某型号曲轴总成由左右曲柄、连杆和曲柄销等几种零件组成(如图1所示)。这几种零件的材料均为20CrMo，其热处理工艺为渗碳淬火。由于工件较小，因此要求的硬化层浅，成品要求0.6～0.9mm(514HV)，
表面硬度要求56～64HRC；热处理 序要求0.8～1.0 mm (514HV)，表面硬度要求57～64HRC。可以看出，这几种零件的渗层均属于浅层渗碳。
渗后进行磨削加工，磨削后的硬度需在要求的范围内。左右曲柄、连杆和曲柄销经压合后，仃一定的扣矩要求，因此曲柄、曲柄销之问有一定的过盈晕。连杆、曲柄销要求耐磨，但曲柄不仪要求耐磨，还要求强度与韧性之间合适的配合。曲柄压合后，曲柄销受的是压应力，如果曲柄受的是托应力，曲柄的强度与韧性配合将不好，曲柄容易开裂。
一、工艺分析
根据以上分析，要保证曲俩热处理项目合格，需解决以下几个问题：
(1)设备能否保证一炉工件的硬化层都在要求的范围内。
(2)热处理后的工件能否有一个合理的碳浓度梯度(硬化层硬度梯度)，以保证磨后表面硬度。
(3)曲柄压合后，其扭矩能否合格，与曲柄孔的表面硬度、心部硬度和硬化层深度有关。
这种曲轴总成中曲柄渗碳的主要目的：
第一、提高表层的强度，保证扭矩合格。
第二、表面渗碳硬化后，提高疲劳强度。
第三、表面有一个合理的硬度，以便于同其他零件的装配。
第四、曲柄较小，有强度韧性要求，对硬化层、碳浓度梯度(硬化层硬度梯度)、心部硬度、表面硬度和残余奥氏体等要求高。
二、渗碳分析
硬化层(渗碳层)、碳浓度梯度(硬化层硬度梯度)、心部硬度、表面硬度和残余奥氏体对于力学性能的影响如下
1．硬化层深度(渗碳层)
渗碳层深度主要受渗碳温度、渗碳时问和碳势等因素的影响、渗碳层的深度的计算可以从F、E、Harris的公式中计算出：
式中为时间，T为绝对温度(K)。当渗碳温度为900℃、930℃时，相应的A(T)值为0.540、0.647。从公式中川以看出，碳在 γ-Fe中的扩散系数随着温度的升高而急剧增加；当温度一定时，渗层深度与渗碳时问呈抛物线的关系，可见温度和时间对渗层深度起主要影响。在时问、气氛相同的条件下，提高渗碳温度，可以大大加快渗碳速度，使得表面碳浓度高、浓度梯度平缓；降低渗碳温度，效果则相反，因此提高渗碳温度埘加速渗碳有利。一般对于浅层渗碳，对时间的控制要求很高。浅层渗碳温度不宜太高，若温度太高，渗碳时间不宜控制，会影响渗层的深度；同时温度太高心部组织易于粗化，增加心部的淬透性，使心部硬度超差。浅层渗碳要求渗层浅，整个渗碳过程处在高速扩散期，在较短的时间内就会获得要求的层深。温度波动对渗碳层的影响也很大。对于浅层渗碳更应该提高渗碳温度的控制精度。温度高扩散快，在浅层渗碳中处理的时间短，层深不易控制，极易产生偏差；温度降低后，碳的扩散速度减慢，增大了过程控制的余地，便于操作处理，降低了出现层深超差的几率。
渗碳层深度增加，其疲劳寿命会显著提高，随着渗碳层深度的增加，可以增加扭矩，但冲击韧度严重下降。渗层的紧束力增加，使心部材料塑性变形的可能性受到严重限制；渗层增加，相应的扩散层加深，造成心部含碳量升高，淬火后的心部硬度升高，强度增加，韧性减少，造成曲柄在压合后形成延迟裂纹。(责任编辑：风) |
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