汽车连杆热锻模处理：寿命提升4～6倍，工艺对比表

2023-08-18 理论教育版权反馈

【摘要】：采用900℃淬火，可得到板条状马氏体，采用280～300℃等温淬火获得下贝氏体，再在500℃回火获得M＋B下复合组织，经过硼氮复合渗后连杆热锻模的寿命比常规处理高4～6倍。表8-28为5CrMnMo钢汽车连杆热锻模不同工艺处理后的模具寿命对比。

1.工作条件与技术要求

汽车发动机连杆锻模的尺寸为340mm×180mm×70mm（或600mm×500mm×325mm)，该锻模在25t的机械锻压机上工作，连杆的材料为40MnB等，其加热温度为1050～1200℃，因此锻模的型腔要承受巨大的冲击载荷和高温的作用，同时摩擦和热疲劳的作用也十分明显，还要承受流动的炽热金属与型腔表面的摩擦，以水基石墨液来作冷却润滑介质，型腔表面被反复加热和冷却，引起不均匀的热应力和热应变，即型腔表面受到冷热交替的作用。故该热锻模具应具有较高的硬度、良好的导热性、高的冲击韧度和高温强度等，同时要求型腔表面的耐蚀性、抗粘着能力强，在冲击力作用下基体无塌陷和变形，能够在较高的温度下正常工作，连杆锻模的失效形式为锻模型腔磨损、热疲劳裂纹、塌陷和断裂等。

2.材料的选用

根据连杆锻模的工作特点，制作模具的材料在工作温度下应具备要求的性能，从而满足加热连杆毛坯成形加工的要求。要求材料具有以下特点:较高的高温强度和硬度，耐磨性好、耐蚀性高，冲击韧度高，耐腐蚀和抗氧化，有良好的导热性。

考虑到上述技术要求，下列牌号的热作模具钢适于制作连杆锻模:5CrNiMo、5CrMnMo、3Cr2W8V、4Cr5MoSiV、4Cr3Mo3W4VNb、H13等，后两种材料为新型模具钢，本身具有高的热强性、热硬性、耐磨性、抗冷热疲劳性，同时有良好的锻造和切削加工性能，从热处理产品质量的过程控制角度来看，由于合金元素增多，形成的合金碳化物均匀分布，使该材料的淬火温度范围宽、过热敏感性小、淬透性高，因此使用寿命比5CrNiMo、5CrMnMo、3Cr2W8V等钢高2～6倍。

3.机械加工工艺流程

这里以4Cr5MoSiV钢为例介绍一般的机械加工路线:下料→锻造→退火→机械加工→热处理→磨加工→电脉冲加工→精修→检验→入库。

在制造过程中，毛坯锻造成形是十分关键的一个环节，该工序将大块的碳化物和网状碳化物打碎及消除成分偏析，使成分均匀、性能稳定。

锻打后的退火是进行组织转变的重点工序，通过普通退火可细化晶粒、降低硬度、改变切削加工性，为最终的热处理做好组织上的准备等。退火工艺为830～850℃保温4～6h，炉冷至500℃出炉空冷，整体硬度≤255HBW。

4.锻模的热处理工艺

（1)技术要求整体硬度为39～44HRC；直线度和平面度不大于0.02mm，平行度和垂直度不大于0.05mm。碳氮共渗后进行热处理，共渗层深度应为0.5～0.8mm，型腔硬度为48～52HRC，心部硬度为43～46HRC。

（2)4Cr5MoSiV钢汽车连杆锻模的热处理工艺（图8-23)

图8-23 4Cr5MoSiV钢汽车连杆锻模的热处理工艺（盐浴炉加热）

4Cr5MoSiV钢制作的汽车连杆锻模，有较好的高温强度和耐热疲劳性能，处理后的硬度为39～44HRC。

（3)5CrNiMo钢汽车连杆锻模的热处理工艺（图8-24)

（4)5CrMnMo钢汽车连杆热锻模的热处理工艺（图8-25)

图8-24 5CrNiMo钢汽车连杆锻模的热处理工艺（箱式炉加热）

图8-25 5CrMnMo钢汽车连杆热锻模的热处理工艺

（5)5CrMnMo钢汽车连杆热锻模的表面改性为了提高热锻模的使用寿命，对5CrMnMo钢连杆热锻模进行900℃渗碳、870℃碳氮共渗、820℃淬火处理，油冷至200℃提出空冷，在50℃保温一定时间，最后进行中温回火处理。

对5CrMnMo钢汽车连杆热锻模进行硼氮复合渗，获得单一Fe₂ B，由于氮的渗入，改变了相的成分，减小了渗层脆性，提高了渗层断裂强度、塑性与韧性。采用900℃淬火，可得到板条状马氏体，采用280～300℃等温淬火获得下贝氏体，再在500℃回火获得M＋B_下复合组织，经过硼氮复合渗后连杆热锻模的寿命比常规处理高4～6倍。表8-28为5CrMnMo钢汽车连杆热锻模不同工艺处理后的模具寿命对比。

表8-285CrMnMo钢汽车连杆热锻模不同工艺处理后的模具寿命对比

5.热处理工艺分析与操作要点

1)对热锻模而言，对厚薄悬殊和有尖角的部位加以保护，可采用缠绕石棉绳和铁皮等方法，防止在锻模淬火时因这些部位冷却快而开裂。

2)为防止模面在加热时氧化脱碳，一般在真空炉或可控气氛炉内加热，不具备条件的可采用箱式电阻炉木炭封箱加热，保持模具表面的原始状态，否则将严重影响锻模的使用寿命，出现早期的失效。

3)为减少大型模具的淬火变形和防止开裂，5CrNiMo锻模要预冷到780℃左右，然后淬油冷却，200℃出油（冒烟而不起火)淬火后的硬度在45HRC以上。

4)锻模以多次回火为宜，以消除组织转变的应力，将残留奥氏体转变为回火马氏体组织，起到稳定组织和锻模尺寸的作用。

5)资料介绍，4Cr5MoSiV钢与5CrNiMo钢制作的汽车连杆锻模的使用寿命分别为10000件和4000～5000件，由此可知4Cr5MoSiV钢制造锻模的使用寿命更高。

6)资料推荐，将材料为5CrNiMo钢的锻模的淬火温度自840～860℃提高到900℃，在500℃回火，得到单一的板条状马氏体，可防止模具的早期脆裂，而常规工艺得到的组织为片状马氏体＋板条状马氏体，另外进行复合处理，可提高冲击韧度和使用寿命，即160～180℃分级冷却＋280～300℃等温回火2～3h。

7)对连杆热锻模的热处理工艺进行改进，即适当提高淬火温度与采用等温淬火有利于提高连杆热锻模的韧性，局部稀土硼共渗可以明显提高热锻模的耐磨性和使用寿命。

汽车连杆热锻模处理：寿命提升4～6倍，工艺对比表

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