某型航空活塞发动机曲轴热处理工艺及缺陷分析.pdf

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某型航空活塞发动机曲轴热处理工艺及缺陷分析
丁发军
(中国民航飞行学院飞机修理厂,四川广汉618307)
摘要:以某型航空活塞式飞机的发动机曲轴为研究对象,介绍了金属热处理工艺分类,分析了曲轴的工作条件、材料
选择、锻造温度和热处理加工工艺。以曲轴热处理淬火裂纹、氧化与脱碳缺陷为例进行分析,提出了具体的防止措施。
关键词:活塞式发动机;曲轴;热处理工艺;氧化与脱碳;淬火裂纹;防止措施
中图分类号:V232
文献标志码:A文章编号:1002-2333(2015)03-0191-03
Heat Treatment Process and Defect Analysis on Certain Type of Aircraft Piston Engine Crankshaft
DING Fajun
Aircraft Repair Overhaul Plant Subsidiary of CAFUC, Guanghan 618307, China
Abstract: Taking engine crankshaft in a type of piston aircraft as the research object, this paper introduces the metal heat
treatment craft classification, crankshaft working conditions, material selection, forging temperature and heat treatment process
pecific measures for the crankshaft are put forward to prevent defeets of heat treatment quenching crack, oxidation and
carbonization
Key words: piston engine; crankshaft; heat treatment process; oxidation and deearburization; quench cracks; prevention
Ineasures
0引言
金属材料是航空工业的基本材料,金属按其成分可
温度
A、界温度随炉冷却
分为纯金属和合金,合金由两种或两种以上元素组成的
具有金属特性的物质。金属材料的机械性能主要包括强
加热
空气冷却
度、塑性、硬度、韧性和抗疲劳性能等,如图1所示。金属
水冷或油冷
材料的优异的性能与其成分和组织有着密切的关系。热
处理是改变金属材料组织,发挥金属材料潜力的有效手
缓慢加热
段。金属热处理是将工件放在一定的介质中加热、保暖和
冷却,通过改变工件表层的化学成分、表面或内部显微组
织的结构来改变其性能的热加工工艺。
图2热处理工艺曲线示意图
1钢的热处理
强度硬度上升,韧性不断降低。工业中使用的碳钢中碳质
热处理方法虽然很多,但都是由加热、保温和冷却3量分数最一般不超过1.3%~1.4%,低合金钢(合金元素总
个阶段组成的,通常用热处理工艺曲线表示,如图2所示。质量分数5%)、中合金钢(合金元素总质量分数在5%
当钢的含碳量小于09%时,随着含碳量增加,钢的10%)和高合金钢(合金元素总质量分数>10%)为了改善
钢的机械性能或使具有某些特殊的性能,有目的地向钢
中加入合金元素得到的钢材叫合金钢。常用的合金元素
有锰、硅、铬等。
1.1热处理分类及概述
热处理工艺一般分为加热、保温和冷却3个阶段,它
分含加热介质、加热速率、加热温度、保温时间和冷却速
率5个要素。根据加热介质、加热温度和冷却方法的不
同,金属热处理?工艺大体可分为普通热处理、表面热处
应变
理两大类。每一大类又可区分为若干不同的热处理工艺。
同一种金属采用不同的热处理工艺,可获得不同的组织,
从而具有不同的性能。普通热处理分为退火、正火、淬火
图1低碳钢的应力ー应变示意图
和回火。表面热处理分为表面淬火和化学热处理,表面淬
火分为火焰加热和感应加热,而化学热处理分为滲碳滲
基金项目:中国民用航空飞行学院科研创新团队项目(112012-06)氮、碳氮共滲和滲金属等。
机械工程师2015年第3期1191
兔兔
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普通热处理是对工件整体加热,然后以适当的速度冷表1所示。
表140 CRNIMOA主要化学成分%
却,以改变其整体力学性能的金属热处理工艺。退火是将
它属于低合
Ni
工件加热到适当温度,根据材料和工件尺寸采用不同的保金中碳超高强度037-0406000O1503513516
温时间,然后进行缓慢冷却,目的是使金属内部组织达到钢。该材质经处理
或接近平衡状态,获得良好的工艺性能和使用性能,或者后具有良好的综合机械性能,Cr、Ni等合金元素的加入使
为进一步淬火作组织准备。正火是将工件加热到适宜的温其淬透性较好并使铁素体的强度和韧性得到提高;Mo、Cr
度后在空气中冷却,正火的效果同退火相似,只是得到的等碳化物形成元素的加入,可阻止奥氏体晶粒长大,提高
组织更细,常用于改善材料的切削性能,也有时用于对一钢的回火稳定性,在使用中能有一定的冲击抗力和断裂
些要求不高的零件作为最终热处理。溶火是将工件加热保韧性,高的疲劳强度满足曲轴对材质性能的要求。
温后,在水、油或其它无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快2.3曲轴热处理
速冷却。淬火后钢件变硬,但同时变脆。为了降低钢件的脆
1O-360-L2A发动机使用多曲柄曲轴,由铬镍钼钢锻
性,将淬火后的钢件在高于室温而低于650℃的某一适当件制成,曲轴是发动机受力最大的部件之一,曲轴的曲颈
温度进行长时间的保温,再进行冷却,这种工艺称为回火。和曲柄表面都经过渗氮处理,增加了表面的抗磨性,曲轴
其中的淬火与回火关系密切,常常配合使用。为了获上螺旋桨安装凸缘表面未进行渗氮处理,表面仅镀一层
得一定的强度和韧性,把淬火和高温回火结合起来的工防腐金属层,维护时应避免划伤,预防曲轴腐蚀和产生裂
艺,称为调质。时效处理是某些合金溶火形成过饱和固溶纹。曲柄是空心的,这不仅可以减轻曲轴的质量,还可为
体后,将其置于室温或稍高的适当温度下保持较长时间,滑油提供通道,同时也是一个收集淤泥、积碳和其它杂质
以提高合金的硬度、强度或电性磁性等。
的空腔,滑油流动越多,清洁效果越好。
1.2钢在航空エ业中的应用
材料40 CRMOA曲轴热处理工艺是锻造→正火→粗
在航空工业中广泛应用合金结构钢制造飞机、发动车→调质一精车→去应力退火→精加工到成品一氮化一
机的主要零件。12CrNi4A、18C2Ni4WA等都是航空器抛光→装机S,其技术参数如表2所示。
普遍使用的合金钢,主要做传动轴、销子。40 CRMOA调制
合金钢,综合机械性能好,在具有相当高的强度的同时又
表2 DCRNIMOA曲轴技术参数
具有良好的初性。广泛用于制造高负荷、大尺度的轴零屈展强度NMP。抗粒强度NP伸长率%_4
硬度/HB
求的重要零件,如发动机曲轴等。
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