何军
上海宁遥自动化有限公司 上海市 201499
摘要：曲轴材料的性能好坏，直接影响空调压缩机的运行可靠性。文章从曲轴材料的选用和技术要求出发，介绍了钢曲轴材料的性能测试，阐述了空调压缩机转轴摩擦磨损试验机的开发过程。
关键词：空调；压缩机；曲轴材料；性能测试；摩擦磨损试验机
在空调压缩机中，曲轴是核心部件，作用是将电机提供的动力传输至压缩机的滚动活塞上。压缩机运行时，曲轴会受到弯矩和扭矩作用，随着时间延长，曲轴本身就会发生摩擦和磨损，不仅降低了运行可靠性，也会缩短使用寿命。因此，曲轴加工生产时，对材料进行测试检验，有助于提高曲轴的使用性能，促使压缩机可靠运行。
1．曲轴材料的选用和技术要求
曲轴材料主要有调质钢、非调质钢、球墨铸铁三类。其中，调质钢的含碳量在0.3-0.6%之间，综合机械性能良好，保持高强度的同时，兼具一定的塑性和韧性。非调质钢是在碳锰钢的基础上加入钒、钛、铌微合金化元素，在热轧、锻造或正火状态下，其力学性能达到或接近调质钢，优点是生产周期缩短、节省了能源。球墨铸铁是一种高强度铸铁材料，用于强度、韧性、耐磨性要求较高的零件中，实现了“以铁代钢”。
曲轴材料生产加工时，技术要求主要是：①曲轴的偏心外径，对于圆柱度、圆度等公差要求严格；②中间主轴颈，对两端主轴颈的圆跳动公差要求严格；③连杆轴颈额主轴颈之间，对偏心距要求严格，加工时要注意回转平衡。
2．钢曲轴材料的性能测试
以42CrMoA钢曲轴为例，原材料是φ170mm的锻材，性能测试方法如下：
2.1 原料检验
第一，超声波探伤，然后截取头部、尾部试样，进行低倍检查，横向低倍检查要求一般偏析、中间疏松、锭型偏析均小于2级。
第二，淬透性试验。从坯料的R/2处取样，先加工成φ30mm的样坯，正火处理后，再加工成端淬试样，开展端淬试验。距端面距离为9mm时，硬度最小为50、最大为60；距端面距离为18mm时，硬度最小为43、最大为55。
第三，化学成分检查。标准如下：C含量在0.40%～0.45%之间，Si含量在0.17%～0.37%之间，Mn含量在0.5%～0.8%之间，S含量≤0.025%，P含量≤0.025%，Mo含量在0.15%～0.25%之间，Cr含量在0.9%～1.2%之间，Cu含量≤0.2%。
第四，力学性能检查。将坯料锻造为φ110mm×250mm的棒状材料，热吹后在R/2处取样，标准如下：σb为1080 N/mm2，σ0.2为930 N/mm2，δs为12%，φ为45%，Ak为63 J/mm2。
第五，显微组织评定。要求曲轴原材料的带状组织≤1级，也就是允许铁素体聚集，沿着变形方向取样，带状不明显。
第六，夹杂物评定。在坯料R/2处取样20mm×10mm，要求硫化物≤2，氧化物≤2，硅酸盐≤1，球状氧化物≤1，总和≤4.5。
2.2 半成品检验
曲轴经锻造和调质处理后，半成品检验项目如下：
第一，显微组织检查。曲轴的回火索氏体组织≤4级，同时要求非加工面的脱碳深度＜0.7mm。
第二，力学性能检查。各取两根拉伸试棒和冲击试样进行检查，标准如下：σb为≥800 N/mm2，σ0.2为≥640 N/mm2，δs≥14%，φ≥45%，Ak≥78 J/mm2，HB为251～298。
第三，化学成分检查，和原材料检查项目相同，不再重复描述。
2.3 成品检验
曲轴成品的检验，要求表面硬度≥600HV100，氮化层深度为0.33mm，脆性为2级。
3．空调压缩机转轴摩擦磨损试验机的开发过程
3.1 转轴工况
某型空调压缩机为例，转轴结构见图1，其中1是滑片，2是副轴承，3是气缸，4是滚动活塞，5是主轴承，6是转轴，7是副轴颈，8是偏心轴颈，9是主轴颈。分析可知，主/副轴承位于偏心轴颈两端，转轴和主轴承之间的运动副，在压缩机运行中的功耗和磨耗占比最大。对转轴外柱面的摩擦磨损特点探究时，因转轴是细杆状，通用试验机不匹配，必须制作专门的试验机。
.png)
3.3 荷载施加情况
该试验机是由加载总成完成载荷的施加，其中加载弹簧产生加载力。施加载荷的大小，不仅影响磨损量，也关系到试验耗时，并且要求和压缩机的实际工况匹配。由于转轴的磨损量很小，一般为微米级别，因此加载弹簧的长度变化有限，那么加载负荷的变化也很小。使用弹簧产生载荷，既能对试验载荷的施加量进行精细调整，又能减小试验机的尺寸。
.png)
最终确定试验机施加载荷值为290N，试验过程中转轴和轴套发生微米级磨损，需要时间5-7天，并且试验过程中转轴没有出现异常情况，说明转轴性能满足规范要求，可以用于空调的压缩机中，保证压缩机可靠运行。
4．结语
综上所述，空调压缩机中，曲轴是核心部件，材料主要有调质钢、非调质钢、球墨铸铁三种。文章以42CrMoA钢曲轴为例，介绍了原料、半成品和成品的性能测试方法和要求。针对某型空调压缩机，设计专门的试验机探究转轴的摩擦磨损特点，结果证实转轴性能满足规范要求。
参考文献：
[1]籍冬梅,吴涛.关于空调压缩机用曲轴加工工艺的研究[J].科学与财富,2018(30):174.
[2]王波,徐颖梅,赵东宏,等.双辉等离子涂层对机械曲轴耐磨耐蚀性能的影响[J].真空科学与技术学报,2021,41(3):241-247.
[3]祝文思.曲轴用材料组织与性能相关性研究[D].山东:山东大学,2012.
[4]吴波,王增全,宋海涛,等.应用应力-强度干涉的曲轴材料统型可靠性分析[J].现代制造工程,2017(6):141-144.