一種提高中碳非調(diào)質(zhì)鋼連桿脹斷性能的熱處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明一種提高中碳非調(diào)質(zhì)鋼連桿脹斷性能的熱處理方法，屬金屬熱處理領(lǐng)域， 具體設(shè)及汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)脹斷連桿用鋼的熱處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 發(fā)動(dòng)機(jī)連桿脹斷工藝作為一種優(yōu)于傳統(tǒng)連桿加工工藝的新工藝，已廣泛應(yīng)用于連 桿生產(chǎn)制造。而適應(yīng)連桿脹斷工藝的脹斷連桿材料不僅影響連桿產(chǎn)品的使用性能和切削 性，而且決定可開(kāi)裂性和斷面質(zhì)量，對(duì)脹斷工藝起關(guān)鍵作用。因此，脹斷連桿材料一般要求 具有較高的強(qiáng)度、較小的塑性變形、合適的脆性和良好的切削加工性能。目前，國(guó)內(nèi)外已開(kāi) 發(fā)出部分中、高碳非調(diào)質(zhì)鋼取代傳統(tǒng)的45、40化、35CrMo、42CrMo等調(diào)質(zhì)鋼。主要有高碳的 C70S6鍛鋼、SHJTASCO系列鍛鋼、FRACTIM鍛鋼和中碳的36MnVS4、S53CV-FS鍛鋼等。
[0003] WC70S6鋼為代表的高碳非調(diào)質(zhì)鋼具有高強(qiáng)度（抗拉強(qiáng)度> 950MPa、屈服強(qiáng)度 > 550MPa)和低初性（延伸率> 10%、斷面收縮率> 20% )，其脹斷性能優(yōu)良，但經(jīng)大量的 生產(chǎn)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，C70S6的可加工性能較差，刀具磨損較快。而W36MnVS4鋼為代表的中碳 非調(diào)質(zhì)鋼具有高強(qiáng)度（抗拉強(qiáng)度>lOOOMPa、屈服強(qiáng)度> 750MPa)和良好的初性（延伸率 > 20 %、斷面收縮率> 40 % )，其加工性能優(yōu)良，疲勞壽命高，在循環(huán)次數(shù)達(dá)到了 1〇7次時(shí)， C70S6的疲勞極限是350MPa，而36MnVS4的疲勞極限達(dá)到420MPa，比口0S6的疲勞極限提高 了 20%，但在脹斷過(guò)程中連桿大頭變形量較大，加工余量大。因此，變形量大是阻礙中碳非 調(diào)質(zhì)鋼廣泛應(yīng)用于脹斷工藝的主要原因。
[0004] 專(zhuān)利"一種汽車(chē)連桿及其熱處理過(guò)程"（CN104088891A)提供了一種汽車(chē)連桿及 其熱處理過(guò)程，其通過(guò)對(duì)連桿進(jìn)行澤火加中溫回火，得到回火屈氏體組織，并且通過(guò)對(duì)澤火 溫度的控制，來(lái)細(xì)化晶粒，提高鋼的沖擊性能；同時(shí)，向鋼中加入微量合金元素的碳氮化物， 其在熱處理過(guò)程中可W細(xì)化奧氏體晶粒，也可W產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化效果，最后進(jìn)行退火處理。該 種工藝主要適用于調(diào)質(zhì)鋼連桿，而對(duì)于非調(diào)質(zhì)鋼連桿，既增加了制造成本，又不能得到設(shè)計(jì) 所需要的組織。
[0005] 專(zhuān)利"一種用于脫碳連桿鍛件的復(fù)碳澤火熱處理方法"（CN103184318A)公開(kāi)了 一種解決鍛造連桿表面脫碳的復(fù)碳澤火熱處理方法，其工藝包括"連桿表面處理-加熱復(fù) 碳-澤火冷卻-回火"等，從而挽救了脫碳層不合格的連桿鍛件，使其合格。但由于其工序 復(fù)雜，不宜控制，且生產(chǎn)成本較高，不適宜規(guī)?；に嚿a(chǎn)。
[0006] 專(zhuān)利"一種脹斷連桿的控溫冷卻方法"（CN102335715A)，提供了一種用于脹斷連 桿鍛造溫度控制及其冷卻方法，其主要是通過(guò)將鍛造后溫度在850°CW上的連桿放入帶有 軸流風(fēng)機(jī)的冷卻裝置中進(jìn)行快速降溫；然后在鐵箱中進(jìn)行堆冷至常溫。其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)于微合 金含量少的非調(diào)質(zhì)鋼，既能適當(dāng)提高性能，同時(shí)降低了生產(chǎn)成本；但對(duì)于含有大量V、Nb、Ti 等微合金元素的非調(diào)質(zhì)鋼連桿，其在鍛后溫度下快速冷卻不能使鋼中固溶的微合金相最大 量析出，因此，不能發(fā)揮微合金元素的有效作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種提高中碳非調(diào)質(zhì)鋼連桿脹斷性能的熱處理方法，通過(guò)對(duì) 設(shè)定成份的中碳非調(diào)質(zhì)鋼連桿實(shí)施真空熱處理和控制冷卻，能在提高中碳非調(diào)質(zhì)鋼連桿脹 斷性能的同時(shí)，減少連桿表面脫碳層，從而確保其各項(xiàng)性能滿(mǎn)足汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)脹斷連桿的標(biāo) 準(zhǔn)要求。
[000引本發(fā)明技術(shù)方案如下：
[0009] 本發(fā)明一種提高中碳非調(diào)質(zhì)鋼連桿脹斷性能的熱處理方法，是對(duì)按質(zhì)量百 分比計(jì)，設(shè)定成份為含C;0. 36 + 0. 02%、Si;0. 60 + 0. 05%、Mn;1. 30 + 0. 05%、V; 0. 30 + 0. 05%、N;0. 0160 + 0. 0020%，余量為鐵和不可避免的夾雜的中碳非調(diào)質(zhì)鋼連桿的 熱處理方法，該熱處理方法由真空熱處理步驟和控制冷卻步驟組成，所述真空熱處理步驟： 將中碳非調(diào)質(zhì)鋼連桿毛巧置于真空感應(yīng)加熱爐內(nèi)，控制真空感應(yīng)加熱爐的真空度為0. 1~ 1. OPa、爐內(nèi)加熱溫度為1150~1200°C、保溫時(shí)間為20~40min，使中碳非調(diào)質(zhì)鋼中的微合 金元素充分溶解于奧氏體中，確保連桿表面少氧化或無(wú)氧化脫碳反應(yīng)發(fā)生；所述控制冷卻 步驟；將通過(guò)上述真空感應(yīng)加熱爐處理的出爐的中碳非調(diào)質(zhì)鋼連桿毛巧，先通過(guò)風(fēng)冷裝置 冷卻，控制其冷卻速度為8~12°C/秒，冷卻至300~400°C后，再在緩冷裝置中自然冷卻至 室溫，使溶解于奧氏體中的微合金元素呈彌散析出，同時(shí)提高鐵素體晶粒度和珠光體含量； 從而提高該中碳非調(diào)質(zhì)鋼連桿毛巧抗拉強(qiáng)度和脹斷性能，其各項(xiàng)性能滿(mǎn)足汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)脹斷 連桿的標(biāo)準(zhǔn)要求。
[0010] 所述風(fēng)冷裝置為鏈?zhǔn)揭苿?dòng)風(fēng)冷裝置。
[0011] 所述緩冷裝置為固定式自然冷卻箱。
[0012] W下就本發(fā)明熱處理工藝的原理W及技術(shù)參數(shù)控制原理進(jìn)行分析說(shuō)明：
[0013] 含V、N的中碳非調(diào)質(zhì)鋼，其鋼中的V與C和N在鋼水凝固過(guò)程中形成VC/VN等第 二相，該些鋼中的VC/VN在加熱過(guò)程中固溶于奧氏體中，在隨后的冷卻過(guò)程中沉淀析出呈 彌散分布的第二相，對(duì)中碳非調(diào)質(zhì)鋼進(jìn)行強(qiáng)化。因此，第二相的全固溶溫度是一個(gè)重要的控 制參量，高于此溫度并達(dá)到平衡之后，第二相將完全處于固溶態(tài)，第二相形成元素將只會(huì)W 固溶元素的形式發(fā)揮相應(yīng)的作用；而只有在此溫度之下適當(dāng)過(guò)冷度條件下，第二相才有可 能有效沉淀析出而W第二相的形式發(fā)揮相應(yīng)的作用。當(dāng)中碳非調(diào)質(zhì)鋼中V含量為0. 25~ 0. 35%，N含量為0. 0140~0. 0180%時(shí)，VC/VN需要溫度達(dá)到1050°CW上才開(kāi)始固溶于奧 氏體中，而快速固溶于奧氏體中，其溫度需大于115(TC。在非調(diào)質(zhì)鋼連桿鍛造生產(chǎn)時(shí)，其通 常采用電感應(yīng)加熱，加熱溫度1100~1150°C，加熱時(shí)間小于10s，其生產(chǎn)效率高，但鋼中的 VC/VN不能完全固溶于奧氏體中，在后續(xù)冷卻過(guò)程中不能達(dá)到充分析出強(qiáng)化的作用。而通過(guò) 提高加熱溫度（1150~1200°C)和延長(zhǎng)加熱時(shí)間（20~40min)可W使鋼中的VC/VN完全 固溶于奧氏體中，充分發(fā)揮微合金元素的作用。同時(shí)通過(guò)真空，減少連桿表面氧化脫碳，保 證連桿的質(zhì)量。同時(shí)，在VC/VN的全固溶溫度W上保溫使其完全固溶后，控制冷卻（冷卻速 度控制在8~12°C/秒）至合適的溫度（300~400°C)保溫，使第二相均勻沉淀析出，可 得到最大體積分?jǐn)?shù)的尺寸微細(xì)均勻的第二相顆粒，從而產(chǎn)生最大程度的沉淀強(qiáng)化效果；而 若冷卻速度過(guò)慢（< 8°C/秒），過(guò)冷度小，其VC/VN沉淀析出化學(xué)驅(qū)動(dòng)力小，不利于VC/VN 的沉淀析出。而若冷卻速度過(guò)快（> 12°C/秒），使鋼的共析相變被抑制，奧氏體被過(guò)冷到 MS點(diǎn)（馬氏體相變開(kāi)始溫度）W下的溫度。該時(shí)，由于溫度很低使得鐵原子和碳原子的擴(kuò) 散已不能進(jìn)行或不易進(jìn)行，故奧氏體只能w不發(fā)生原子擴(kuò)散、不產(chǎn)生化學(xué)成分變化的方式， 通過(guò)切變而