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一鑄造缺陷對球墨鑄鐵曲軸疲勞強(qiáng)度的影響分析

1生鐵中磷含量對曲軸疲勞強(qiáng)度的影響

對于球墨鑄鐵爐料而言，其中的生鐵成分、回爐鐵成分以及廢鋼中的磷成分在鐵水熔煉過程當(dāng)中會以恒定量的方式得到保留。同時，過量的磷成分多富集于晶界，主要表現(xiàn)形式為二元磷共晶或者是三元磷共晶。無論其表現(xiàn)為哪種形式，都具有脆性相的特點，由此會導(dǎo)致球墨鑄鐵的塑性指標(biāo)明顯降低，最終誘發(fā)曲軸的早期斷裂。已有研究中對發(fā)生斷裂問題的曲軸進(jìn)行分析，分析結(jié)果顯示：曲軸正火采用部分奧氏體化工藝，通過此種方式獲得鐵素體組織（此類鐵素體組織多為破碎形態(tài)）。但從斷軸分析的角度上來說，此部分檢出的磷成分含量多在0.07~0.10％范圍內(nèi)。通過疲勞試驗所得出的結(jié)果反映，該曲軸正常運行工況條件下的疲勞強(qiáng)度極限值僅為8050.0kg•cm，無法滿足設(shè)計要求。其原因在于曲軸制造使用了本地生鐵作為的球鐵爐料。在取消該環(huán)節(jié)后曲軸質(zhì)量自然可得到提高。

2鑄造縮松對曲軸疲勞強(qiáng)度的影響

已有研究資料中報道某廠曲軸曾大量出現(xiàn)斷裂問題。從曲軸外觀上觀察得知，導(dǎo)致斷裂的主要原因是在曲軸連桿軸頸位置有鑄造縮松問題，且肉眼可見。分析其成因是：在冷鐵供應(yīng)存在問題的條件下，曲軸造型省略了補(bǔ)縮所使用的冷鐵。在恢復(fù)冷鐵工藝后，曲軸鑄造縮松問題得到了圓滿的解決。由此可見，鑄造縮松對于曲軸疲勞強(qiáng)度的影響是非常顯著的。

3黑色帶層及灰斑對曲軸疲勞強(qiáng)度的影響

在常規(guī)工藝條件下，球墨鑄鐵曲軸斷口多呈現(xiàn)出灰色或銀灰色，曲軸本體以及抗拉試棒斷口同樣應(yīng)當(dāng)有此類表現(xiàn)。對于黑色帶層問題而言，其主要是受到灰斑在疲勞試驗曲軸軸頸往復(fù)式運動的影響而形成的，而灰斑的產(chǎn)生則主要是受到了鐵水中硅偏析的影響。以往研究中在對某批次球墨鑄鐵曲軸進(jìn)行疲勞試驗的過程當(dāng)中發(fā)現(xiàn)曲軸斷面出現(xiàn)了異常的黑色層以及灰斑。雖然此種問題在球墨鑄鐵曲軸中相對比較少見，但同樣屬于內(nèi)部缺陷的一種表現(xiàn)形式，此問題的出現(xiàn)導(dǎo)致了曲軸疲勞強(qiáng)度受到不良影響，有黑色帶層或灰斑問題的曲軸在正常使用過程當(dāng)中可能提前出現(xiàn)疲勞裂紋，導(dǎo)致抗疲勞強(qiáng)度的下降。

二熱處理工藝對球墨鑄鐵曲軸疲勞強(qiáng)度的影響分析

1正火和中頻淬火工藝對曲軸疲勞強(qiáng)度的影響

已有研究中顯示，對于球墨鑄鐵曲軸而言，在經(jīng)過高溫正火處理后，能夠?qū)⑵渲兴嬖诘挠坞x狀態(tài)滲碳體消除掉，從而能夠起到調(diào)整基體中鐵素體以及珠光體形態(tài)，以及兩者構(gòu)成比例的目的。通過這種方式，使球墨鑄鐵曲軸的綜合力學(xué)性能得到了提升，促進(jìn)了抗疲勞強(qiáng)度的改善。同時，在球墨鑄鐵曲軸制造過程當(dāng)中，通過進(jìn)行中頻淬火處理的方式，能夠使球墨鑄鐵曲軸表面形成具有一定深度的淬硬層，其對于改善曲軸自身耐磨性能有重要意義。但也有研究中認(rèn)為：傳統(tǒng)的非圓角淬火工藝下會導(dǎo)致曲軸淬火區(qū)與非淬火區(qū)交界位置產(chǎn)生失衡且反向的應(yīng)力關(guān)系，并對疲勞強(qiáng)度造成不良影響。因此，在引入中頻淬火工藝的過程當(dāng)中，需要盡量選擇圓角淬火工藝，達(dá)到滿意的處理效果。

2等溫淬火工藝對曲軸疲勞強(qiáng)度的影響

在球墨鑄鐵曲軸的生產(chǎn)過程當(dāng)中，通過應(yīng)用等溫淬火工藝的方式，能夠使曲軸獲得主要的貝氏體成分，同時還可形成一定的馬氏體組織以及殘余奧氏體組織，力學(xué)性能上具有較高的強(qiáng)度以及韌性水平。已有研究資料中報道，針對受到化學(xué)成分偏離影響而造成球墨鑄鐵曲軸疲勞強(qiáng)度的不足的問題，通過應(yīng)用等溫淬火工藝的方式，解決了曲軸在熱處理上的質(zhì)量問題。等溫淬火工藝的應(yīng)用除了對改善球墨鑄鐵曲軸疲勞強(qiáng)度水平以外，還對提高曲軸自身耐磨性有重要價值，由此也有效延長了曲軸的使用壽命，綜合效益確切。

3氧氮化工藝對曲軸疲勞強(qiáng)度的影響

從化學(xué)處理的角度上來說，在球墨鑄鐵曲軸的制造生產(chǎn)工藝中，通過對曲軸進(jìn)行氧氮化處理的方式，能夠使曲軸表面獲得具有高氮特點的化合物層，同時還可形成具有飽和特點的氧擴(kuò)散層。受到氧成分以及氮成分滲入的影響，使得球墨鑄鐵曲軸表面層的化學(xué)成分發(fā)生改變，與之相對應(yīng)的顯微結(jié)構(gòu)也有了非常顯著的提升趨勢，曲軸整體的耐磨性能以及耏疲勞性能均得到了有效的改善。需要注意的一點是，對于經(jīng)過氧氮化處理的球墨鑄鐵曲軸而言，其抗疲勞水平的提高很大程度上會受到氧化層擴(kuò)散水平的影響，在氮化處理后快速冷卻，并在擴(kuò)散層中形成飽和固溶體，或是形成高水平的殘余壓應(yīng)力都能夠促進(jìn)疲勞強(qiáng)度的提高。正是由于在氧氮化工藝處理下，曲軸表面能夠形成較深的擴(kuò)散層，故而對延長球墨鑄鐵使用壽命也有相當(dāng)重要的意義與價值。

三結(jié)束語

結(jié)合本文以上分析認(rèn)為：對于球墨鑄鐵曲軸而言，斷裂是其運行過程當(dāng)中最主要的失效形式。解決并最大限度避免曲軸失效問題的方法在于彌補(bǔ)鑄造缺陷，同時對熱處理工藝進(jìn)行合理改進(jìn)。本次研究中重點從鑄造缺陷以及熱處理工藝這兩個角度入手，分析以上因素對球墨鑄鐵曲軸疲勞強(qiáng)度的影響，指出可以通過彌補(bǔ)鑄造缺陷，同時合理應(yīng)用正火、中頻表面淬火、等溫淬火以及氧氮化處理的方式，促進(jìn)球墨鑄鐵曲軸疲勞強(qiáng)度水平的提升，同時改善曲軸的耐磨性，延長球墨鑄鐵曲軸的使用壽命，發(fā)揮更加確切的使用價值。

作者：范杰單位：大唐琿春發(fā)電廠