涨断连杆锻造热处理工艺应用实践

文／岳海军·南宫市精强连杆有限公司

众所周知，连杆是发动机的关键零部件，在发动机运行过程中，承受着较复杂的交变应力，因此，连杆除了要有较好的锻造性能、热处理稳定性、加工性能、疲劳性能外，还要有良好的机械性能、可涨断性等。随着发动机的工作条件越来越苛刻，对连杆的可装配性也有了更高的要求。如何满足以上要求，材料工作者做了大量的工作，逐渐将原来的平切连杆(材料为调质钢，如45#、40Cr、42CrMo等)升级为涨断连杆(材料为非调质钢，如C70S6、70MnVS4、36MnVS4、46MnVS5等)，涨断连杆工艺不但减少了生产工序、降低了生产成本、提高了生产效率和产品质量，连杆材料和结构的变化也给企业生产带来了很多便利。

当然，涨断连杆对锻造工艺、热处理工艺提出了很大的挑战和更高的要求。以46MnVS5材料为例，本文对涨断非调质钢的锻造工艺、热处理工艺、常见的缺陷(连杆涨断掉渣)进行介绍。

试验情况

某发动机连杆的毛坯重量为845克，连杆中心距为145.2mm。某钢厂46MnVS5材料的化学成份见表1。

连杆锻件的技术要求：硬度为290～350HB，抗拉强度Rm≥1000MPa，伸长率A≥8%，屈服强度ReL≥700MPa，断面收缩率Z≥20%，金相组织为珠光体＋铁素体，其中铁素体含量不超过35%，晶粒度高于5级，连杆涨断面符合要求。

46MnVS5材料已经在主机厂广泛应用，且效果良好，但在实际生产过程中，也会遇到很多问题，如连杆的硬度不合格，硬度不均匀、铁素体含量偏高、涨断效果不佳、涨断掉渣多等问题，给生产效率的提高和产品成本的降低带来不少的麻烦。为了解决这些问题，我公司按照锻造工艺原理和非调质钢(涨断材料)的特点，制定了试验方案，其中，锻造工艺为加热→辊锻→模锻→切边→控冷处理，加热规范如表2所示。

表1 46MnVS5材料的化学成分

表2 加热规范

试验结果

按照GB/T 6394-2017《金属平均晶粒度测定方法》，采用蔡司显微镜对锻造后的试样进行检验，并记录检验结果。

⑴方案1。试样金相组织为珠光体＋铁素体(图1)，晶粒度为5级，铁素体含量为9%，硬度分别为346HB、342HB、344HB、344HB、346HB、328HB、333HB、344HB，机械性能满足要求，连杆涨断面涨断掉渣率为2‰。

⑵方案2。试样金相组织为珠光体＋铁素体(图2)，晶粒度为5～6级，铁素体含量为12%，硬度分别为344HB、337HB、328HB、337HB、330HB、337H B、321HB、342HB，机械性能满足要求，连杆涨断面涨断掉渣率为0‰。

图1 方案1

图2 方案2

图3 方案3

⑶方案3。试样金相组织为珠光体＋铁素体(图3)，晶粒度为7～8级，铁素体含量为28%，硬度分别为298HB、295HB、313HB、321HB、324HB、295H B、313HB、308HB，机械性能满足要求，连杆涨断面涨断掉渣率为3‰。

⑷方案4。试样金相组织为珠光体＋铁素体(图4)、晶粒度为7～8级，铁素体含量为33%，硬度分别为298HB、302HB、295HB、306HB、311HB、313H B、298HB、290HB，机械性能满足要求，连杆涨断面涨断掉渣率为2‰。

图4 方案4

⑸方案5。试样金相组织为珠光体＋铁素体、晶粒度为7级，铁素体含量为42%，硬度分别为321HB、323HB、298HB、295HB、302HB、306HB、333HB、327HB，机械性能满足要求，连杆涨断面涨断掉渣率为3‰。

⑹方案6。试样金相组织为珠光体＋铁素体、晶粒度7级，铁素体含量为44%，硬度分别为306HB、321HB、307HB、313HB、321HB、303HB、298HB、295HB、295HB，机械性能满足要求，连杆涨断面涨断掉渣率为4‰。

在以上方案中，方案6效果最差，方案2效果最佳。我们相信，在以上最佳方案的基础上，还能对连杆材料的化学成分、锻造工艺方案进行不断优化，达到逐渐降低连杆涨断废品率、提高产品质量的目的。

结束语

总之，原材料的质量、化学成分的最佳匹配、锻造工艺、热处理工艺对连杆的机械性能、涨断效果起着关键性作用。通过以上试验发现，要想做出高品质连杆，除了材料自身的品质、均匀性、批次的稳定性之外，还要有良好的锻造及锻后热处理工艺，才能达到理想的效果，这也是国内零部件企业不断追求的目标。我们应该在理论指导下，大胆地创新工艺，不断积累数据，从而找到最佳方案。