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图 1 图 ２
热加工
2006年 第9期11
www.machinist 热处理及表面工程专辑
曲轴作为内燃机中的最重要的零件之一，它的使
用寿命往往决定了内燃机的使用寿命。1920年美国克拉
化，大大提高了曲轴的耐磨性，从而提高了内燃机的工
作寿命（当时主要问题是曲轴硬度低、耐磨性差)。
近几十年来，曲轴的疲劳断裂问题又突显出来，
而且疲劳源多发生在连杆轴颈曲柄内侧的圆角处，为此
许多厂家提出了提高曲轴疲劳强度的要求。提高曲轴疲
劳强度的关键是提高曲轴圆角的残余压应力。曲轴圆角
（含轴颈）的感应淬火是使圆角获得>600M P a巨大残余
压应力的首选方法。日本某一公司曾对内燃机曲轴进行
了系列的弯曲疲劳实验，实验证明圆角感应淬火曲轴有
最高的疲劳强度（996M P a），圆角滚压曲轴疲劳强度
为次（890M P a），氮化曲轴第三（720M P a）。美国公
发动机曲轴司也有相近的数据。
曲轴圆角淬火一般要使用“半圈感应器”淬火，
也称依洛森（Elotherm）淬火法。它是将感应器扣在轴
颈上，曲轴在旋转中进行加热和喷水淬火（也有在曲轴
轴颈加热到淬火温度后，翻入水池中进行冷却淬火）。
这种方法不仅方便了曲轴进出感应器，简化了淬火机床
的动作，同时也解决了用传统的分合式感应器淬火所经
常出现的油孔裂纹、硬化区域宽窄不均、硬化层厚度不
均和变形大等问题。业内人士普遍认为依洛森淬火法是
曲轴感应淬火技术的一大进步。有资料表明，曲轴轴颈
感应淬火可将发动机寿命提高到8000h，而轴颈及圆角
感应淬火可使发动机寿命提高到10000h。
实现圆角淬火必须解决的关键技术是功率分配技
术。曲轴“半圈感应器”淬火涉及到许多技术，例如变
频电源、淬火机床及感应器等，这些技术也很重要，在
我国80年代初期已初步得到解决。
记得当年，在进行曲轴圆角淬火工艺研究时，我
们曾遇到了这样的难题：曲轴的连杆轴颈用半圈感应器
加热时，当曲柄内侧圆角刚刚达到淬火温度的时候，连
曲轴圆角淬火技术
上海恒精机电设备有限公司 林信智 刘又红
杆轴颈外侧的轴肩已经熔化，究其原因是曲轴的结构造
成的。连杆轴颈的圆角周边的质量环境有很大差异，在
曲柄内侧的圆角里面“肉厚”，有较大的热容量，在圆
角表面达到淬火温度的同时也有一定的热量传导到里面
去了；而其反方向因圆角里面“肉薄”，热容量自然要
小些，当圆角表面达到淬火温度的时候，有同样多的热
量向里面传导，但因为“肉薄”，容纳热量的材料质量
少，而轴肩处是“半岛”形状，其里面能够接受传导来
的热量的体积有限，于是产生了热量聚积，致使轴肩熔
化。
显然，要完好地进行曲轴圆角的淬火加热，曲柄
内侧和曲柄外侧的加热功率应该是变化的，即曲柄内侧
功率要大，曲柄外侧功率要小，这一技术被称为功率分
配技术。可惜当时我国还没有这种技术。
上海恒精机电设备有限公司在20世纪90年代中期
率先开发成功这一技术，并成功地用于大小曲轴的圆角
淬火。该技术是在曲柄内侧加热时提供100%的功率，
在曲柄外侧加热时提供60%（或70%）的功率，并且随
着曲轴的转动，每转15°增加（或减小）一定量的功率。
公司近年来销售十几套曲轴淬火设备，每年生产
曲轴几百万件，其中绝大部分中小型曲轴出口到美国。
下面介绍几种曲轴圆角淬火实例：
图1是重型汽车的发动机曲轴连杆轴颈淬火层分布
图形（轴颈长度41.6m m，φ71.5m m)；图2是通用发动
机曲轴连杆轴颈的淬火层分布图形(轴颈长度26.6m m，
直径φ40.4m m)；图3是通用发动机曲轴连杆轴颈的淬
火层分布图形（轴颈长度22m m，φ28.8m m)；图4是通
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热
用发动机曲轴连杆轴颈的淬火层分布图形（轴颈长度16.9mm，φ
18.8mm)。
在节能、节材、环保等理念成为人们共识的今
天，几乎所有内燃机的生产厂家都在追求产品的小型化、轻量化、长寿命化，曲轴圆角技术为这一目标的实现提供了强有力地技术支持。应该说曲轴圆角淬火技术的市场前景是远大的。
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