等温淬火球墨铸铁在汽车发动机曲轴上的应用研究

摘要

等温淬火球墨铸铁（Austempered Ductile Iron,简称 ADI），其具有很高的综合力学性能，与普通球铁相比，相同韧性下，强度可提高一倍，与钢相比，其具有更好的耐磨性能，在很多应用场合可取代锻钢制造机械（汽车）零件。根据其性能指标，汽车齿轮、曲轴是ADI材料应用的重要领域。曲轴是发动机重要的零部件，目前一汽集团大马力发动机的曲轴均采用锻刚制造，随着发动机马力的提升，原有的设计材质已经逐渐不能满足零件的使用性能要求，基于此，我们进行ADI在汽车曲轴上的应用研究，以探讨应用的可行性。
　　本文研究了不同合金化与等温淬火工艺的等温淬火球墨铸铁显微组织与常规性能。通过试验对比发现：Mo可以显著的提高CA498曲轴的淬透性能，是最为重要的合金元素之一，通过Mo-Cu合金化（Mo：0.35-0.5％，Cu：0.7-1.0%），可以实现曲轴的淬透性要求。曲轴适合的等温淬火工艺为：奥氏体化温度910±5℃，时间80分钟；等温淬火温度为360±5℃，时间2小时。
　　研究了曲轴经等温淬火工艺处理后，采用感应淬火和圆角滚压工艺对曲轴进行表面强化处理。疲劳强度试验表明,感应淬火后曲轴易于变形，韧性下降，不利于曲轴整体性能提升；采用圆角滚压工艺可以显著提高曲轴的疲劳强度。但滚压力达到4.0MPa滚压时，曲轴弯距达到2000MPa，安全系数达到2.2，远高于20CrMo（安全系数1.3），完全可以满足曲轴性能要求。
　　研究认为：采用等温淬火球墨铸铁制造汽车发动机齿轮，通过圆角滚压处理，完全可以达到以至超过曲轴的性能要求，技术上可行。

目录

等温淬火球墨铸铁在汽车发动机曲轴上的应用研究

THE APPLICATION RESEARCH OF AUSTEMPERED DUCTILE IRON ON CRANKSHAFT OF AUTO ENGINE

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题的来源

1.2 等温淬火球墨铸铁的研究、发展与应用现状

1.2.1 等温淬火球铁的发展历史

1.2.2 等温淬火球墨铸铁的基础理论

1.2.3 等温淬火球墨铸铁的化学成份

1.2.4 热处理工艺

1.2.5 等温淬火球墨铸铁的力学性能

1.2.6 等温淬火球墨铸铁在国内外汽车零件上的应用现状

1.3 球铁曲轴的应用现状分析

1.3.1 应用现状

1.3.2 存在的问题

1.3.3 球铁曲轴面临发动机爆发压力不断提高的挑战

1.3.4 强度分散性大，可靠性低

1.3.5 等温淬火球墨铸铁曲轴

1.4 课题研究的目的和意义

第2章 试验方案设计与试验过程控制

2.1 试验方案设计

2.1.1 试验方案

2.1.2 目标曲轴的选取

2.1.3 试验用原材料及设备

2.2 试验工艺控制

2.2.1 化学成分与合金化试验

2.2.2 曲轴试样的浇注

2.2.3 等温淬火工艺试验

2.2.4 曲轴的后续处理与疲劳强度试验

2.3 本章小结

第3章 等温淬火球墨铸铁CA498曲轴的试验研究

3.1 化学成份试验

3.1.1 普通化学成分（非合金化）试验

3.1.2 合金化试验

3.2 合金化分析

3.3 曲轴的毛坯浇注

3.4 曲轴毛坯铸造过程控制

3.5 曲轴的粗加工

3.6 曲轴的等温淬火试验

3.6.1 奥氏体的等温转变

3.6.2 曲轴奥氏体化温度与时间确定

3.6.3 曲轴的等温淬火温度与时间试验

3.6.4 曲轴的等温淬火

3.7 本章小结

第4章 曲轴的后续处理与疲劳强度试验

4.1 低温回火试验

4.2 轴颈淬火

4.3 圆角滚压

4.4 曲轴的疲劳强度试验

4.5 回火处理与圆角滚压处理分析

4.6 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致谢

个人简历