一種撐斷連桿用高碳非調(diào)質(zhì)鋼及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種鋼材，尤其設(shè)及一種非調(diào)質(zhì)鋼材。本發(fā)明還設(shè)及了一種該非調(diào)質(zhì) 鋼材的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 非調(diào)質(zhì)鋼是一種將軸制（或鍛造）與熱處理結(jié)合為一體的新型節(jié)能鋼材料，該鋼 材料能省去調(diào)質(zhì)處理（即澤火+高溫回火）。目前，汽車連桿普遍采用非調(diào)質(zhì)鋼，在連桿用 非調(diào)質(zhì)鋼的發(fā)展方面，采用撐斷連桿用非調(diào)質(zhì)鋼也是一種新的發(fā)展思路。隨著汽車工業(yè)的 飛速發(fā)展，國內(nèi)外汽車制造廠商不斷應(yīng)用提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本、提高生產(chǎn)效率的新 工藝技術(shù)，W增強其在國際市場上的競爭力。為此，在汽車發(fā)動機連桿生產(chǎn)制造方面，連桿 的撐斷加工工藝就充分體現(xiàn)了提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本的發(fā)展趨勢。圖1顯示了連桿 的撐斷加工工藝的操作示意圖。如圖1所示，連桿的撐斷加工工藝的基本原理在于；用一拉 刀在連桿大頭孔1的剖分面上加工V形凹槽2,用專用的撐斷裝置對大頭孔1施加一個撐開 的力F將連桿撐斷。由于在V形凹槽處形成應(yīng)力集中，因而連桿沿V形槽準(zhǔn)確斷裂，其斷面 雖較為粗趟但基本平整。連桿撐斷后，結(jié)合面不再進行任何加工，粗趟斷面所具備的斷面特 性可使得連桿體和連桿蓋在裝配時達(dá)到最佳吻合狀態(tài)，并且定位程度良好，不必像傳統(tǒng)連 桿那樣采用定位螺栓、定位銷、齒形等方式進行定位，從而大大地降低了生產(chǎn)成本。
[0003] 較之于傳統(tǒng)的連桿制造工藝，連桿的撐斷加工工藝具有如下優(yōu)點：
[0004] 1)減少了加工工序，無結(jié)合面的銳削，磨削及拉削；
[0005] 2)由于結(jié)合面的特殊形狀，使蓋的定位更加準(zhǔn)確，可W保證連桿在使用過程中的 精度，并且不需要定位螺栓，省去了螺母組件；
[0006] 3)連桿毛巧大頭孔為圓形，相較于現(xiàn)有技術(shù)中的楠圓形大頭孔，更加節(jié)省金屬材 料和模具費用；
[0007] 4)省去了切斷及結(jié)合面加工，節(jié)省了大量的刀具及磨具費；
[000引W節(jié)省了操作人員成本，降低了生產(chǎn)線運行費用，減少了設(shè)備維護保養(yǎng)費。
[0009] 然而，目前通過撐斷加工工藝獲得的連桿桿身與大頭孔過度處的強度不夠，容易 出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，并且連桿的微觀組織中的鐵素體含量過高，使得撐斷效果并不理想。撐斷連 桿的材質(zhì)及其微觀組織不僅影響了連桿產(chǎn)品的性能和切削性能，還決定了連桿的可裂解性 和斷面質(zhì)量，對撐斷加工工藝起了決定性的作用。撐斷加工工藝要求連桿鍛件在撐斷過程 中大頭孔不能產(chǎn)生明顯的塑性變形，W滿足后續(xù)大頭孔加工后圓度誤差要求，為此，除了需 要保證連桿綜合性能指標(biāo)之外，還需要限制連桿的初性指標(biāo)，使其斷口出現(xiàn)脆性斷裂特征， W便令其具有良好的曬合性。
[0010][0011][0012][0013] 綜述，現(xiàn)有技術(shù)中的撐斷連桿存在著如下缺陷；1)抗拉強度低；2)熱加工性能不 良；3)裂解性差且質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，無法達(dá)到相關(guān)的技術(shù)要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本發(fā)明的目的在于提供一種撐斷連桿用高碳非調(diào)質(zhì)鋼，該非調(diào)質(zhì)鋼兼具較高的強 度與良好的撐斷和裂解性能。此外，本發(fā)明所述的撐斷連桿用高碳非調(diào)質(zhì)鋼還具有優(yōu)良的 疲勞性能、加工性能、切削性能及鍛造性能。
[0015] 本發(fā)明所述的撐斷連桿用高碳非調(diào)質(zhì)鋼經(jīng)撐斷后，斷裂口無明顯的塑性變形，符 合連桿用鋼材料的撐斷要求。
[0016] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種撐斷連桿用高碳非調(diào)質(zhì)鋼，其化學(xué)元素質(zhì) 量百分比含量為：
[0017] C;0. 65%-0. 85%，
[001 引 Si;0. 15%-0. 25%，
[001 引 Mn;0. 50%-0. 60%，
[0020] P:0. 010%-0. 045%，
[0021] S;0. 060%-0. 070%，
[0022] Cr;0. 10%-0. 20%，
[0023]Ni;0. 55%-0. 80%，
[0024]V;0. 03%-0. 04%，
[00巧]W ;0. 10%-0. 20%，
[0026]N;0. 0120%-0. 0160%，，
[0027]Re;0. 0001-0. 0004%，
[0028] 余量為化和其他不可避免的雜質(zhì)。
[0029] 本發(fā)明所述的撐斷連桿用高碳非調(diào)質(zhì)鋼中的各化學(xué)元素的設(shè)計原理為：
[0030] C;C元素是用于確保鋼材料的強度W及用來提高鋼材料裂解性所需要的元素。若 碳含量過低則無法提高鋼的強度，若碳含量過高則會降低鋼的疲勞性能和切削加工性能。 對于本發(fā)明所述的撐斷連桿用高碳非調(diào)質(zhì)鋼來說，C含量需要控制在0.65-0. 85wt. %范圍 之間。
[0031] Si;Si元素在鋼中起到脫氧劑的作用。由于Si在鋼中不形成碳化物，而是W固溶 體的形式存在于鐵素體中，即具有顯著的固溶強化鐵素體，W達(dá)到降低鋼材料塑性的作用。 此外，Si還能夠促進P、S元素的晶界偏聚，使晶界適當(dāng)脆化。為了達(dá)到此目的，Si含量的 下限設(shè)定為0. 15wt. %。然而，因為過高的Si含量又將惡化鋼的熱加工性和鍛件表面質(zhì)量， 所W需要將Si含量的上限設(shè)定為0. 25wt. %。
[0032] Mn;Mn元素除起脫氧劑的作用W外，還具有顯著的固溶強化作用。另外，Mn與 S可W形成MnS夾雜，在撐斷時起到缺口效應(yīng)W提高鋼材料的裂解性。為了充分提高鋼 材料的裂解性，需將Mn控制在0. 50wt. %W上，但是，Mn含量過高則容易在微觀組織中 產(chǎn)生貝氏體，從而導(dǎo)致鋼材料的切削性和裂解性的下降，由此，還需要將Mn控制得不超過 0? 60wt. %。
[0033] P;P元素在鋼液凝固時容易形成微觀偏析，隨后在高溫加熱時偏聚在晶界，令鋼 材料的脆性顯著增大，其是有效地提高鋼材料的裂解性能的元素。不過，一旦P元素過剩， 那么鋼材料的熱加工性能就會降低。鑒于此，本發(fā)明所述的撐斷連桿用高碳非調(diào)質(zhì)鋼中的 P含量控制范圍是；〇.OlOwt.P《0. 045wt. %。
[0034] S;S能夠形成硫化物夾雜物，該夾雜物能夠發(fā)揮裂解時的切口效應(yīng)，W提高鋼材 料的裂解性。與此同時，夾雜物也是提高切削性的有益元素。不過，一旦S含量過剩則會降 低鋼材料的熱加工性?；诒景l(fā)明的技術(shù)方案，為了充分發(fā)揮S的有益效果并避免其所帶 來的不利因素，需要將S含量控制為0. 06-0. 070wt. %。
[00巧]&是中強碳化物的形成元素，其可W顯著地提高鋼材料的強度、耐磨性等各 項綜合性能。另外，化還能降低C的活度，W防止加熱、軸制和熱處理步驟中的脫碳。但是， 過高含量的化會惡化鋼材料的切削加工性，并且還會增加合金添加成本。因此，本發(fā)明所 述的撐斷連桿用高碳非調(diào)質(zhì)鋼中的化含量需要控制為0. 10-0. 20wt. %。
[0036] Ni;Ni具有提高鋼材料疲勞強度的效果。不過，一旦Ni含量過高就會降低熱 加工后的切削性，因此，本發(fā)明所述的撐斷連桿用高碳非調(diào)質(zhì)鋼中的Ni含量應(yīng)當(dāng)控制在 0. 55-0. 80wt. %范圍之間。
[0037] V;V容易與C、N結(jié)合而形成VN、VC等。V的碳氮化物具有較強的析出強化作用，除 了能夠進一步地提高軟相鐵素體的強度，改善鋼材料的脹斷性能W外，還可明顯地提高鋼 材料的疲勞性能。然而，過量的V不僅會降低鋼的切削性，同時還會增加鋼的生產(chǎn)成本。為 此，需要將本發(fā)明的撐斷連桿用高碳非調(diào)質(zhì)鋼中的V的質(zhì)量百分含量控制為0. 03-0. 04%。
[0038] W;W是中等碳化物的形成元素。通常認(rèn)為W可W形成合金滲碳體，起到細(xì)化晶粒 的作用。由于W相對其他合金元素而言比重較大，特別是采用模鑄工藝的誘注方式時往往 引起鋼錠偏析，故而，在本發(fā)明的技術(shù)方案中的W的含量不應(yīng)過高。由此，將本發(fā)明的非調(diào) 質(zhì)鋼中的W的添加量設(shè)定為；0.lOwt. % -0. 20wt. %，W同時改善鋼的鍛造性能（紅熱性和 熱強性）和晶粒度。
[0039] N;N易于與A1、V等結(jié)合而形成A1N、VN，其能夠抑制鋼在高溫下的奧氏體晶粒的 長大，從而提高鋼材料的疲勞性能?？墒?，當(dāng)N含量超過0.016wt. %時，尤其是在煉鋼步驟 中容易產(chǎn)生氣泡等冶金缺陷，同時N含量過高也不利于進行批量生產(chǎn)。鑒于此，本發(fā)明所述 的撐斷連桿用高碳非調(diào)質(zhì)鋼中的N含量應(yīng)當(dāng)設(shè)計為0.0120-0.oieowt. %。
[0040]Re;將Re加入鋼中能夠起到精煉、脫硫、中和低烙點有害雜質(zhì)的作用。另外，添加 Re元素還能夠改善鋼的加工性能，進而提高鋼的機械性能。為此，本發(fā)明所述的撐斷連桿用 高碳非調(diào)質(zhì)鋼中的Re含量為0.OOOlwt. % -0. 0004wt. %。
[0041] 進一步地，本發(fā)明所述的撐斷連桿用高碳非調(diào)質(zhì)鋼的不可避免的雜質(zhì)中的 Cu《0. 20%。
[0042] 化：化能夠提高材料的強度和初性?？墒牵窟^高的化會在高溫時產(chǎn)生熱脆， 從而降低材料的疲勞性能，故而，本發(fā)明的撐斷連桿用高碳非調(diào)質(zhì)鋼中的化應(yīng)當(dāng)控制為 《0. 20wt. %。
[0043] 進一步地，本發(fā)明所述的撐斷連桿用高碳非調(diào)質(zhì)鋼的不可