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柴油机连杆调质工艺的研究 |
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作者：沈阳工业大学 王延和 葛景岩 郭晓光 |
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摘要：提出了一套柴油机连杆调质处理的新工艺，使连杆在没有显微裂纹的情况下得到合适的显微组织和硬度。
关键词：柴油机连杆；调质处理；硬度；显微组织
连杆是柴油机的重要部件，不但要有高的抗拉、压强度和高的疲劳强度，而且要有足够的刚性和韧性。连杆的损坏形式主要是疲劳断裂，常发生在连杆的3个高应力区，如图1中a、b、c区。通常连杆是以调质状态在发动机里服役，其寿命首先取决于调质工艺质量，即它的金相必须是1～4级晶粒度的细的回火索氏体(可有少量托氏体和极少量铁素体)；其次，是硬度应在HB207～289(因不同柴油机型号而异)；第三，应经磁力探伤确保无裂纹(JBIT6722-93)。
图1 柴油机连杆示意图
通过探索、研究、试验，作者制定了一套连杆调质新工艺，经过几年的生产实践，处理了各种规格型号的连杆如S195、D175、R180、ZH1105等十几个品种数百万件。
1 工艺
1.1 产品名称、规格、材料
以S195柴油机连杆为主要研究对象，见图1。其材料为GB699—35中规定的45号钢。
1.2 设备
采用哈尔滨松江电炉厂生产的HL-270震底式热处理生产线进行调质生产，淬火炉功率105kW，每小时生产量250kg。
1.3 工艺试验
对加热温度、加热时间、淬火介质进行了一系列试验，结果见表1。最后确定图2所示现行工艺。
表1 淬火介质试验结果
工艺 介质温度℃ 淬火温度℃ 淬火硬度/HRc 金相组织(回火后) 开裂比例
10%～15%NaCl ＜50 830 850 840 47～55 1～4级 15%
比重1.4～1.45的CaCl2 ＜50 830 850 840 38～45 4～6级 2%
比重1.25～1.28的CaCl2 ＜50 830 850 840 48～56 1～4级 2%
比重1.20～1.28的Cacl2 ＜50 830 850 840 50～58 1～4级 5.2%
*冷却介质为比重1.25～1.28的CaCl2水溶液
图2 试验用热处理工艺
2 分析讨论
2.1 关于淬火介质的确定
我们选择比重为1.25～1.28的CaCl2水溶液作为淬火介质，这是因为和几种常用的介质相比较，CaCl2水溶液的冷却速度适中，既能达到金相组织的要求，开裂又较少，价格较便宜，配制、管理、调节方便，性能稳定。据有关资料介绍，CaCl2应在饱和状态使用，但我们实验的结果表明， 比重在1.25～1.28时较好。另据资料介绍，CaCl2的使用温度在20～70℃，本实验表明一般不能超过50℃，否则很难达到金相组织和硬度的要求。
在开始使用比重1.25～1.28的CaCl2介质时经金相检验发现，99%的视场都在1～4级范围。但在图1d处有时超过5级成网状铁素体；同时发现在图1e处(锻件为不通孔)出现裂纹，严重的甚至整个一圈都掉了。经分析认为这两种情况是冷却速度在各个部位不一致所致。于是我们在介质槽中安装了搅拌机、循环泵，使连杆各部位冷却速度趋于一致，使金相也达到要求，开裂情况大为减少。
2.2 关于淬火加热温度和时间的确定
一般淬火温度超过860℃则开裂倾向增加，若温度太低或加热时间过短易发生硬度不足的情况，也可能出现未溶解的块状铁素体，所以一般选择在830～850℃，由于淬火炉分三个加热区，所以我们采用了“低、高、低”的三段温度，即第一、二、三区分别为830℃、850℃、840℃，这样既保证了铁素体完全溶解，又不致造成开裂。
加热时间据S195的有效厚度定为40～50min。
2.3 回火温度、时间的选择
回火温度的选择主要依据产品的具体调质硬度以及淬火抽查的硬度而定，一般在500～600℃。回火一要及时，二要充分，一般回火时间在自然介质加热的情况下定为60～90min。若回火不及时或不充分，则可能造成开裂。我们曾发现回火时间过短的连杆，当时经磁力探伤未发现裂纹，而几天后再探伤却出现了裂纹，所以回火虽然和金相组织无直接关系，但对于硬度、开裂影响很大，应予以重视。
2.4 非工艺因素的影响
使用中发现有些非工艺因素影响金相、硬度和开裂情况，如曾发现数批钢材(其中最大一批达170t)不合格，锻打时已开裂，因没有中间磁力探伤而未及时发现，致使调质后大批开裂。另外，C含量波动范围较大，也给工艺执行带来麻烦，有时会因C量过低而达不到金相组织的要求，有时又因C量过高而造成开裂。还曾发现因频繁停炉，造成大批产品焖在炉子里引起开裂、脱C。
3 结论
(1)上述工艺经5年应用，证明是可靠的。
(2)应对钢材进行顶锻试验，严把质量关，有效地降低非工艺因素的次品。
(3)应加强设备维修，仪器仪表要定期检测避免因频繁停炉造成产品损失。
(end)
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(6/2/2004) |
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