46MnVS5非調(diào)質(zhì)鋼漲斷連桿掉渣原因分析及改進(jìn)

隨著環(huán)保成為現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的主題之一，汽車輕量化、綠色化的設(shè)計(jì)越來越受到人們的重視，非調(diào)質(zhì)鋼“綠色鋼材”和脹斷加工技術(shù)在高品質(zhì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)連桿上的應(yīng)用已經(jīng)成為發(fā)動(dòng)機(jī)連桿生產(chǎn)的趨勢(shì)[1-4]。連桿的工作環(huán)境惡劣，承受載荷復(fù)雜，且隨著內(nèi)燃機(jī)熱效率的提升及降低排放量的要求，連桿的設(shè)計(jì)制造向著輕量化、高強(qiáng)度以及耐疲勞的方向發(fā)展，這就對(duì)材料的設(shè)計(jì)和工藝提出了極高的要求[5-8]。

46MnVS5 制造的脹斷連桿，具體加工工藝為：粗磨→鉆孔→清洗→預(yù)制裂解槽→連桿有控?cái)嗔眩洈啵┮粩嗔堰B桿裝配螺栓→精整 →精磨→清洗→終檢。

用戶在使用46MnVS5脹斷連桿進(jìn)行脹斷加工后發(fā)現(xiàn)脹斷處表面出現(xiàn)掉渣現(xiàn)象。采用宏觀檢驗(yàn)、化學(xué)成分分析及金相檢驗(yàn)等方法對(duì)掉渣產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析。

理化檢驗(yàn)

1.宏觀檢驗(yàn)

46MnVS5鋼連桿脹斷處掉渣樣宏觀形貌及連桿大頭脹斷處外表面掉渣部位宏觀形貌如圖1所示，其中箭頭所指為脹斷處掉渣部位。

掉渣處位于脹斷面螺紋孔外側(cè)的縱向凸起處及過冶金缺陷，連桿大頭脹斷處打開后斷面宏觀形貌如圖2所示，其中終斷區(qū)斷面粗糙不齊。

渡區(qū)外表面，為一處長條形孔洞，把連桿脹斷處打開后發(fā)現(xiàn)，斷裂源為大頭內(nèi)壁表面的預(yù)制裂解槽處，然后開裂向外擴(kuò)展，最終在螺紋孔外側(cè)的縱向凸起處斷裂，掉渣即發(fā)生在此終斷區(qū)表面。終斷區(qū)斷面很不平整，起伏較大，掉渣處尤為嚴(yán)重，斷裂面未發(fā)現(xiàn)其他

2.化學(xué)成分分析

采用德國OBLF750型直讀光譜儀，對(duì)連桿掉渣樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，分析結(jié)果見表1。

表1連桿掉渣樣的化學(xué)成分

（質(zhì)量分?jǐn)?shù)： % ）

3.金相檢驗(yàn)

取連桿大頭脹斷處掉渣部位橫向磨制后檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)螺紋孔外側(cè)的縱向凸起處顯微組織為珠光體和沿原奧氏體晶界分布的鐵素體，此處晶粒大小不一且個(gè)別晶粒較粗大，存在明顯的混晶現(xiàn)象，表面脫碳層深度為 0.20mm 左右，掉渣處一側(cè)凸起處及過渡區(qū)附近表面組織微觀形貌如圖3所示。

而另一側(cè)未掉渣螺紋孔外側(cè)縱向凸起處表面組織微觀形貌組織為珠光體和沿原奧氏體晶界分布的鐵素體，如圖4所示，此處晶粒均勻，表面脫碳層深度為 0.25mm 左右。連桿基體組織為珠光體和網(wǎng)狀鐵素體。

分析判斷

1.化學(xué)成分

化學(xué)成分分析無異常，說明46MnVS5鋼連桿脹斷處材料物理化學(xué)特征正常。

2.宏觀檢驗(yàn)

宏觀檢驗(yàn)表明，連桿大頭脹斷處掉渣發(fā)生在脹斷面螺紋孔外側(cè)的縱向凸起處及過渡區(qū)外表面，為一處長條形孔洞。把連桿脹斷處打開后發(fā)現(xiàn)，斷裂源為大頭內(nèi)壁表面的切割線處，然后開裂向外擴(kuò)展，最終在螺紋孔外側(cè)的縱向凸起處表面斷裂，掉渣即發(fā)生在此終斷區(qū)表面。終斷區(qū)斷面很不平整，起伏較大，掉渣處尤為嚴(yán)重，斷裂面未發(fā)現(xiàn)其它冶金缺陷。以上現(xiàn)象說明連桿掉渣發(fā)生于終斷區(qū)外表面，即螺紋孔外表面的縱向凸起處與過渡區(qū)表面。

3.金相檢驗(yàn)

金相檢驗(yàn)分析，螺紋孔外側(cè)的縱向凸起處顯微組織為珠光體和沿原奧氏體晶界分布的鐵素體，此處晶粒大小不一且個(gè)別晶粒較為粗大，存在明顯的混晶現(xiàn)象，表面脫碳層深度為 0.20mm 左右；而另一側(cè)未掉渣螺紋孔外側(cè)的縱向凸起處顯微組織為珠光體和沿原奧氏體晶界分布的鐵素體，此處晶粒均勻，表面脫碳層深度為 0.25mm 左右。連桿基體組織為珠光體 ⁺ 網(wǎng)狀鐵素體，為連桿正常組織。

綜合分析，連桿脹斷過程中首先向連桿施加垂直于斷裂面的外加載荷，在裂解槽處形成高應(yīng)力集中，萌發(fā)初始微裂紋。當(dāng)外加載荷達(dá)到某一臨界值時(shí)，初始裂紋沿螺紋孔兩側(cè)快速向后擴(kuò)展，發(fā)生脆性斷裂，裂紋擴(kuò)展至末端后兩側(cè)裂紋相遇[9]。

結(jié)語

本文連桿脹斷區(qū)域表面因晶粒大小不一致導(dǎo)致組織不均勻，連桿表面不同區(qū)域的斷裂脆性不一致，導(dǎo)致在脹斷過程中裂紋擴(kuò)展速度和方向不穩(wěn)定。在脹斷加工時(shí)裂紋從內(nèi)表面切割線處向外表面擴(kuò)展，到外表面時(shí)因斷裂脆性不一致導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展速度也不一致，進(jìn)而產(chǎn)生向其他方向延伸的二次開裂裂紋，這種與主裂紋不在一個(gè)平面的二次開裂裂紋擴(kuò)展到與主裂紋匯合時(shí)就會(huì)產(chǎn)生斷面不平甚至掉渣現(xiàn)象。

1）46MnVS5鋼連桿大頭脹斷處出現(xiàn)掉渣的主要原因?yàn)椴牧媳砻娲嬖诘幕炀ЫM織有關(guān)。2）通過優(yōu)化加熱工藝后（均勻加熱，避免局部過熱、合理保溫時(shí)間保證充分奧氏體化但不過長等），均勻了組織，掉渣問題得到了徹底解決。

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