高强韧破碎铁素体球墨铸铁曲轴的研究与制备

摘要

发动机被称为是“汽车的心脏”，而发动机中的曲轴则被誉为是“汽车心脏的动力源”。曲轴在汽车中发挥着极其重要的作用，它的优劣好坏也将直接决定汽车的使用寿命。近年来，随着人们对汽车使用性能的要求不断提高，汽车动力不断增强，需要曲轴承受更大的交变载荷，因而对曲轴材料的强韧性和可靠性也提出了更高的要求。
　　由于球墨铸铁曲轴自身具有锻钢曲轴所难以相比的实用性和经济性，研究和开发具有高强度和高韧性的球铁曲轴必将具有光明的发展前景。铸态球墨铸铁的组织中“牛眼状”铁素体包围着球状石墨，其性能特点是强度和硬度较高，而塑性和韧性偏低。本文通过对铸态球铁进行部分奥氏体化正火处理，在球铁基体内获得了珠光体及分散状的破碎铁素体组织。分析正火保温温度及保温时间对球墨铸铁组织和性能的影响，发现在奥氏体、铁素体和石墨的三相共存区内，并在一定的保温时间内，随着保温温度的升高、保温时间的延长，正火后球铁基体中珠光体含量增加、铁素体含量减少，试样的强度、硬度呈上升趋势，韧性、塑性有一定的下降。
　　将球铁曲轴进行完全奥氏体化正火处理及二阶段正火处理，并与部分奥氏体化正火处理的试样进行比较分析。发现完全奥氏体化正火试样中铁素体百分含量极少，且由于珠光体团的粗大，试样的性能并未得到提高。二阶段正火试样的破碎铁素体沿晶界分布，部分奥氏体化正火试样的破碎铁素体呈放射状分布。在相同保温温度下，二阶段正火试样的铁素体含量比部分奥氏体化正火试样稍低，因而二阶段正火工艺试样的强度略高于部分奥氏体化正火试样，伸长率则相反。经过对三种正火工艺的综合比较，部分奥氏体化正火工艺简单高效，适合实际生产，是最佳工艺选择。曲轴在830℃～840℃保温1h时，抗拉强度达到820MPa、伸长率在7％以上、布氏硬度为266HBW左右、冲击韧度为51～55J/cm2，具有较好的综合力学性能。
　　在实验室获得良好实验结果的基础上，将部分奥氏体化正火工艺用于现场实验。经过现场燃气连续正火炉在800℃～830℃范围保温，单次停车时间在6.5min～7.5min处理，曲轴已经完全奥氏体化，虽具有很高的强度但是塑性和韧性尚需提高。应进一步降低部分奥氏体化正火温度和减少保温时间，以获得具有更好强韧性的破碎铁素体球铁曲轴产品，并在实际生产中推广应用。