連桿是柴油機(jī)的五大部件之一。我廠生產(chǎn)的L195柴油機(jī)連桿采用45#鋼制造。其工藝過(guò)程包括鍛造、正火、粗加工、調(diào)質(zhì)、噴砂、矯直、精整和裝配。

為了保證連桿的使用性能，要求連桿具有高強(qiáng)度、良好的耐磨性、足夠的塑性、韌性和相應(yīng)的抗疲勞性。多年的實(shí)踐表明，調(diào)質(zhì)處理可以滿足上述要求。由于調(diào)質(zhì)處理可以細(xì)化晶粒，獲得均勻細(xì)小的球狀珠光體——回火索氏體，具有一定的分散性和綜合力學(xué)性能。

然而，在淬火和回火過(guò)程中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)裂紋，廢品率可達(dá)12%。裂紋位于小頭部、桿的側(cè)面和凹槽中的圓角處。為了保證連桿的質(zhì)量，從熱處理工藝和鋼材原材料的選擇方面進(jìn)行了以下分析。

1技術(shù)要求

(1)化學(xué)成分

c :0.42 ~ 0.50%;si :0.17 ~ 0.37%;Mn :0.50 ~ 0.80%;p0.04%;s0.04%;Cr0.25%;鎳0.25%

(2)力學(xué)性能HB 217 ~ 293

(3)金相組織為相對(duì)均勻的索氏體，允許少量鐵素體，呈斷續(xù)網(wǎng)狀分布。

2熱處理工藝參數(shù)的影響

2.1加熱溫度

45#鋼是一種低淬透性鋼，由于其高M(jìn)S點(diǎn)，淬火后的顯微組織應(yīng)力很高。而且淬火時(shí)片狀馬氏體也占了相當(dāng)大的數(shù)量，所以容易開(kāi)裂。熱處理不當(dāng)，容易產(chǎn)生裂紋。但是淬火開(kāi)裂的原因很多，過(guò)熱是主要原因之一，所以選擇淬火溫度很重要。

制定淬火加熱規(guī)范的主要依據(jù)是材料的AC3點(diǎn)溫度。我們把《熱處理手冊(cè)》中四區(qū)中碳鋼的AC3點(diǎn)連成一條曲線，即AC3線。選擇35鋼、40鋼、45鋼、50鋼和55鋼用5 ~ 10%鹽水加熱淬火，然后用金相法結(jié)合硬度值測(cè)定相應(yīng)鋼的AC3溫度2。碳含量從0.45%急劇下降到0.50%，低點(diǎn)在0.48% C，此時(shí)AC3約為750 ~ 760，而0.42%C鋼的ac3為780，因此45#鋼的碳含量在下限840淬火，而在上限840仍淬火，容易因過(guò)熱而產(chǎn)生淬火裂紋。{img02}

加熱溫度過(guò)低，奧氏體晶粒均勻性不好，部分鐵素體不能溶解在奧氏體中。淬火后獲得馬氏體和塊狀鐵素體的混合組織，硬度低，力學(xué)性能差，達(dá)不到淬火的目的。

從以上分析可以看出，同樣的45#鋼，由于批次不同，含碳量也不同。因此，淬火前應(yīng)分析45#鋼的成分，并根據(jù)其變化選擇合適的加熱溫度。我們把這種方法稱(chēng)為連桿淬火過(guò)程的后續(xù)分析。采用這種方法，連桿裂紋大大減少。

2.2保持時(shí)間

淬火是為了獲得均勻的顯微組織和所需的力學(xué)性能。除了嚴(yán)格控制加熱溫度外，正確確定保溫時(shí)間也是一個(gè)重要的問(wèn)題，這取決于工件的尺寸和形狀、鋼的化學(xué)成分、原始顯微組織和加載條件等。但應(yīng)選擇保溫時(shí)間以確保完成顯微組織轉(zhuǎn)變并使奧氏體成分均勻。所以保溫時(shí)間要足夠長(zhǎng)，保溫時(shí)間過(guò)短，奧氏體晶粒均勻化程度不好，影響淬火質(zhì)量。但保溫時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，否則零件表面氧化脫碳程度會(huì)增加，也會(huì)影響淬火質(zhì)量。實(shí)際生產(chǎn)中，連桿的保持時(shí)間為60 ~ 90分鐘。

2.3冷卻速度

熱處理過(guò)程有兩個(gè)重要組成部分，即加熱和冷卻。用于冷卻工件的冷卻介質(zhì)和冷卻方法對(duì)熱處理后的工件質(zhì)量起著重要作用。許多熱處理缺陷，如變形、開(kāi)裂、硬度不足等，往往是由于冷卻介質(zhì)和冷卻方法選擇不當(dāng)造成的。Th

只有當(dāng)冷卻速率大于臨界淬火速率時(shí)，才能獲得預(yù)期的馬氏體組織，即靠近C曲線鼻端的冷卻速率越大越好。但在MS點(diǎn)以下，為了減少馬氏體形成帶來(lái)的結(jié)構(gòu)應(yīng)力，希望冷卻會(huì)小一些，這是幾種淬火介質(zhì)的淬火冷卻曲線，其中A是理想的淬火冷卻曲線，既能保持工件淬火，又能造成過(guò)大的變形，減少淬火裂紋的發(fā)生。

在連桿的調(diào)質(zhì)處理中，選擇40的5 ~ 10%鹽水溶液。這種淬火介質(zhì)在機(jī)頭附近有較高的冷卻速度，完全符合理想要求。但200-300之間的冷卻速率較高(大于理想要求)，由于一些實(shí)際生產(chǎn)原因并未改變。這里建議用114淬火劑。

3原材料的影響

為了分析原材料的影響，我們首先回顧了淬透性的內(nèi)容。所謂鋼的淬透性是指鋼在加熱和奧氏體化后進(jìn)行淬火的能力。它表示淬火后從鋼的表面到中心的硬度分布。鋼的淬透性是鋼本身固有的性質(zhì)，它與鋼的化學(xué)成分、原始結(jié)構(gòu)、晶粒度和零件尺寸有關(guān)，但主要與鋼的化學(xué)成分有關(guān)。

鋼的淬透性已成為生產(chǎn)中選擇鋼材和制定工藝流程的主要依據(jù)之一。這是因?yàn)楫?dāng)鋼完全硬化時(shí)，它沿橫截面的性質(zhì)將是一致的。如果淬火時(shí)沒(méi)有完全硬化，從表面到中心，其性能會(huì)有所不同。但鋼的淬透性越大，轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的體積變化越大，即淬火時(shí)工件的變形和應(yīng)力越大。當(dāng)淬火應(yīng)力超過(guò)其斷裂極限時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生裂紋。

3.1化學(xué)成分的影響

我們生產(chǎn)的L195柴油機(jī)連桿是45#鋼，屬于碳素結(jié)構(gòu)鋼。實(shí)際生產(chǎn)中，化學(xué)成分偶爾超標(biāo)，主要元素是Si。Mn。合金元素對(duì)馬氏體的硬度和強(qiáng)度影響不大，合金元素對(duì)馬氏體的主要作用是明顯提高馬氏體的塑性。實(shí)踐表明，碳鋼馬氏體中碳的分布不均勻，會(huì)造成應(yīng)力分布不均勻，從而降低塑性。加入合金元素后，碳在馬氏體中的分布可以均勻化，從而提高塑性。然而，大多數(shù)合金元素(鉻。錳硅)只有在含量不超過(guò)一定限度時(shí)才增加馬氏體的塑性。超過(guò)極限后，馬氏體的均勻性降低，塑性和斷裂強(qiáng)度降低[1]。所以我們希望鋼中有合金元素，但不要太多。

是的。錳鉻鎳能提高鋼的淬透性，對(duì)淬透性的影響是錳。依次是鉻、硅、鎳。但鋼的淬透性越高，淬火開(kāi)裂的危險(xiǎn)越大，當(dāng)合金元素含量超過(guò)一定量時(shí)，鋼的淬透性就會(huì)降低。S.P是鋼中的有害雜質(zhì)，鋼中這兩種元素的含量應(yīng)盡可能降低。

3.2微觀結(jié)構(gòu)的影響

本文主要討論了晶粒度， 魏氏和帶狀組織對(duì)鋼的影響。

根據(jù)馬氏體的形成原理，微裂紋主要形成在粗大的馬氏體中，但當(dāng)馬氏體很細(xì)小時(shí)，微裂紋很少出現(xiàn)，細(xì)小的奧氏晶?？梢詼p少鋼的微裂紋。當(dāng)奧氏體相對(duì)均勻時(shí)，初始階段形成的馬氏體片長(zhǎng)度與奧氏體的晶粒尺寸有關(guān)，粗大的奧氏體晶粒形成粗大的馬氏體，容易促進(jìn)微裂紋的形成。

在生產(chǎn)中，我們要求連桿在淬火和回火前的預(yù)處理是正火，以便在淬火和回火前獲得相對(duì)均勻和細(xì)小的原始組織，減少甚至避免微裂紋的產(chǎn)生。

亞共析鋼中特殊分布的片狀鐵素體稱(chēng)為魏氏組織。魏氏組織及其伴生的粗晶組織會(huì)顯著降低鋼材的力學(xué)性能，特別是塑性和沖擊韌性，因此我們要求魏氏組織不應(yīng)大于2級(jí)。

另外，鋼中的帶狀組織、非金屬夾雜物等微觀缺陷是淬火裂紋的根源，在生產(chǎn)中連桿淬火回火前不宜有這些缺陷。

3.3宏觀缺陷的影響

該工藝要求纖維方向應(yīng)沿連桿中心線，并符合連桿縱截面宏觀結(jié)構(gòu)中的形狀，不應(yīng)有無(wú)序或間斷。但在實(shí)際生產(chǎn)中，很多連桿從桿的側(cè)面形成橫向裂紋，有這種裂紋的連桿有大量的刺。正常正火淬火后，落刺處纖維流向的紊亂和不連續(xù)無(wú)法消除。由此可見(jiàn)，淬火過(guò)程中應(yīng)力很大，出現(xiàn)裂紋。

瑟

連桿槽圓角要求為R5。但我們實(shí)際測(cè)試開(kāi)裂的連桿時(shí)，槽內(nèi)有裂紋的連桿圓角基本不符合要求，也就是說(shuō)型材槽內(nèi)沒(méi)有平滑過(guò)渡的圓角，產(chǎn)生很大的淬火應(yīng)力，淬火時(shí)容易產(chǎn)生淬火裂紋。這是因?yàn)橥獠砍叽缬绊戜摰拇阃感?。有棱角、無(wú)平滑過(guò)渡圓角的零件，淬火后淬火應(yīng)力增大，容易在槽內(nèi)圓角處開(kāi)裂。