哈工大熱處理原理及工藝大作業(yè)-汽車連桿熱處理

1、汽車連桿熱處理工藝設(shè)計(jì)汽車連桿熱處理工藝設(shè)計(jì)孫博謙 孟凡 李博 紀(jì)元?jiǎng)P 于匯灃 目錄目錄1.連桿服役條件、失效方式及性能要求連桿服役條件、失效方式及性能要求2.常用材料分類及材料選擇常用材料分類及材料選擇3.機(jī)械加工及熱處理工藝機(jī)械加工及熱處理工藝4.質(zhì)量檢查質(zhì)量檢查5.常見熱處理缺陷及解決方法常見熱處理缺陷及解決方法1.1 連桿用途及服役條件連桿用途及服役條件l連桿是連桿機(jī)構(gòu)中兩端分別與主動(dòng)和從動(dòng)構(gòu)件鉸接以傳遞運(yùn)動(dòng)和力的桿件。l連桿是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的重要零件，它連接著活塞和曲軸，其作用是將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并把作用在活塞上的力傳給曲軸以輸出功率。 承受燃燒室燃?xì)猱a(chǎn)生的壓力以及

2、縱向和橫向的慣性力。 連桿在一個(gè)復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)下工作。它既受交變的拉壓應(yīng)力、又受彎曲應(yīng)力。 連桿負(fù)載種類為疲勞沖擊。1.1 連桿用途及服役條件連桿用途及服役條件高強(qiáng)度和抗疲勞性能足夠的剛度與韌性1.2 性能要求及失效形式性能要求及失效形式 連桿的主要失效方式是疲勞斷裂和過(guò)量變形。 幾乎連桿所有部位都有可能出現(xiàn)斷裂，通常疲勞斷裂的部位是在連桿上的高應(yīng)力區(qū)域。2.1 常用材料分類常用材料分類碳素調(diào)質(zhì)鋼碳素調(diào)質(zhì)鋼和合金調(diào)質(zhì)鋼合金調(diào)質(zhì)鋼是連桿用鋼的傳統(tǒng)鋼種。由于最終的力學(xué)性能是通過(guò)調(diào)質(zhì)處理控制的，因此調(diào)質(zhì)鋼連桿的性能穩(wěn)定，綜合力學(xué)性能好。非調(diào)質(zhì)鋼非調(diào)質(zhì)鋼是在中碳鋼的基礎(chǔ)上添加釩、鈦、鈮等微合金元素，通

3、過(guò)控制軋制或控制鍛造過(guò)程的冷卻速度，使其在基體組織中彌散析出碳、氮的化合物使其得到強(qiáng)化。粉末燒結(jié)鍛造粉末燒結(jié)鍛造工藝通過(guò)鍛造提高粉坯的強(qiáng)度，二是通過(guò)添加合金元素，使粉末鍛造連桿具有足夠的淬透性，保證熱處理后零件的質(zhì)量。鈦合金鈦合金制造發(fā)動(dòng)機(jī)連桿主要考慮的是輕量化，金屬鈦的密度僅為鋼鐵材料的58，因此用鈦合金制造汽車發(fā)動(dòng)機(jī)連桿，可大幅度地降低連桿的質(zhì)量。2.2 連桿材料選擇連桿材料選擇l 碳素調(diào)質(zhì)鋼和合金調(diào)質(zhì)鋼是連桿用鋼的傳統(tǒng)鋼種，一般可采用40Cr，35CrMo，45#制造連桿。l 一般合金調(diào)制鋼比碳素調(diào)制鋼具有更好的強(qiáng)度和韌性。l Cr能夠提高鋼的淬透性，并保證機(jī)械零件良好的綜合力學(xué)性能。M

4、o在CrMo鋼中能降低固溶體的分解速度和淬火臨界冷卻速度。CrMo鋼和Cr鋼相比，過(guò)熱和晶粒粗化敏感性小，鋼的強(qiáng)韌性好，淬透性和回火穩(wěn)定性高，35CrMo調(diào)質(zhì)鋼的油淬臨界淬火直徑為40-60mm，完全滿足連桿的制造，并能消除Cr鋼對(duì)于回火脆性的敏感性。l 為了制造性能更好的連桿，我們最終選擇35CrMo作為連桿材料。3.機(jī)械加工及熱處理工藝機(jī)械加工及熱處理工藝 下料下料鍛造鍛造（模鍛） 預(yù)備熱處理預(yù)備熱處理（完全退火）粗加工粗加工最終熱處理最終熱處理（淬火+高溫回火）噴丸噴丸+ +精加工精加工3.1 機(jī)械加工機(jī)械加工1）兩端面：粗銑、精銑、粗磨、精磨；2）小頭孔：鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、精鏜、壓入襯

5、套后再精鏜；3）大頭孔：擴(kuò)孔、粗鏜、半精鏜、精鏜、金剛鏜、珩磨。3.1 熱處理工藝熱處理工藝-完全退火完全退火加熱方式加熱方式保溫溫度保溫溫度保溫時(shí)間保溫時(shí)間冷卻方式冷卻方式完全退火100/h-200/h780-8004-5h100/h3.1 熱處理工藝熱處理工藝-完全退火完全退火原始組織原始組織鐵素體+珠光體HRC=30退火組織退火組織珠光體+鐵素體HRC=223.2 熱處理工藝熱處理工藝-淬火淬火+高溫回火高溫回火加熱方式加熱方式保溫溫度保溫溫度保溫時(shí)間保溫時(shí)間冷卻方式冷卻方式淬火100/h-200/h830-85040-90min油淬3.2 熱處理工藝熱處理工藝-淬火淬火+高溫回火高溫回

6、火加熱方式加熱方式保溫溫度保溫溫度保溫時(shí)間保溫時(shí)間冷卻方式冷卻方式高溫回火100/h-200/h500-5501-1.5h油冷3.2 熱處理工藝熱處理工藝-淬火淬火+高溫回火高溫回火淬火組織淬火組織殘余奧氏體+隱晶馬氏體+碳化物HRC=52回火組織回火組織粒狀回火索氏體HRC=37-451.外部形貌檢查外部形貌檢查檢查工件表面有無(wú)腐蝕或氧化皮。不得有裂紋及碰傷，表面不得有銹蝕。2. 工件變形檢查工件變形檢查根據(jù)圖樣技術(shù)要求檢查工件的撓曲變形，尺寸及幾何形狀的變化。3. 顯微組織檢查顯微組織檢查按技術(shù)要求及標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢查淬硬層的顯微組織：殘留奧氏體數(shù)目，有無(wú)反常組織，心部組織是否粗大及鐵素體是否超

7、出技術(shù)要求等。4. 硬度檢查硬度檢查在退火后，淬火后，回火后都進(jìn)行相應(yīng)硬度的測(cè)定，以保證工件最終熱處理后硬度達(dá)到要求。5. 力學(xué)性能指標(biāo)測(cè)定力學(xué)性能指標(biāo)測(cè)定在最終精加工完成后，對(duì)連桿的各個(gè)力學(xué)性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定。4 質(zhì)量檢查質(zhì)量檢查過(guò)熱和過(guò)燒過(guò)熱和過(guò)燒由于加熱溫度太高或保溫時(shí)間太長(zhǎng)晶粒粗大的現(xiàn)象稱為過(guò)熱。預(yù)防措施為控制加熱溫度和保溫時(shí)間，防止過(guò)熱發(fā)生。對(duì)于已經(jīng)發(fā)生過(guò)熱的工件，可以通過(guò)多重?zé)崽幚韥?lái)細(xì)化晶粒。由于加熱溫度過(guò)高，出現(xiàn)晶界氧化或者晶界局部熔化的現(xiàn)象稱為過(guò)燒，出現(xiàn)過(guò)燒的工件直接報(bào)廢。2. 2. 淬火裂紋淬火裂紋零件在淬火冷卻過(guò)程當(dāng)中因內(nèi)應(yīng)力所形成的裂紋稱淬火裂紋。預(yù)防措施為：控制淬火溫度不

8、宜太高并且用適當(dāng)?shù)睦鋮s介質(zhì)控制冷速等方法來(lái)降低內(nèi)應(yīng)力。淬火裂紋一旦產(chǎn)生，工件報(bào)廢。3. 脫碳組織脫碳組織溫度過(guò)高，易出現(xiàn)脫碳現(xiàn)象。表面脫碳不是很嚴(yán)重時(shí)可以通過(guò)適當(dāng)滲碳工藝進(jìn)行補(bǔ)救。5 常見熱處理缺陷及解決方法常見熱處理缺陷及解決方法4. 4. 熱處理變形熱處理變形 零件在熱處理時(shí)，存在有熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，變形不可避免。有效控制變形的方法應(yīng)該根據(jù)具體工藝具體考慮（主要考慮如何控制組織應(yīng)力和熱應(yīng)力）。5. 5. 軟點(diǎn)軟點(diǎn) 工件表面有氧化皮及污垢等；淬火介質(zhì)中有雜質(zhì)；淬火冷卻介質(zhì)攪動(dòng)不夠，沒(méi)有及時(shí)趕走工件處形成的氣泡；淬火前原始組織不均勻均可能造成軟點(diǎn)。對(duì)于前三種情況，可以進(jìn)行一次回火，再次加熱，在恰當(dāng)?shù)睦鋮s介質(zhì)和冷卻方法的條件下淬火補(bǔ)救。對(duì)于最后一種情況，一旦出現(xiàn)缺陷，難以補(bǔ)救。6. 6. 回火缺陷回火缺陷 常見的回火缺陷有硬度不均勻，回火產(chǎn)生變形及脆性等。要避免回火后變形，采用多次校直多次加熱或采用壓具回火。防止脆性的出現(xiàn)應(yīng)正確選擇回火溫度和方式。一旦出現(xiàn)回火脆性，對(duì)第一類，只有通過(guò)重新加熱淬火，另選溫度回火。對(duì)第二類，可以重新加熱回火，然后加速回火后冷速消除。5 常見熱處理缺陷及解決方法常見熱處理缺陷及解決方法參考文獻(xiàn)：參考文獻(xiàn)： 金屬熱處理工藝學(xué). 夏立芳編. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2008.4 工程材料學(xué). 王曉敏等編