1、汽车连杆热处理工艺设计汽车连杆热处理工艺设计孙博谦 孟凡 李博 纪元凯 于汇沣 目录目录1.连杆服役条件、失效方式及性能要求连杆服役条件、失效方式及性能要求2.常用材料分类及材料选择常用材料分类及材料选择3.机械加工及热处理工艺机械加工及热处理工艺4.质量检查质量检查5.常见热处理缺陷及解决方法常见热处理缺陷及解决方法1.1 连杆用途及服役条件连杆用途及服役条件l连杆是连杆机构中两端分别与主动和从动构件铰接以传递运动和力的杆件。l连杆是汽车发动机中的重要零件，它连接着活塞和曲轴，其作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并把作用在活塞上的力传给曲轴以输出功率。 承受燃烧室燃气产生的压力以及
2、纵向和横向的惯性力。 连杆在一个复杂的应力状态下工作。它既受交变的拉压应力、又受弯曲应力。 连杆负载种类为疲劳冲击。1.1 连杆用途及服役条件连杆用途及服役条件高强度和抗疲劳性能足够的刚度与韧性1.2 性能要求及失效形式性能要求及失效形式 连杆的主要失效方式是疲劳断裂和过量变形。 几乎连杆所有部位都有可能出现断裂，通常疲劳断裂的部位是在连杆上的高应力区域。2.1 常用材料分类常用材料分类1. 碳素调质钢碳素调质钢和合金调质钢合金调质钢是连杆用钢的传统钢种。由于最终的力学性能是通过调质处理控制的，因此调质钢连杆的性能稳定，综合力学性能好。2. 非调质钢非调质钢是在中碳钢的基础上添加钒、钛、铌等微
3、合金元素，通过控制轧制或控制锻造过程的冷却速度，使其在基体组织中弥散析出碳、氮的化合物使其得到强化。3. 粉末烧结锻造粉末烧结锻造工艺通过锻造提高粉坯的强度，二是通过添加合金元素，使粉末锻造连杆具有足够的淬透性，保证热处理后零件的质量。4. 钛合金钛合金制造发动机连杆主要考虑的是轻量化，金属钛的密度仅为钢铁材料的58，因此用钛合金制造汽车发动机连杆，可大幅度地降低连杆的质量。2.2 连杆材料选择连杆材料选择l 碳素调质钢和合金调质钢是连杆用钢的传统钢种，一般可采用40Cr，35CrMo，45#制造连杆。l 一般合金调制钢比碳素调制钢具有更好的强度和韧性。l Cr能够提高钢的淬透性，并保证机械零
4、件良好的综合力学性能。Mo在CrMo钢中能降低固溶体的分解速度和淬火临界冷却速度。CrMo钢和Cr钢相比，过热和晶粒粗化敏感性小，钢的强韧性好，淬透性和回火稳定性高，35CrMo调质钢的油淬临界淬火直径为40-60mm，完全满足连杆的制造，并能消除Cr钢对于回火脆性的敏感性。l 为了制造性能更好的连杆，我们最终选择35CrMo作为连杆材料。3.机械加工及热处理工艺机械加工及热处理工艺 下料下料锻造锻造（模锻） 预备热处理预备热处理（完全退火）粗加工粗加工最终热处理最终热处理（淬火+高温回火）喷丸喷丸+ +精加工精加工3.1 机械加工机械加工1）两端面：粗铣、精铣、粗磨、精磨；2）小头孔：钻孔、
5、扩孔、铰孔、精镗、压入衬套后再精镗；3）大头孔：扩孔、粗镗、半精镗、精镗、金刚镗、珩磨。3.1 热处理工艺热处理工艺-完全退火完全退火加热方式加热方式保温温度保温温度保温时间保温时间冷却方式冷却方式完全退火100/h-200/h780-8004-5h100/h3.1 热处理工艺热处理工艺-完全退火完全退火原始组织原始组织铁素体+珠光体HRC=30退火组织退火组织珠光体+铁素体HRC=223.2 热处理工艺热处理工艺-淬火淬火+高温回火高温回火加热方式加热方式保温温度保温温度保温时间保温时间冷却方式冷却方式淬火100/h-200/h830-85040-90min油淬3.2 热处理工艺热处理工艺-
6、淬火淬火+高温回火高温回火加热方式加热方式保温温度保温温度保温时间保温时间冷却方式冷却方式高温回火100/h-200/h500-5501-1.5h油冷3.2 热处理工艺热处理工艺-淬火淬火+高温回火高温回火淬火组织淬火组织残余奥氏体+隐晶马氏体+碳化物HRC=52回火组织回火组织粒状回火索氏体HRC=37-451.外部形貌检查外部形貌检查检查工件表面有无腐蚀或氧化皮。不得有裂纹及碰伤，表面不得有锈蚀。2. 工件变形检查工件变形检查根据图样技术要求检查工件的挠曲变形，尺寸及几何形状的变化。3. 显微组织检查显微组织检查按技术要求及标准进行检查淬硬层的显微组织：残留奥氏体数目，有无反常组织，心部组
7、织是否粗大及铁素体是否超出技术要求等。4. 硬度检查硬度检查在退火后，淬火后，回火后都进行相应硬度的测定，以保证工件最终热处理后硬度达到要求。5. 力学性能指标测定力学性能指标测定在最终精加工完成后，对连杆的各个力学性能指标进行测定。4 质量检查质量检查1.1. 过热和过烧过热和过烧 由于加热温度太高或保温时间太长晶粒粗大的现象称为过热。预防措施为控制加热温度和保温时间，防止过热发生。对于已经发生过热的工件，可以通过多重热处理来细化晶粒。 由于加热温度过高，出现晶界氧化或者晶界局部熔化的现象称为过烧，出现过烧的工件直接报废。2. 2. 淬火裂纹淬火裂纹 零件在淬火冷却过程当中因内应力所形成的裂
8、纹称淬火裂纹。预防措施为：控制淬火温度不宜太高并且用适当的冷却介质控制冷速等方法来降低内应力。淬火裂纹一旦产生，工件报废。3. 脱碳组织脱碳组织 温度过高，易出现脱碳现象。表面脱碳不是很严重时可以通过适当渗碳工艺进行补救。5 常见热处理缺陷及解决方法常见热处理缺陷及解决方法4. 4. 热处理变形热处理变形 零件在热处理时，存在有热应力和组织应力，变形不可避免。有效控制变形的方法应该根据具体工艺具体考虑（主要考虑如何控制组织应力和热应力）。5. 5. 软点软点 工件表面有氧化皮及污垢等；淬火介质中有杂质；淬火冷却介质搅动不够，没有及时赶走工件处形成的气泡；淬火前原始组织不均匀均可能造成软点。对于
9、前三种情况，可以进行一次回火，再次加热，在恰当的冷却介质和冷却方法的条件下淬火补救。对于最后一种情况，一旦出现缺陷，难以补救。6. 6. 回火缺陷回火缺陷 常见的回火缺陷有硬度不均匀，回火产生变形及脆性等。要避免回火后变形，采用多次校直多次加热或采用压具回火。防止脆性的出现应正确选择回火温度和方式。一旦出现回火脆性，对第一类，只有通过重新加热淬火，另选温度回火。对第二类，可以重新加热回火，然后加速回火后冷速消除。5 常见热处理缺陷及解决方法常见热处理缺陷及解决方法参考文献：参考文献：1. 金属热处理工艺学. 夏立芳编. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2008.42. 工程材料学. 王晓敏等编著. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2005.33. 曹正.汽车发动机连杆材料的现状及发展趋势J.汽车工艺与材料，2007（01）：7-10.4. 张进.发动机连杆失效分析.铸造设备与工艺.2008(4):39-40.5. 周晓丽.汽车连杆热处理及缺陷分析.吉林大学，2006.谢谢大家！
