技术要求，及材料的成分，机械性能，淬透性，同时需考虑成本的经济性，最终可以选择40Cr作为汽车发动机的材料。

所以曲轴的大致加工路线是，锻造→正火→机械加工→去应力退火→调质处理→表面热处理（高频淬火+低温回火），其中预备热处理为正火，然后可能有必要进行去应力退火，最终热处理为调质处理和表面热处理的高频淬火和低温回火。

40Cr的显微组织不均匀，且晶粒粗大，需要进行预备热处理来细化晶粒和改善其内部组织。

翻阅书籍后我决定采用正火的方法来作为预备热处理。

正火温度为Ac3或Acm以上40到60℃，故取正火温度为880℃，来改善晶粒大小，使晶粒细化，可以获得更好的切削加工性能，并为后续热处理工艺打好基础。

正火后组织变成了片状P和片状渗碳体，此时的钢的切削性能较好，硬度较低，便于切削加工。

在进行粗加工后组织内部可能会产生一些残余应力，影响后续热处理工艺，于是需要用去应力退火来消除组织应力。

一般去应力退火加热温度低于回火温度，故取540℃，再保温2小时，以防止产生新的残余应力。

完成上述工序后40Cr的性能任未满足曲轴的要求，需要进行更进一步的操作，即最终热处理，在这里选择的是调质处理以及表面高频淬火。

对于调质处理，40Cr是亚共析钢，淬火温度为Ac3+30到50℃，所以取淬火温度为830℃，而40Cr淬透性较好，为了避免40Cr钢在淬火时出现淬裂现象，因此选择淬火介质——油，保温10分钟。

淬透之后采用高温回火，加热温度在560℃左右，保温两个小时空冷。

实现淬火的必要条件是加热温度必须高于临界点温度以上，以获得奥氏体组织，其冷却速度必须大于临界冷却速度，而淬火得到的组织是马氏体或下贝氏体。

对40Cr进行淬火前，其组织状态为珠光体，而淬火后组织为马氏体。

马氏体具有很高的硬度，但很脆，所以需要高温回火来提高韧性适当降低硬度。

回火后40Cr的组织为回火索氏体，保留了淬火效应，索氏体均匀细密，晶粒细小，具
有良好的硬度与韧性。

但是曲轴的表面要求有良好的耐磨性，调质态的硬度远远不够，因此需要进行表面热处理即高频淬火与低温回火来增加表面硬度及其耐磨性。

通过表面热处理可以再工件表面一定深度内获得马氏体组织，而其心部仍保持着表面淬火前的组织状态，以获得表面层硬而耐磨，心部又有足够塑性、韧性的工件。

对于40Cr曲轴的表面热处理采用高频淬火＋低温回火，利用高频淬火炉进行淬火，淬火温度在860摄氏度（普通淬火温度＋30~200℃），油冷。

高频淬火后，，为了降低残余应力和钢的脆性，而又不至于降低硬度，因此需要进行低温回火。

回火温度取160℃，保温1.5小时。

经过高频淬火以后，表面得到的并不是所需要的针状马氏体，而是粗大的组织。

其原因是高频淬火时加热时间太长而引起的。

这种粗大的组织硬度比细马氏体降低很多。

因此是不希望获得的组织，在加热时一定要严格控制温加热温度范围和加热时间。

得到颗粒大小均匀，综合性能良好的回火索氏体，其表层为针状马氏体，而心部则保持了原始的组织与性能。

此时40Cr的材料性能已经基本符合制作曲轴的要求.可以投入生产中了。

这次曲轴的热处理设计通过选用40Cr钢，加上合适的热处理工艺，即正火→调质处理，获得良好的综合机械性能，可以很大限度的提高曲轴强度，并且通过高频表面淬火工艺，可以很好的提高曲轴的表面硬度以及表面耐磨性。

在对40Cr钢进行热处理时由于淬透性比较好，很容易出现淬裂，所以对选择淬火介质是要选择冷速较慢的介质比如空冷、油冷等等。

加热保温时间应严格控制，避免在调质回火时保温时间过短所引起的硬度过高，同时避免保温时间过长引起晶粒粗大。