[发明专利]一种汽车胀断连杆用中碳非调质钢的生产工艺及其锻造方法

说明书

本发明公开了一种汽车胀断连杆用中碳非调质钢的生产工艺及其锻造方法。通过成分优化，电炉出钢过程加入专用合成渣，精炼过程采用合理的渣系控制终渣碱度2.5～3.5，控制钢水氧含量11～18ppm，VD真空处理后对钢水钙处理，连铸过程结晶器采用专用保护渣，轧制得圆棒。锻件的制法包括圆棒下料、加热、锻造，控制加热温度1150～1200℃，控制预锻压温度1100～1130℃，控制终锻温度920～960℃；锻造结束后采用强冷和缓冷相结合的冷却方式，最终获得了均匀的珠光体加铁素体组织，获得优良的硫化物形貌，改善了切削性能，同时又能获得高的强度、韧性等综合性能特性，研制成功了一种高强度连杆用非调质钢材料。

技术领域

本发明涉及一种汽车胀断连杆及制造方法，尤其涉及一种汽车胀断连杆及其使用的中碳非调质钢的制造方法和其锻件的制造方法。具体的说是一种胀断连杆用中碳非调质钢的成分设计，冶炼工艺及其锻件的控锻控冷工艺。

背景技术

连杆是汽车发动机的关键零部件之一，是由连杆体和连杆盖用螺栓连接而成，连杆是把发动机的活塞和曲轴连接起来，它的作用是把活塞的直线往复运动变成曲轴旋转运动。

连杆加工主要有平切和胀断两种工艺，传统的连杆平切机械加工工艺复杂，常因加工精度误差而影响发动机的稳定性，胀断连杆技术则较好地解决了此问题，且加工工序少，使连杆的生产成本得到显著降低。

目前国内开发了一系列胀断连杆用非调质钢，应用较为广泛的为高碳非调质钢C70S6，该钢容易发生脆性裂解，但仍有明显的缺点：屈强比偏低；疲劳性能比调质钢低；脆性的片层状渗碳体的硬度高、含量多，使钢的切削加工性能较差。连杆属于运动件，而运动件的减重更利于汽车轻量化，因此随着汽车轻量化、节能的发展趋势，对胀断连杆材质提出更高的要求，除了保证胀断性能及强度外，要求连杆材料具有更高的屈强比以充分发挥材质的力学性能。而中碳非调质钢降低铁素体相韧性，提高铁素体相硬度及适当脆化原奥氏体晶界，硅和锰元素的铁素体固溶强化作用及钒元素析出强化和组织细化作用，使得材料不仅具有较高的强度水平和屈强比，同时具有远高于传统的胀断连杆用高碳钢C70S6的优异高周疲劳性能，此外中碳非调钢的断口呈典型脆性解理断裂，胀断前后的变形量小，因此加工精度更高，发动机的性能更稳定，中碳非调质钢(如36MnVS4)较高碳的C70S6材料具有更加优良的切削性能，钻孔工序刀具寿命可提高30％，在攻丝工序刀具寿命提高50％。

为提高36MnVS4材料的强度与韧性，需要添加足够的Si、Mn、V等合金强化元素，合金元素的增加会导致材料易出现带状组织，奥氏体稳定性变差，且在轧制与锻造的冷却过程易出现非平衡组织，因此对锻后冷却工艺要求非常高，冷却强度不够，材料强韧性不够，冷却强度太大易出现异常组织，铁素体比例增大，因此如何开发一种高强韧性并能防止异常组织形成的胀断连杆材料成为行业的一大难点，本发明正是为了解决这一行业难点问题。

如目前研究较多的非调质钢36MnVS4汽车发动机连杆的冶炼、轧制工艺以及锻造工艺存在较多不足，如“非调质钢36MnVS4汽车发动机连杆胀断缺陷分析，张朝磊等”，研究发现通过胀断加工模拟研究得出36MnVS4连杆较C70S6起裂位置分散，裂纹扩展不稳定，缺口敏感性高，铁素体组织多，容易导致批量生产时胀断工序缺陷增加，其采用毛坯生产工艺得到的非调质钢36MnVS4连杆存在断口不齐、胀不断、断口变形过大等缺陷的，且刀削性能差。而在“36MnVS4材料连杆生产过程中铁素体含量的控制工艺”中，通过对连杆铸件生产工艺温度、冷却条件等限定，但其最终得到的铁素体体积分数大、晶粒大，其铁素体含量仅能控制在32～35％，难以进一步降低铁素体含量。而在非调质钢36MnVS4中，铁素体含量过多不利于连杆的胀断机加工，如何在保证高强韧性力学性能的同时，还能有效降低铁素体比例，控制获得理想的珠光体+铁素体平衡组织，进一步提高其良好的切削性能。设计一个重量轻、刚度和强度足够、切削加工性能好的连杆对发动机尤为重要。

发明内容