船用柴油机凸轮轴的材料选择及失效分析

摘要：凸轮轴是传递动力的主要部件之一，船用柴油机凸轮轴断裂时有发生且原因复杂，全面客观地分析凸轮轴断裂失效的原因是解决该问题的一个非常重要的途径。文章依据凸轮轴的工作环境，性能要求，材料选择，归纳出凸轮轴失效分析的一般情况，并成功结合相关书籍找出其失效的主要原因。结果表明，凸轮轴的材料选择和断裂失效分析具有较高的工作效率和质量，其最后结果相对来说是准确的可信的。本文主要阐述了柴油机凸轮轴热处理工艺的选用及工艺参数的确定，具体包括了凸轮轴的热处理技术要求、表面淬火的特点和工艺参数的确定、淬火缺陷分析，满足了柴油机凸轮轴的性能要求及工作条件。

关键词：船用柴油机；凸轮轴；材料选择；失效分析；淬火缺陷；热处理

Marine diesel engine camshaft material selection and failure analysis

Abstract: Camshaft is one of the main components of transmission power, Marine diesel engine camshaft complex fracture occur and reasons, comprehensively and objectively analyses the reason of CAM shaft fracture failure is a very important way to solve this problem. According to the camshaft material selection, performance requirements, work environment, su mming up the general procedure of CAM shaft fracture failure analysis, and combining with the related books to find the main cause of the failure. Results show that the selection of materials and fracture failure analysis of the camshaft has high working efficiency and quality of the final result is relatively accurate and credible. This article mainly expounds the selection of diesel engine camshaft heat treatment process and the determination of process parameters,Including the technical requirements of heat treatment of camshaft, the determination of surface hardening characteristics and process parameters, quenching defect analysis, meet the requirements of the performance of the diesel engine camshaft and working conditions.

Keywords: marine diesel engine； Camshaft； Material selection； Failure Analysis； quenching defect； heat treatment

1 船用柴油机凸轮轴的工件环境 .............................. 1

2 船用柴油机凸轮轴的失效分析 ................................. 1

2.1船用柴油机凸轮轴的断裂失效分析............................ 1

2.1.1船用柴油机凸轮轴的疲劳断裂失效分析....................1

2.1.2船用柴油机凸轮轴的断裂失效原因....................3

2.1.3船用柴油机凸轮轴的断裂失效的改进措施 ...............3

2.2船用柴油机凸轮轴的腐蚀失效................................4

2.2.1船用柴油机凸轮轴应力腐蚀断裂的分析........................4

2.2.2船用柴油机凸轮轴的腐蚀失效的原因....................4

2.2.3船用柴油机凸轮轴的腐蚀失效的改进措施......................4

2.3船用柴油机凸轮轴的磨损失效............................5

2.3.1船用柴油机凸轮轴的粘着磨损失效分析......................5

2.3.2船用柴油机凸轮轴的磨损失效的原因......................5

2.3.3船用柴油机凸轮轴的磨损失效的改进措施..............5

3 船用柴油机凸轮轴的性能要求....................................... 5

4 船用柴油机凸轮轴的材料选择 ..................................... 6

4.1 分析材料合金元素的作用 .................................... 6

4.2机械加工工艺流程 ................................10

4.3热处理工艺分析 ............................................11

4.3.1 凸轮轴热处理工艺特性分析...............................11

4.3.2 凸轮轴组织分析.........................................12

4.3.3 凸轮轴热处理工艺的制定及曲线图.........................16

4.3.4 凸轮轴热处理冲击韧性与硬度............................16

4.3.5 凸轮轴的调质工艺......................................17

4.3.6 凸轮轴的表面热处理....................................18

4.4零件的最终性能确定 ....................................19

5凸轮轴的热处理工艺分析和热处理缺陷及分析................ 19

5.1水温对淬火质量的影响 ............................19

5.2 回火方式对质量的影响 .............................. 20

5.3冷却方法的选用和校直 ............................. 21

5.4凸轮轴的工艺改进 ................................ 21

5.5热处理缺陷分析.........................................22

5.6凸轮轴的常见缺陷及弥补措施..............................23

6结论 ......................................................... 25

参考文献...................................................... 26

结论

凸轮轴是发动机的关键零件之一，凸轮轴桃尖部位的硬度和白口层深度是决定凸轮轴使用寿命和发动机效率的关键技术指标。在保证凸轮有足够高的硬度和相当深的白口层的前提下，还应考虑轴颈不出现较高的碳化物，使其具有较好的切削加工性能,在研究凸轮轴的力学性能和失效分析的基础上，我们需要重视的是凸轮轴的材料选择，依据凸轮轴的性能要求，良好的综合力学性能，高的疲劳强度，对应力集中敏感性低，具有足够的淬透性。通过二种适合制造滚动轴承的材料（40Cr和QT400-15）的各种条件的对比得出较适合船用柴油机凸轮轴的材料是40Cr

40Cr材料的含碳量在0.37%～0.44%，其含碳量低于45钢，因此正火(870～890℃加热空冷)后获得了细的珠光体组织，其硬度在200HB左右，经过中频淬火尽管凸轮轴的耐磨性符合工艺要求，但心部硬度偏低，造成其强度硬度和冲击韧性差，无法满足凸轮轴的服役条件的要求。

而将正火改为调质处理(840～860℃淬火油冷，550～600℃回火水冷)后，凸轮轴的整体硬度在260HBS左右，金相组织为回火索氏体，它本身具有强度和韧性的良好配合，大大提高了冲击韧性值，表面中频淬火后的疲劳强度和耐磨性得到了提高，为了获得最大的残余压应力，要求过渡层的厚度应小于硬化层的1/4，通常选取的热透入深度为硬化层深度的2倍(为最佳的淬硬层深度)。

我也研究了凸轮轴的失效分析，即断裂失效、腐蚀失效和磨损失效，然后得出了影响失效的主要因素。并在此基础上改进凸轮轴的工艺后，大大提高了它的疲劳强度和冲击韧性值，使之具有良好的强度和韧度，大大提高了凸轮轴的综合力学性能，满足凸轮轴的工作条件和服役条件。

参考文献

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