連桿是柴油機的五大部件之一。我廠生產的L195柴油機連桿采用45#鋼制造。其工藝過程包括鍛造、正火、粗加工、調質、噴砂、矯直、精整和裝配。

為了保證連桿的使用性能，要求連桿具有高強度、良好的耐磨性、足夠的塑性、韌性和相應的抗疲勞性。多年的實踐表明，調質處理可以滿足上述要求。由于調質處理可以細化晶粒，獲得均勻細小的球狀珠光體——回火索氏體，具有一定的分散性和綜合力學性能。

然而，在淬火和回火過程中，有時會出現(xiàn)裂紋，廢品率可達12%。裂紋位于小頭部、桿的側面和凹槽中的圓角處。為了保證連桿的質量，從熱處理工藝和鋼材原材料的選擇方面進行了以下分析。

1技術要求

(1)化學成分

c :0.42 ~ 0.50%;si :0.17 ~ 0.37%;Mn :0.50 ~ 0.80%;p0.04%;s0.04%;Cr0.25%;鎳0.25%

(2)力學性能HB 217 ~ 293

(3)金相組織為相對均勻的索氏體，允許少量鐵素體，呈斷續(xù)網狀分布。

2熱處理工藝參數的影響

2.1加熱溫度

45#鋼是一種低淬透性鋼，由于其高MS點，淬火后的顯微組織應力很高。而且淬火時片狀馬氏體也占了相當大的數量，所以容易開裂。熱處理不當，容易產生裂紋。但是淬火開裂的原因很多，過熱是主要原因之一，所以選擇淬火溫度很重要。

制定淬火加熱規(guī)范的主要依據是材料的AC3點溫度。我們把《熱處理手冊》中四區(qū)中碳鋼的AC3點連成一條曲線，即AC3線。選擇35鋼、40鋼、45鋼、50鋼和55鋼用5 ~ 10%鹽水加熱淬火，然后用金相法結合硬度值測定相應鋼的AC3溫度2。碳含量從0.45%急劇下降到0.50%，低點在0.48% C，此時AC3約為750 ~ 760，而0.42%C鋼的ac3為780，因此45#鋼的碳含量在下限840淬火，而在上限840仍淬火，容易因過熱而產生淬火裂紋。{img02}

加熱溫度過低，奧氏體晶粒均勻性不好，部分鐵素體不能溶解在奧氏體中。淬火后獲得馬氏體和塊狀鐵素體的混合組織，硬度低，力學性能差，達不到淬火的目的。

從以上分析可以看出，同樣的45#鋼，由于批次不同，含碳量也不同。因此，淬火前應分析45#鋼的成分，并根據其變化選擇合適的加熱溫度。我們把這種方法稱為連桿淬火過程的后續(xù)分析。采用這種方法，連桿裂紋大大減少。

2.2保持時間

淬火是為了獲得均勻的顯微組織和所需的力學性能。除了嚴格控制加熱溫度外，正確確定保溫時間也是一個重要的問題，這取決于工件的尺寸和形狀、鋼的化學成分、原始顯微組織和加載條件等。但應選擇保溫時間以確保完成顯微組織轉變并使奧氏體成分均勻。所以保溫時間要足夠長，保溫時間過短，奧氏體晶粒均勻化程度不好，影響淬火質量。但保溫時間不宜過長，否則零件表面氧化脫碳程度會增加，也會影響淬火質量。實際生產中，連桿的保持時間為60 ~ 90分鐘。

2.3冷卻速度

熱處理過程有兩個重要組成部分，即加熱和冷卻。用于冷卻工件的冷卻介質和冷卻方法對熱處理后的工件質量起著重要作用。許多熱處理缺陷，如變形、開裂、硬度不足等，往往是由于冷卻介質和冷卻方法選擇不當造成的。Th

只有當冷卻速率大于臨界淬火速率時，才能獲得預期的馬氏體組織，即靠近C曲線鼻端的冷卻速率越大越好。但在MS點以下，為了減少馬氏體形成帶來的結構應力，希望冷卻會小一些，這是幾種淬火介質的淬火冷卻曲線，其中A是理想的淬火冷卻曲線，既能保持工件淬火，又能造成過大的變形，減少淬火裂紋的發(fā)生。

在連桿的調質處理中，選擇40的5 ~ 10%鹽水溶液。這種淬火介質在機頭附近有較高的冷卻速度，完全符合理想要求。但200-300之間的冷卻速率較高(大于理想要求)，由于一些實際生產原因并未改變。這里建議用114淬火劑。

3原材料的影響

為了分析原材料的影響，我們首先回顧了淬透性的內容。所謂鋼的淬透性是指鋼在加熱和奧氏體化后進行淬火的能力。它表示淬火后從鋼的表面到中心的硬度分布。鋼的淬透性是鋼本身固有的性質，它與鋼的化學成分、原始結構、晶粒度和零件尺寸有關，但主要與鋼的化學成分有關。

鋼的淬透性已成為生產中選擇鋼材和制定工藝流程的主要依據之一。這是因為當鋼完全硬化時，它沿橫截面的性質將是一致的。如果淬火時沒有完全硬化，從表面到中心，其性能會有所不同。但鋼的淬透性越大，轉變?yōu)轳R氏體的體積變化越大，即淬火時工件的變形和應力越大。當淬火應力超過其斷裂極限時，就會產生裂紋。

3.1化學成分的影響

我們生產的L195柴油機連桿是45#鋼，屬于碳素結構鋼。實際生產中，化學成分偶爾超標，主要元素是Si。Mn。合金元素對馬氏體的硬度和強度影響不大，合金元素對馬氏體的主要作用是明顯提高馬氏體的塑性。實踐表明，碳鋼馬氏體中碳的分布不均勻，會造成應力分布不均勻，從而降低塑性。加入合金元素后，碳在馬氏體中的分布可以均勻化，從而提高塑性。然而，大多數合金元素(鉻。錳硅)只有在含量不超過一定限度時才增加馬氏體的塑性。超過極限后，馬氏體的均勻性降低，塑性和斷裂強度降低[1]。所以我們希望鋼中有合金元素，但不要太多。

是的。錳鉻鎳能提高鋼的淬透性，對淬透性的影響是錳。依次是鉻、硅、鎳。但鋼的淬透性越高，淬火開裂的危險越大，當合金元素含量超過一定量時，鋼的淬透性就會降低。S.P是鋼中的有害雜質，鋼中這兩種元素的含量應盡可能降低。

3.2微觀結構的影響

本文主要討論了晶粒度， 魏氏和帶狀組織對鋼的影響。

根據馬氏體的形成原理，微裂紋主要形成在粗大的馬氏體中，但當馬氏體很細小時，微裂紋很少出現(xiàn)，細小的奧氏晶粒可以減少鋼的微裂紋。當奧氏體相對均勻時，初始階段形成的馬氏體片長度與奧氏體的晶粒尺寸有關，粗大的奧氏體晶粒形成粗大的馬氏體，容易促進微裂紋的形成。

在生產中，我們要求連桿在淬火和回火前的預處理是正火，以便在淬火和回火前獲得相對均勻和細小的原始組織，減少甚至避免微裂紋的產生。

亞共析鋼中特殊分布的片狀鐵素體稱為魏氏組織。魏氏組織及其伴生的粗晶組織會顯著降低鋼材的力學性能，特別是塑性和沖擊韌性，因此我們要求魏氏組織不應大于2級。

另外，鋼中的帶狀組織、非金屬夾雜物等微觀缺陷是淬火裂紋的根源，在生產中連桿淬火回火前不宜有這些缺陷。

3.3宏觀缺陷的影響

該工藝要求纖維方向應沿連桿中心線，并符合連桿縱截面宏觀結構中的形狀，不應有無序或間斷。但在實際生產中，很多連桿從桿的側面形成橫向裂紋，有這種裂紋的連桿有大量的刺。正常正火淬火后，落刺處纖維流向的紊亂和不連續(xù)無法消除。由此可見，淬火過程中應力很大，出現(xiàn)裂紋。

瑟

連桿槽圓角要求為R5。但我們實際測試開裂的連桿時，槽內有裂紋的連桿圓角基本不符合要求，也就是說型材槽內沒有平滑過渡的圓角，產生很大的淬火應力，淬火時容易產生淬火裂紋。這是因為外部尺寸影響鋼的淬透性。有棱角、無平滑過渡圓角的零件，淬火后淬火應力增大，容易在槽內圓角處開裂。