[发明专利]用于利用渐变温度特征图进行热处理的方法

说明书

本发明题为“用于利用渐变温度特征图进行热处理的方法”。本发明涉及一种用于热处理车辆推进系统的曲轴或其它工件的方法，该方法包括将曲轴的至少一部分加热至形成渐变温度特征图。该温度特征图具有从表面到该曲轴的芯逐渐变低的温度。该温度特征图包括在该表面和该芯的最内侧部分之间的中点处的中点温度，该中点温度为以摄氏标度测量的表面温度的至少50％。该表面温度在曲轴材料的转变范围内。该方法还包括对曲轴轴颈的表面进行淬火。该曲轴的材料优选为具有小于1.7的DI且具有大于0.3重量％的碳的碳钢合金。

技术领域

本公开涉及一种用于对车辆推进系统的曲轴进行热处理的系统和方法。

背景技术

引擎的曲轴将活塞的往复式线性移动转换成围绕纵向轴线的旋转移动以提供扭矩来推进车辆(诸如但不限于火车、船、飞机或汽车)。曲轴是引擎的重要零件并且是引擎设计的起点。

曲轴包括从纵向轴线偏离的至少一个曲轴销轴承轴颈，往复式活塞通过连接杆附接到该曲轴销轴承轴颈。通过活塞和曲轴之间的偏离连接从活塞施加到曲轴的力在曲轴中生成扭矩，该扭矩围绕纵向轴线旋转曲轴，该纵向轴线是旋转轴线。该曲轴还包括围绕纵向轴线同心地设置的至少一个主轴承轴颈。曲轴在主轴承轴颈处被固定到发动机组。轴承在曲轴和发动机组之间、围绕主轴承轴颈设置。

曲轴销和主轴承轴颈表面通常被硬化以使得能够处理负载和磨损。硬化的一种方法是感应地加热并且然后淬火以使曲轴轴颈表面硬化。利用感应加热/硬化，高频交流电被用于在待硬化的工件的表面区域中感应出涡电流。这些涡电流导致焦耳加热，该焦耳加热致使工件快速加热到一定温度。然后通过快速淬火实现硬化。

曲轴的感应硬化在过去产生了问题。一个问题在于，当感应硬化增加硬度和强度时，伴随由于硬化造成的相变的体积增长产生残余的应力。当这些残余的应力的分量与工作应力组合时，它们造成促进在硬化的表面层和未硬化的芯之间的下层表面中引发过早疲劳失效的不利风险。残余的应力是对象的加热和冷却中的温度变化以及由于钢中的原始相和形成的新相之间的具体体积差而导致的硬化中的体积变化的结果。如果该下层表面材料受到很大的应力，则该材料可产生可蔓延的裂纹并导致曲轴的失效。

缓解或减少由感应硬化引起的残余拉伸应力的常规尝试包括了在烤箱或加热炉中预热和/或后硬化(例如，高温)回火整个曲轴。然而，这些常规方法具有许多挑战，包括成本、时间和勉强有效的结果。

发明内容

本公开提供了一种硬化的方法，该硬化方法利用感应加热来在淬火之前在工件内产生渐变温度特征图。这个渐变特征图导致整个工件上的更均匀分布的拉伸应力，而不是将拉伸应力集中在硬化表面和未硬化的芯之间的下层表面附近。

在可与本文所公开的其它形式组合或分离的一种形式中，提供了一种用于热处理车辆推进系统的曲轴的方法。曲轴优选由曲轴钢合金形成。该方法包括将曲轴的至少一部分加热至形成在曲轴表面处具有表面温度的温度特征图。曲轴的温度特征图具有从曲轴的表面到芯逐渐变低的温度。该温度特征图包括在表面和芯的最内侧部分之间的中点处的中点温度。如以摄氏标度所测量，中点温度为表面温度的至少50％。表面温度在曲轴钢合金的转变范围内。该方法还包括对曲轴的表面进行淬火。

在可与本文所公开的其它形式组合或分离的另一种形式中，提供了一种用于形成车辆推进系统的曲轴的方法。该方法包括优选由曲轴钢合金形成曲轴，并且形成围绕曲轴的圆形轴承轴颈表面。该方法还包括将一连串感应加热脉冲施加至曲轴直到曲轴具有从圆形轴承轴颈表面垂直延伸至曲轴的芯的最内侧部分的渐变温度特征图。渐变温度特征图包括在圆形轴承轴颈表面处的表面温度，该表面温度在曲轴钢合金的转变范围内。渐变温度特征图还包括在圆形轴承轴颈表面和芯的最内侧部分之间的中点处的中点温度。中点温度为表面温度的至少50％。该方法包括将圆形轴承轴颈表面淬火至低于转变温度的温度以对圆形轴承表面进行硬化。