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1鑄造缺陷對球墨鑄鐵曲軸疲勞強度的影響分析

1.1生鐵中磷含量對曲軸疲勞強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，主要表現形式為二元磷共晶或者是三元磷共晶。無論其表現為哪種形式，都具有脆性相的特點，由此會導致球墨鑄鐵的塑性指標明顯降低，最終誘發曲軸的早期斷裂。已有研究中對發生斷裂問題的曲軸進行分析，分析結果顯示：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）。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。通過疲勞試驗所得出的結果反映，該曲軸正常運行工況條件下的疲勞強度極限值僅為8050.0kg•cm，無法滿足設計要求。其原因在于曲軸制造使用了本地生鐵作為的球鐵爐料。在取消該環節后曲軸質量自然可得到提高。

1.2鑄造縮松對曲軸疲勞強度的影響已有研究資料中報道某廠曲軸曾大量出現斷裂問題。從曲軸外觀上觀察得知，導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：在冷鐵供應存在問題的條件下，曲軸造型省略了補縮所使用的冷鐵。在恢復冷鐵工藝后，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度的影響是非常顯著的。

1.3黑色帶層及灰斑對曲軸疲勞強度的影響在常規工藝條件下，球墨鑄鐵曲軸斷口多呈現出灰色或銀灰色，曲軸本體以及抗拉試棒斷口同樣應當有此類表現。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式運動的影響而形成的，而灰斑的產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行疲勞試驗的過程當中發現曲軸斷面出現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，但同樣屬于內部缺陷的一種表現形式，此問題的出現導致了曲軸疲勞強度受到不良影響，有黑色帶層或灰斑問題的曲軸在正常使用過程當中可能提前出現疲勞裂紋，導致抗疲勞強度的下降。

2熱處理工藝對球墨鑄鐵曲軸疲勞強度的影響分析

2.1正火和中頻淬火工藝對曲軸疲勞強度的影響已有研究中顯示，對于球墨鑄鐵曲軸而言，在經過高溫正火處理后，能夠將其中所存在的游離狀態滲碳體消除掉，從而能夠起到調整基體中鐵素體以及珠光體形態，以及兩者構成比例的目的。通過這種方式，使球墨鑄鐵曲軸的綜合力學性能得到了提升，促進了抗疲勞強度的改善。同時，在球墨鑄鐵曲軸制造過程當中，通過進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。但也有研究中認為：傳統的非圓角淬火工藝下會導致曲軸淬火區與非淬火區交界位置產生失衡且反向的應力關系，并對疲勞強度造成不良影響。因此，在引入中頻淬火工藝的過程當中，需要盡量選擇圓角淬火工藝，達到滿意的處理效果。

2.2等溫淬火工藝對曲軸疲勞強度的影響在球墨鑄鐵曲軸的生產過程當中，通過應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，力學性能上具有較高的強度以及韌性水平。已有研究資料中報道，針對受到化學成分偏離影響而造成球墨鑄鐵曲軸疲勞強度的不足的問題，通過應用等溫淬火工藝的方式，解決了曲軸在熱處理上的質量問題。等溫淬火工藝的應用除了對改善球墨鑄鐵曲軸疲勞強度水平以外，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。

2.3氧氮化工藝對曲軸疲勞強度的影響從化學處理的角度上來說，在球墨鑄鐵曲軸的制造生產工藝中，通過對曲軸進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成分發生改變，與之相對應的顯微結構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散水平的影響，在氮化處理后快速冷卻，并在擴散層中形成飽和固溶體，或是形成高水平的殘余壓應力都能夠促進疲勞強度的提高。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散層，故而對延長球墨鑄鐵使用壽命也有相當重要的意義與價值。

3結束語

結合本文以上分析認為：對于球墨鑄鐵曲軸而言，斷裂是其運行過程當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鑄造缺陷，同時對熱處理工藝進行合理改進。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度的影響，指出可以通過彌補鑄造缺陷，同時合理應用正火、中頻表面淬火、等溫淬火以及氧氮化處理的方式，促進球墨鑄鐵曲軸疲勞強度水平的提升，同時改善曲軸的耐磨性，延長球墨鑄鐵曲軸的使用壽命，發揮更加確切的使用價值。

作者：范杰單位：大唐琿春發電廠