[发明专利]曲轴及其制造方法

说明书

本发明涉及一种曲轴，以及这种曲轴的制造方法。该曲轴具有硬质氮化层的轴颈有效地改善了诸如寿命的性能。

通常，发动机的曲轴，如图4所示，其轴颈22a可旋转地支撑在发动机20的曲轴箱21内的轴承23上，并且短轴22b与曲柄连杆24以可相对自由转动的方式连接，使得当燃烧室25内爆炸导致活塞26向下运动时，施加给曲轴22的力趋向于使曲轴22绕轴承23弯曲，由此与轴承23的轴承材料27相结合的轴颈22a需要有高的使用寿命。

所以，具有高使用寿命的特种钢被选来制造曲轴以改善轴颈22a处的使用寿命，然而这样导致了如增加材料成本和重量这样的问题。

为克服上述问题，本发明的一个目的是改善发动机旋转轴轴颈的使用寿命，而不增加材料成本和重量。

为了实现上述目的，一个第一发明是针对具有轴颈的曲轴，该曲轴的表面具有一硬质氮化层。而一个第二发明是该曲轴的制造方法，其中曲轴的轴颈在加热条件下被置于含氟或氟化物的气体环境中，在轴颈表面形成氟化物层，然后进一步在加热条件下置于氮化气体环境，在轴颈表面就形成一硬质氮化层。

详细地说明，本发明的曲轴在轴颈处的表面形成一硬质氮化层，但不是整个曲轴都使用硬质材料，这样能够提供一种曲轴，它可以获得低成本，不很重以及良好的使用寿命。进一步，在根据本发明的曲轴制造方法中，为了在轴颈表面形成氮化层，首先在加热条件下将轴颈放置在含氟或氟化物的气体环境，然后，置于在加热条件下氮化气体环境中，去除轴颈上形成的氟化层，同时在去除的位置（位于轴颈的表面）形成一硬质氮化层。在该过程中，在氮化清除并同时活化轴颈表面以前，轴颈表面完成氟化物的形成，它可以使得轴颈表面形成的氮化层均匀且更深，由此硬且厚的氮化层在厚度上可以是均匀而且厚。

下面详细地描述本发明。

用于本发明氟化过程的含氟或氟化物的气体是一种惰性气体，如氮气中至少加有一种氟源组分，如NF₃、BF₃、CF₄、HF、SF₆、F₂。对实际应用而言，相对于反应和制造性能NF₃是最优越和适用的。

在根据本发明的制造方法中的氮化过程中，曲轴的轴颈（钢制的、如不锈钢、并且除了轴颈以外的其余部分被不硬化的介质包层包复）被置于如下述的在加热条件下的含氟或氟化物的气体环境，以在轴颈表面形成氮化层，例如当使用NF₃加热到250至400℃。接着使用已知的氮化气体，如氨进行氮化（或碳氮化）。氟来源组分，例如NF₃，在氟化气中的浓度例如是1000至100000ppm，20000至70000ppm更好，而最好是30000至50000ppm，曲轴置于含氟或氟化物气体中的时间根据曲轴的钢材种类，形状和尺寸，加热温度等可选择地设定，通常是几分钟或几十分钟。

本发明的制造方法将被进一步说明。如图4所示的钢制的并且除轴颈外其余部分被涂覆的曲轴22的轴颈22a被清洗，以脱去油脂，并如图1所示被放置在热处理炉1中。热处理炉1是一个坑炉，它具有一个外壳2，一个加热器3和一个安置在加热器3内的内桶4。该坑炉上插入一个气体导管5和一个排气管6。由钢瓶15，16来的气体经过一个流量计17和一个阀18及类似物送入气体导管5。坑炉中的气体被由电机7驱动的风扇8搅动。曲轴22被放在安装在坑炉内的金属容器11中，在图中，标示数13指示一个真空泵，14指示一个有毒物质分离器。含氟或氟化物的气体，如NF₃和N₂的混合气体被注入该炉并加热到预定的反应温度。NF₃在250℃至400℃时产生活化氟，使得轴颈22a表面的有机和无机杂物被去除，同时，产生的氟与轴颈22a表面的铁，铬的基质或氧化物，例如FeO、Fe₂O₃、Cr₂O₃以下述所示的反应式反应，这样，在轴颈22a表面上形成含有如FeF₂、FeF₃、CrF₂、CrF₄的成份的很薄的氟化层。