大型45钢连杆热处理工艺改进（上）

     我厂生产的一种45钢中速船用柴油机连杆，杆身截面Ф90mm，锻件重量145kg，是我厂目前锻造生产的最重的连杆。热处理后经中国船级社(CCS)产品检验时，在Ф90mm杆身截面1/2R处取样进行检测，其性能要求为：σb≥600MPa；σs≥300MPa；δ5≥16％；Ф≥40％；Aku5≥20J；硬度：162～217HBS。

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt">    45钢是一种典型的中碳优质碳素结构钢，通过调质处理可得到强度与韧性配合比较好的综合力学性能，因此广泛应用于中小型机器零部件的制造。而另一方面，45钢用于大中型零件的制造时，由于受到淬透性的影响，通常性能要求不高。

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 24pt">1．批量生产中存在的问题

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 24pt">(1)对于该连杆锻件，我厂最初采用850℃正火喷雾风冷+550～590℃回火工艺进行热处理。装炉设备为9.65m³。天然气加热台车炉，装炉量≤48件。每个熔炼炉号的连杆锻件，配同一熔炼炉号杆身试棒(Ф90mm×200mm)，同炉进行热处理。台车两侧配8台大功率风机，进行喷雾风冷，时间为1～1.5h。

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 24pt">热处理完成后，再对连杆杆身试棒解剖取样进行性能试验(试验数据见表1)。数据显示，性能试验结果未能达到技术要求。经提高回火温度返工回火后，由于连杆综合性能小高，强度富余量不大，虽然冲击功提高，达到了技术要求，但却降低了连杆强度指标，仍然达不到技术协议要求，从而导致连杆热处理返工率极高。

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>表1 经850℃正火喷雾风冷+550～590℃回火后性能数据

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>编号

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>回火温度 /℃

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>抗拉强度/MPa

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>屈服强度 /MPa

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>伸长率(％)

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>断面收缩率(％)

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>冲击功Aku5/J

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>3-34-7-1

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>550

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>625

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>330

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>24

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>45

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>17

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>590

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>580

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>310

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>20

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>42

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>21

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>3-34-7-2

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>550

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>630

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>320

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>26

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>44

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>18

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>590

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>590

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>305

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>22

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>41

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>20

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt"> 

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21pt; LINE-HEIGHT: 22pt">(2)鉴于连杆正火热处理返工率高，我厂将连杆改为850℃油冷+620～640℃回火工艺进行调质处理。淬火介质为N32全损耗系统用油，淬火冷却时间为15～20min。装炉设备改为5.77m³。天然气加热台车炉，每炉装炉量≤20件，每个熔炼炉号的连杆锻件，配同一熔炼炉号杆身试棒(Ф90mm×200mm)，同炉进行热处理。

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21pt; LINE-HEIGHT: 22pt">热处理完成后，对仟身试棒解剖取样，进行性能试验，性能数据见表2。经性能试验，出现部分炉号连杆锻件，其强度、硬度偏高，冲击功低于20J，不能达到技术要求的现象。后又对未达到技术要求的连杆锻件，采用提高回火温度至690～700℃，同时延长回火保温时间进行返工回火，但冲击功仍低于20J，达不到技术要求。

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>表2 经850℃淬火油冷+630～690℃回火后性能数据

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>编号

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>回火温度 /℃

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>抗拉强度/MPa

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>屈服强度/MPa

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>伸长率(％)

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>断面收缩率（％)

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>冲击功Aku5/J

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>4-88-2

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>630

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>775

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>445

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>25

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>61

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>13

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>690

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>675

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>385

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>26

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>63

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>19

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>4-88-3

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>630

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>725

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>415

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>26

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>63

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>10

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>690

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>675

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>390

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>28

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>64

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>16

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21pt; LINE-HEIGHT: 22pt" align=left>2．原因分析

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21pt; LINE-HEIGHT: 22pt" align=left>针对在上述两种热处理方式下，连杆热处理均出现大批量返工的情况，我们从连杆的原材料化学成分、45钢材料特性、热处理装炉方式及冷却方式进行分析，查找原因。

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 22pt" align=left>    (1)正火热处理后，返工的连杆锻件，含碳量(质量分数)均在0.42％～O.46％的范围内。由于含碳量低，再加上装炉量大、喷雾风冷效果不好，经正火并高温回火处理后，锻件不能获得较高的强度和韧性。因此出现了在提高冲击功指标后，强度指标达不到技术要求的情况。

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 22pt" align=left>    (2)调质热处理返工的连杆锻件，含碳量(质量分数)均在0.46％～0.50％的范围内。由于含碳量高，使45钢Ac3点降低。特别是ωc=0.47％～O.49％时，Ac3点存在马鞍形的异常下降现象。此时如果仍采用860℃淬火，由于淬透性的提高，锻件抗回火性较好，即使提高回火温度和延长回火保温时间，也无法降低强度、硬度，提高连杆冲击值。

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 22pt" align=left>    3．解决方案

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21.75pt; LINE-HEIGHT: 22pt" align=left>(1)根据以上原因分析，我们选取含碳量(质量分数)为0.42％～0.45％和0.47％～0.50％的两组连杆杆身试棒，分别进行调质和正火热处理工艺试验。热处理工艺试验曲线见图1、图2。

图1 正火+高温回火工艺曲线

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt" align=center>图2 调质热处理工艺曲线

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt" align=left> 

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21.75pt; LINE-HEIGHT: 22pt" align=left>对热处理工艺试验处理的连杆杆身试棒，取样进行性能试验，各项指标均达到技术要求。数据见表3。

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>表3 连杆杆身试棒热处理工艺试验数据

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt" align=left>

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>编号

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>含碳量(质量分数，％)

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>热处理方式

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>抗拉强度/MPa

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>屈服强度/MPa

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>伸长率(％)

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>断面收缩率(％)

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>冲击功 Aku5/J

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>1

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>0.44

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>调质

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>650

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>385

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>26

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>55

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>32

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>2

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>0.45

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>685

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>415

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>28

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>60

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>30

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>3

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>0.44

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>660

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>390

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>25

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>58

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>32

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>4

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>0.48

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>正火

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>690

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>375

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>26

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>46

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>24

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>5

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>0.47

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>670

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>370

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>24

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>45

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>24

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>6

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>0.47

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>670

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>385

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>25

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>46

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>23

 

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 22pt">    (2)根据热处理工艺试验数据，我们对该连杆热处理工艺进行改进。参照45钢原材料入厂复验结果，进行定碳分组：①对碳量(质量分数)在0.42％～0.45％范围内的连杆锻件，采用调质热处理工艺；淬火介质仍为N32全损耗系统用油，增强淬火介质的循环搅拌能力，提高连杆锻件的淬透性。②对于碳量(质量分数)在0.46％～O.50％范围内的连杆锻件，采用850℃正火喷雾风冷+590℃回火进行热处理；改进装炉方式，连杆锻件大小头分层摆放，层间用垫铁隔开，最大装炉量由48件减少至36件；同时将两侧风机高低错位摆放，提高喷雾风冷的效果，使锻件冷却更均匀。

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 22pt">    经改进后，喷雾风冷效果大大提高，喷雾风冷时间也缩短至40～60min。