连杆脱碳原因分析及预防

2021-11-12姜喜峰杨航顾军许长林杨成忠一汽锻造吉林有限公司

锻造与冲压 2021年21期

文/姜喜峰，杨航，顾军，许长林，杨成忠·一汽锻造（吉林）有限公司

C70S6非调质钢连杆生产过程中易出现脱碳现象，脱碳层严重的连杆，大幅度降低了连杆的力学性能和使用寿命。本文通过对连杆生产过程的跟踪、试验、检测、分析和验证，得出脱碳形成的主要原因是棒料温度过高、加热时间过长、高温料箱内堆积、炉内长时间保温、多次加热，以及电加热炉急剧升温等。通过多措并举，同时改进，解决了长时间困扰我司的连杆脱碳问题。

连杆是汽车发动机的核心零件之一，其失效形式是疲劳断裂和变形。连杆要求具有较高的强度、抗疲劳性能、足够的刚性和韧性。锻造连杆材料主要是非调质钢，常见的锻造缺陷有脱碳、折纹、错差、切边拉痕、胀断掉渣等。本文仅针对锻造连杆的脱碳问题及解决方法进行阐述。脱碳大大降低了钢材的表面硬度、抗拉强度、耐磨性和疲劳极限。因此，客户对连杆半脱碳有严格的限制，不允许存在全脱碳缺陷，超出脱碳标准的连杆将被拒绝接收，脱碳严重的连杆易发生疲劳断裂。

问题描述

模锻生产连杆的工艺流程为：下料→加热→辊锻→预锻→终锻→切边→校正→控温冷却→清理。不同的连杆脱碳要求不同。用户A检测1004021A81D连杆的最大脱碳量为0.31mm，如图1所示，不符合≤0.3mm的技术要求。用户B检测1004021-77W连杆的最大脱碳量为0.30mm，参见图2，刚刚满足技术要求不大于0.3mm，可能有较大风险。按照用户要求整改。临时挽救措施是连杆全部经过抛光、强力喷丸，复检后合格。预防措施是控制生产过程，杜绝脱碳不合格。

图1 用户A检测81D连杆脱碳0.31毫米

图2 用户B检测77W连杆脱碳0.30毫米

试验过程

⑴试验1。甩出的C70S6材质、φ78mm高温棒料直接堆积在料箱内，参见图3。自然冷却后棒料表面脱碳严重，堆积在心部冷却最慢的棒料，经检测脱碳层高达到0.39～0.55mm，且存在全脱碳，如图4所示。

图3 高温棒料堆积在料箱内

图4 C70S6棒料脱碳0.49毫米

⑵试验2。将φ78mm棒料反复加热4次，每次加热前冷却至室温，不抛丸，则棒料脱碳层可以达到0.4毫米；每次加热前喷丸，则棒料脱碳0.2～0.25mm；随着加热次数增多，脱碳层深度变大。

⑶试验3。加热炉内棒料不推空，高温区棒料随炉冷却，第一次闷料后，φ78mm棒料脱碳深度为0.15～0.18毫米，每次闷料出现脱碳加剧，且存在全脱碳。

⑷试验4。经多次取样，检测连杆不同位置脱碳情况，凸起筋部脱碳层最深，见图5。

图5 工字梁凸起筋部脱碳层最深

⑸试验5。检测原材料脱碳，不同炉批号材料原始脱碳层深度不同，范围在0.05～0.35mm之间。

⑹试验6。表面无脱碳的削皮料在编号514电加热炉加热，经过一次加热后，φ78mm棒料脱碳层深度在0.13～0.30mm之间。采用表面无脱碳削皮料在该设备生产的连杆，脱碳层最深0.18mm。

⑺棒料加热参数。炉长4.0米，棒料每段长202mm，节拍19秒，炉内保温时间375秒，时间较长。加热升温急剧，棒料在炉内经过1.0米后，表面温度已超过1000℃，实际出料温度在1130～1150℃之间。

改进措施实施

制定改进措施

针对表1中的缺陷原因，制定好了改进措施，具体情况见表1。

表1 缺陷原因和制定措施

改进措施实施

改进前后对比，参见表2。

表2 改进前后对比

重点是新购置了棒料电加热炉，新炉体中间接缝密封完好，阻绝了空气进入，同时优化了加热参数，如图6所示。避免加热时间过长，避免棒料急剧升温，减少脱碳。连杆切边后迅速进入控温冷却输送带，参见图7，速冷区小于3分钟，迅速降温到700℃以下，减少高温脱碳时间。

图6 加热炉加热曲线

图7 控温冷却输送带

效果验证

以上措施完美地解决了困扰企业多年的连杆脱碳问题，对其他锻件的脱碳问题有很大借鉴作用，参见表3。

表3 连杆脱碳问题的解决

结束语

控制连杆用C70S6原材料的脱碳层不大于0.15mm，棒料选用削皮料。避免C70S6棒料温度过高，出料温度在1120～1150℃之间，1000℃加热时间不超过4分钟，杜绝甩出的高温棒料在箱内堆积，甩出高温棒料必须被迅速冷却。任何情况停工，炉内料全部清空，棒料经甩料传送带冷却。高温加热后的棒料在使用前经抛丸处理，加热三次的棒料应削皮后使用。采用新结构电加热炉，优化加热曲线，避免电加热炉急剧升温。连杆脱碳被彻底解决，满足连杆脱碳要求。