文/岳海軍·南宮市精強(qiáng)連桿有限公司

不同鍛造冷卻工藝對(duì)C70S6連桿質(zhì)量的影響

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連桿是發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵重要零部件，連桿的質(zhì)量直接關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量和使用壽命，如何提高連桿鍛件的質(zhì)量，成為連桿行業(yè)一個(gè)永恒的話題。特別是近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)脹斷連桿的迅速發(fā)展，為材料和鍛造從業(yè)者提出了更大的挑戰(zhàn)，既要保證脹斷效果，又要保證鍛件的機(jī)械性能、耐疲勞性能。優(yōu)化鍛造工藝成為每個(gè)工程技術(shù)人員努力的方向。本文采用不同的加熱、冷卻工藝，分析不同工藝對(duì)C70S6鋼顯微組織的影響，為得到高質(zhì)量連桿顯微組織、機(jī)械性能、脹斷效果提供了實(shí)踐、理論依據(jù)。

試驗(yàn)方案的選擇

試驗(yàn)用鋼為德國(guó)C70S6脹斷連桿用鋼，化學(xué)成分見(jiàn)表1，試樣為某脹斷連桿。

根據(jù)圖1設(shè)計(jì)出3種不同的加熱溫度，3種不同的冷卻速度，共9個(gè)方案，根據(jù)不同的結(jié)果，找出最佳方案。

方案1：將圓鋼用電感應(yīng)加熱爐加熱至1150℃，經(jīng)過(guò)輥鍛、模鍛、切邊等工序，鍛件溫度約為900℃，用表2三種冷卻方式將鍛件冷卻至550℃，將冷卻后的鍛件制成金相試樣，用4%硝酸酒精溶液腐蝕后，按照GB/T6394-2002標(biāo)準(zhǔn)，用JX-2P金相顯微鏡在100倍下進(jìn)行顯微組織觀察、判定。將連桿在桿身上取樣，按照《GB/T228-2002金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法》制成標(biāo)準(zhǔn)拉力試棒，用WE-30萬(wàn)能拉力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉力試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表2。

方案2：將圓鋼用電感應(yīng)加熱爐加熱至1200℃，經(jīng)過(guò)輥鍛、模鍛、切邊等工序，鍛件溫度約為900℃，用表3三種冷卻方式對(duì)鍛件冷卻，將工件冷卻至550℃，用方案1同樣的檢測(cè)方法進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3。

圖1 C70碳素鋼過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線

■ 表1 C70S6鋼各化學(xué)成分所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)

■ 表2 對(duì)加熱至1150℃鍛成的鍛件進(jìn)行分析

■ 表3 對(duì)加熱至1200℃鍛成的鍛件進(jìn)行分析

■ 表4 對(duì)加熱至1250℃鍛成的鍛件進(jìn)行分析

方案3：將圓鋼用電感應(yīng)加熱爐加熱至1250℃，經(jīng)過(guò)輥鍛、模鍛、切邊等工序，鍛件溫度約900℃，用表4三種冷卻方式對(duì)鍛件冷卻，將工件冷卻至550℃，用方案1同樣的檢測(cè)方法進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表4。

試驗(yàn)結(jié)果分析

經(jīng)過(guò)以上工藝的試驗(yàn)，由表2、表3、表4可以看出：

⑴鍛造溫度為1150℃，冷卻速度為2℃/min，能使連桿得到良好的機(jī)械性能和脹斷效果。

⑵連桿的鍛造溫度、鍛后冷卻速度直接關(guān)系到連桿鍛件的質(zhì)量。

圖2 珠光體加鐵素體（100×）

⑶在保證鍛造成形的條件下，鍛造溫度越低，鍛件的晶粒越細(xì)，鍛件的綜合機(jī)械性能越高，連桿的使用壽命越長(zhǎng)。鍛造加熱溫度偏高，會(huì)導(dǎo)致晶粒迅速長(zhǎng)大。因?yàn)檫B桿在鍛造過(guò)程中，鍛造變形、多次沖擊和顯微組織的轉(zhuǎn)變都會(huì)釋放熱量，導(dǎo)致連桿在鍛造過(guò)程中的溫度升高。連桿顯微組織晶粒越細(xì)，連桿脹斷面的輪廓度波動(dòng)越小，波峰、波谷差異也越小。

圖3 珠光體加鐵素體（100×）

⑷連桿鍛后冷卻速度越快，鍛件的晶粒越細(xì)，鐵素體的含量越低，鐵素體呈細(xì)條半網(wǎng)狀組織，強(qiáng)度越高，越有利于鍛件的脹斷。冷卻速度太快，超過(guò)臨界冷卻速度，還會(huì)產(chǎn)生貝氏體、馬氏體等組織。

結(jié)束語(yǔ)

本文以C70S6鋼生產(chǎn)的某連桿為研究對(duì)象，分析不同鍛造工藝對(duì)連桿質(zhì)量的影響。結(jié)果表明，C70S6鋼經(jīng)過(guò)高溫加熱后以不同的冷卻速度冷卻至550℃。隨著冷卻速度的增加，珠光體團(tuán)直徑、片間距減少，以2℃/s的冷卻速度冷卻可得到均勻、細(xì)片狀珠光體及少量鐵素體。

C70S6鋼不同的鍛造工藝、不同的冷卻速度將得到不同的顯微組織和性能，鍛造溫度和鍛后冷卻速度是熱鍛工藝獲得合理顯微組織和性能的重要技術(shù)參數(shù)。采用鍛造溫度1150℃，冷卻速度2℃/min的風(fēng)冷方式即可獲得理想的金相組織，但由于鋼材爐號(hào)不同、規(guī)格不同，化學(xué)成分偏差，微量元素的差異，工藝也需要做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整才能達(dá)到理想的效果。作為工程技術(shù)人員要不斷利用六西格瑪、DOE等先進(jìn)技術(shù)持續(xù)改進(jìn)優(yōu)化現(xiàn)有工藝，挖掘材料的最大潛能，延長(zhǎng)連桿的生命周期。