连杆调质处理工艺规范与热处理缺陷补救措施

2023-08-18 理论教育版权反馈

【摘要】：表2-15为常见碳素钢、合金结构钢连杆调质处理工艺规范。表2-17常见连杆材料喷丸强化工艺参数注:0.18C表示C型标准试样的测量弧高为0.18mm。表2-1840、40Cr、40MnB钢连杆的热处理质量检验项目（续)5.连杆的常见热处理缺陷和补救措施表2-19连杆的常见热处理缺陷和补救措施

1.工作条件和技术要求

汽车发动机连杆（图2-8)将活塞和曲轴连接起来，小头与活塞一起作往复运动，把作用于活塞顶部端面的膨胀气体压力传递给曲轴，将活塞的往复直线运动变为曲轴的旋转运动，连杆在工作过程中将活塞受到的气体压力传递给曲轴，再由曲轴转变成输出的转矩。连杆的大头和曲轴一起作旋转运动，而杆身作十分复杂的平面摆动等，因此连杆在工作过程中会受到交变的拉应力和弯应力作用，同时承受急剧变化的动载荷的冲击，其受力方式十分复杂，整个截面都要承受均匀的拉应力、压应力以及脉动交变应力的作用。因此要求其所用材料具有良好的综合力学性能。

综上所述，连杆在工作过程中受到压缩、拉伸、弯曲和冲击交变载荷作用。因此，和活塞一样，要求连杆质量轻，具有足够的刚度和强度、高的疲劳强度和冲击韧度等，否则连杆螺栓、杆身的大端盖将发生断裂，造成发动机的损坏。作为发动机容易损坏的零件，其损坏形式为断裂，疲劳断裂发生在连杆的三个高应力作用区，即大头与杆身和小头与杆身的过渡区（在螺栓孔附近)以及杆身中间。断裂与原材料缺陷、锻造折叠及淬火裂纹等造成的失效有关。

图2-8 汽车发动机连杆

1—衬套 2—小头 3—杆身 4—螺栓 5—大头 6—轴瓦 7—轴承盖 8、9—止口

2.材料的选用

根据连杆的工作条件和技术要求，连杆调质处理后的显微组织应为均匀、细小的索氏体，为确保连杆既具有足够的强度，又获得较高的韧性以及优良的抗疲劳性能，不得有片状铁素体和非金属夹杂物。最后需进行强化喷丸处理。对于非调质钢可采用铁素体-珠光体钢制造汽车曲轴和连杆工艺，如35VS、35MnV、35MnVS、40MnV以及43MnS等。目前国外汽车公司在赛车上使用钛合金连杆，具有强度更高和质量更轻的特点，减轻了质量且提高了使用寿命。

根据连杆的工作环境的具体要求，连杆通常采用中碳钢或合金钢模锻或辊锻而成，常见的材料有40、45、50、45Mn2、40Cr、35CrMo、42CrMo等，也有少数采用稀土-镁球墨铸铁制造的连杆。

3.连杆的热处理

目前连杆的生产厂家利用锻造余热进行淬火和回火，以此来取代调质工艺，但应注意回火后的连杆在热校直后，仍要进行低温回火处理。

连杆的热处理技术要求为:花键与杆部硬度为37～44HRC，盘外圆硬度为24～34HRC。常见连杆常用材料的预备热处理技术要求见表2-14。

表2-14连杆常用材料的预备热处理技术要求

（1)调质处理连杆经调质处理后可获得良好的力学性能，降低了硬度，改善了切削加工性，细化了晶粒，为最终热处理做好了组织准备。表2-15为常见碳素钢、合金结构钢连杆调质处理工艺规范。

表2-15常见碳素钢、合金结构钢连杆调质处理工艺规范

（续)

（2)利用锻造余热进行连杆的淬火和回火该工艺具有可简化程序、节省能源、改善切削加工性、提高力学性能的优点。资料介绍，40Cr和45钢连杆分别利用余热淬火和回火，与调质处理的力学性能相比，抗拉强度、断面收缩率、冲击韧度和硬度均有提高，二者的工艺和力学性能比较见表2-16。一般碳的质量分数为0.40％～0.55％的中碳钢锻件均可采用余热淬火。

表2-1640Cr和45钢连杆锻造余热淬火工艺与一般调质处理的工艺和力学性能比较

（3)连杆的喷丸强化处理连杆经调质处理后，硬度为228～269HBW，连杆经过喷丸处理后，表层会产生一定的塑性变形，这将使晶体的点阵发生畸变，表层形成高密度的位错缠结，从而使表层得到了强化。采用喷丸强化处理后，连杆表面的残留压应力增大，表面硬度得到了明显提高，如45钢的压应力增大到－350MPa时，其疲劳寿命从48万次提高到190万次以上，即使用寿命约提高到原来的4倍。可见对连杆进行喷丸强化后，明显提高了疲劳强度、使用寿命、抗弯强度等。表2-17为常见连杆材料喷丸强化工艺参数。另外对连杆进行滚压加工也不失为一种良好的强化工艺措施，既可消除切削加工的痕迹，又可使槽的几何尺寸和形状精确，提高了连杆的疲劳寿命。

表2-17常见连杆材料喷丸强化工艺参数