一种高强度合金凸轮轴热处理工艺的制作方法

本发明涉及内燃机零件加工，尤其是涉及一种高强度合金凸轮轴热处理工艺。

背景技术：

1、大功率内燃机凸轮轴是是柴油机零部件中的一个重要结构件，它的作用是控制气门的开启和闭合动作。凸轮轴在高速旋转时，凸轮表面受到循环应力的作用产生磨损，严重时会造成表层脱落。

2、行业标准中规定的20钢、20cr、20mn2等凸轮轴经渗碳淬火或碳氮共渗淬火后最高硬化层深度为1.5mm，小于图纸要求的3.0mm下限；45钢、50钢凸轮轴中频淬火后在大功率柴油机上长时间运转，淬硬层易剥落；而gr15钢凸轮轴热处理工艺复杂，且中频磨削后易出现磨削裂纹，不易加工。以上材料不符合大功率内燃机对凸轮轴工艺性能或使用性能的要求。

3、发明人发现，目前使用50钢用于生产大功率内燃机凸轮轴，并通过正火和中频淬火在异形凸轮上获得不均匀的淬硬层，但是50钢凸轮轴中频淬火后在大功率柴油机上长时间运转，淬硬层易剥落，无法满足大功率内燃机对凸轮轴力学性能和耐磨性能的特殊要求。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种高强度合金凸轮轴热处理工艺，对工件调质时，淬火加热温度860℃并保温，可以使基体组织完全奥氏体化，提高抗拉强度。同时工件进入回火炉回火，回火温度650℃，保温后出炉水冷，不仅可以得到更好的性能，还能避免发生第二类回火脆性。

2、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

3、一种高强度合金凸轮轴热处理工艺，包括如下步骤：

4、调质热处理，工件置于加热炉，加热温度860℃±10并保温，在冷却介质中冷却后进入清洗机清洗油污；再进入回火炉回火，回火温度650℃±10，保温后出炉水冷；

5、工件调质完经过精加工后进行中频淬火，工件置于淬火机床，安装仿形感应器，对工件采用多次预热循环扫描加热的方式以获得均匀的淬硬层，之后选用喷淋圈淬火冷却，工件表面硬度大于58hrc，淬硬层4.5-7mm。

6、作为进一步的实现方式，所述加热炉选用爱协林多用炉生产线，型号为vkes4/2。

7、作为进一步的实现方式，所述工件置于加热炉内，加热温度860℃±10并保温3h，冷却介质选用好富顿hqg快速淬火油，冷却30min。

8、作为进一步的实现方式，所述工件进入回火炉回火时，回火炉内通入氮气以防止工件氧化，保温3h后进入清洗机快速冷却。

9、作为进一步的实现方式，中频淬火选用efd立式感应淬火机床，先将仿形感应器靠近工件基圆进行预热，使得基圆平均温度略高于凸轮桃尖的温度等待5-10s；

10、之后仿形感应器恢复初始位置，进行循环扫描加热，然后淬火。

11、作为进一步的实现方式，所述工件在冷却时，底部配合底座旋转，以使得冷却过程均匀。

12、作为进一步的实现方式，喷淋圈包括上部辅助喷淋区和下部主喷淋区，主喷淋流量90l/min，辅助喷淋流量50l/min。

13、作为进一步的实现方式，仿形感应器的一阶段预热功率90kw,二阶段循环扫描加热功率135kw，感应器移动速度260mm/min。

14、作为进一步的实现方式，所述中频电流频率为7000hz。

15、作为进一步的实现方式，中频淬火时，进气凸轮在上，排气凸轮在下。

16、上述本发明的有益效果如下：

17、1.本发明对工件调质时，淬火加热温度860℃±10并保温，可以使基体组织完全奥氏体化，提高抗拉强度。同时工件进入回火炉回火，回火温度650℃±10，保温后出炉水冷，不仅可以得到更好的性能，还能避免发生第二类回火脆性。

18、2.本发明在回火后经过精加工后再进行中频淬火，表面无氧化皮影响，且中频后只需要精磨就能完成成品加工，加工效率和精度有保证。

19、3.本通过生产的大功率内燃机凸轮轴的质量稳定，基体硬度28-32hrc，表面硬度58hrc以上，淬硬层4.5-7mm，分布均匀，能满足大功率内燃机对凸轮轴力学性能和耐磨性能的特殊要求；两年未发生淬火开裂现象，使用寿命长，且加工过程相对简单，有利于大规模生产。

技术特征：

1.一种高强度合金凸轮轴热处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高强度合金凸轮轴热处理工艺，其特征在于，所述加热炉选用爱协林多用炉生产线。

3.根据权利要求1所述的一种高强度合金凸轮轴热处理工艺，其特征在于，所述工件置于加热炉内，加热温度860℃±10并保温3h，冷却介质选用好富顿hqg快速淬火油，冷却30min。

4.根据权利要求1所述的一种高强度合金凸轮轴热处理工艺，其特征在于，所述工件进入回火炉回火时，回火炉内通入氮气以防止工件氧化，保温3h后进入清洗机快速冷却。

5.根据权利要求1所述的一种高强度合金凸轮轴热处理工艺，其特征在于，中频淬火选用efd立式感应淬火机床，先将仿形感应器靠近工件基圆进行预热，使得基圆平均温度略高于凸轮桃尖的温度等待5-10s；

6.根据权利要求1所述的一种高强度合金凸轮轴热处理工艺，其特征在于，所述工件在冷却时，底部配合底座旋转，以使得冷却过程均匀。

7.根据权利要求6所述的一种高强度合金凸轮轴热处理工艺，其特征在于，喷淋圈包括上部辅助喷淋区和下部主喷淋区，主喷淋流量90l/min，辅助喷淋流量50l/min。

8.根据权利要求5所述的一种高强度合金凸轮轴热处理工艺，其特征在于，仿形感应器的一阶段预热功率90kw,二阶段循环扫描加热功率135kw，感应器移动速度260mm/min。

9.根据权利要求1所述的一种高强度合金凸轮轴热处理工艺，其特征在于，所述中频电流频率为7000hz。

10.根据权利要求1所述的一种高强度合金凸轮轴热处理工艺，其特征在于，中频淬火时，进气凸轮在上，排气凸轮在下。

技术总结
本发明公开了一种高强度合金凸轮轴热处理工艺，涉及内燃机零件加工技术领域，满足大功率内燃机的凸轮轴对使用性能的要求。且生产近两年时间，无一开裂；具体方案如下：一种高强度合金凸轮轴热处理工艺，调质热处理，工件置于加热炉，加热温度860℃±10并保温，在冷却介质中冷却后进入清洗机清洗油污；再进入回火炉回火，回火温度650℃±10，保温后出炉水冷；工件调质完经过精加工后进行中频淬火，工件置于淬火机床，安装仿形感应器，对工件采用多次预热循环扫描加热的方式以获得均匀的淬硬层，之后选用喷淋圈淬火冷却，工件表面硬度大于58HRC，淬硬层4.5‑7mm。

技术研发人员：柳鹏,韩常勇,林立新,姜群,裴洪磊,高曦,李勇刚,武喜刚,张学亮,纪有君,辛娟娟,张笑康
受保护的技术使用者：中国石油天然气集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11