一种提高中碳非调质钢连杆胀断性能的热处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明一种提高中碳非调质钢连杆胀断性能的热处理方法，属金属热处理领域， 具体设及汽车发动机胀断连杆用钢的热处理方法。
【背景技术】
[0002] 发动机连杆胀断工艺作为一种优于传统连杆加工工艺的新工艺，已广泛应用于连 杆生产制造。而适应连杆胀断工艺的胀断连杆材料不仅影响连杆产品的使用性能和切削 性，而且决定可开裂性和断面质量，对胀断工艺起关键作用。因此，胀断连杆材料一般要求 具有较高的强度、较小的塑性变形、合适的脆性和良好的切削加工性能。目前，国内外已开 发出部分中、高碳非调质钢取代传统的45、40化、35CrMo、42CrMo等调质钢。主要有高碳的 C70S6锻钢、SHJTASCO系列锻钢、FRACTIM锻钢和中碳的36MnVS4、S53CV-FS锻钢等。
[0003] WC70S6钢为代表的高碳非调质钢具有高强度（抗拉强度> 950MPa、屈服强度 > 550MPa)和低初性（延伸率> 10%、断面收缩率> 20% )，其胀断性能优良，但经大量的 生产实践发现，C70S6的可加工性能较差，刀具磨损较快。而W36MnVS4钢为代表的中碳 非调质钢具有高强度（抗拉强度>lOOOMPa、屈服强度> 750MPa)和良好的初性（延伸率 > 20 %、断面收缩率> 40 % )，其加工性能优良，疲劳寿命高，在循环次数达到了 1〇7次时， C70S6的疲劳极限是350MPa，而36MnVS4的疲劳极限达到420MPa，比口0S6的疲劳极限提高 了 20%，但在胀断过程中连杆大头变形量较大，加工余量大。因此，变形量大是阻碍中碳非 调质钢广泛应用于胀断工艺的主要原因。
[0004] 专利"一种汽车连杆及其热处理过程"（CN104088891A)提供了一种汽车连杆及 其热处理过程，其通过对连杆进行泽火加中温回火，得到回火屈氏体组织，并且通过对泽火 温度的控制，来细化晶粒，提高钢的冲击性能；同时，向钢中加入微量合金元素的碳氮化物， 其在热处理过程中可W细化奥氏体晶粒，也可W产生沉淀强化效果，最后进行退火处理。该 种工艺主要适用于调质钢连杆，而对于非调质钢连杆，既增加了制造成本，又不能得到设计 所需要的组织。
[0005] 专利"一种用于脱碳连杆锻件的复碳泽火热处理方法"（CN103184318A)公开了 一种解决锻造连杆表面脱碳的复碳泽火热处理方法，其工艺包括"连杆表面处理-加热复 碳-泽火冷却-回火"等，从而挽救了脱碳层不合格的连杆锻件，使其合格。但由于其工序 复杂，不宜控制，且生产成本较高，不适宜规模化工艺生产。
[0006] 专利"一种胀断连杆的控温冷却方法"（CN102335715A)，提供了一种用于胀断连 杆锻造温度控制及其冷却方法，其主要是通过将锻造后温度在850°CW上的连杆放入带有 轴流风机的冷却装置中进行快速降温；然后在铁箱中进行堆冷至常温。其优点是对于微合 金含量少的非调质钢，既能适当提高性能，同时降低了生产成本；但对于含有大量V、Nb、Ti 等微合金元素的非调质钢连杆，其在锻后温度下快速冷却不能使钢中固溶的微合金相最大 量析出，因此，不能发挥微合金元素的有效作用。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是提供一种提高中碳非调质钢连杆胀断性能的热处理方法，通过对 设定成份的中碳非调质钢连杆实施真空热处理和控制冷却，能在提高中碳非调质钢连杆胀 断性能的同时，减少连杆表面脱碳层，从而确保其各项性能满足汽车发动机胀断连杆的标 准要求。
[000引本发明技术方案如下：
[0009] 本发明一种提高中碳非调质钢连杆胀断性能的热处理方法，是对按质量百 分比计，设定成份为含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%，余量为铁和不可避免的夹杂的中碳非调质钢连杆的 热处理方法，该热处理方法由真空热处理步骤和控制冷却步骤组成，所述真空热处理步骤： 将中碳非调质钢连杆毛巧置于真空感应加热炉内，控制真空感应加热炉的真空度为0. 1~ 1. OPa、炉内加热温度为1150~1200°C、保温时间为20~40min，使中碳非调质钢中的微合 金元素充分溶解于奥氏体中，确保连杆表面少氧化或无氧化脱碳反应发生；所述控制冷却 步骤；将通过上述真空感应加热炉处理的出炉的中碳非调质钢连杆毛巧，先通过风冷装置 冷却，控制其冷却速度为8~12°C/秒，冷却至300~400°C后，再在缓冷装置中自然冷却至 室温，使溶解于奥氏体中的微合金元素呈弥散析出，同时提高铁素体晶粒度和珠光体含量； 从而提高该中碳非调质钢连杆毛巧抗拉强度和胀断性能，其各项性能满足汽车发动机胀断 连杆的标准要求。
[0010] 所述风冷装置为链式移动风冷装置。
[0011] 所述缓冷装置为固定式自然冷却箱。
[0012] W下就本发明热处理工艺的原理W及技术参数控制原理进行分析说明：
[0013] 含V、N的中碳非调质钢，其钢中的V与C和N在钢水凝固过程中形成VC/VN等第 二相，该些钢中的VC/VN在加热过程中固溶于奥氏体中，在随后的冷却过程中沉淀析出呈 弥散分布的第二相，对中碳非调质钢进行强化。因此，第二相的全固溶温度是一个重要的控 制参量，高于此温度并达到平衡之后，第二相将完全处于固溶态，第二相形成元素将只会W 固溶元素的形式发挥相应的作用；而只有在此温度之下适当过冷度条件下，第二相才有可 能有效沉淀析出而W第二相的形式发挥相应的作用。当中碳非调质钢中V含量为0. 25~ 0. 35%，N含量为0. 0140~0. 0180%时，VC/VN需要温度达到1050°CW上才开始固溶于奥 氏体中，而快速固溶于奥氏体中，其温度需大于115(TC。在非调质钢连杆锻造生产时，其通 常采用电感应加热，加热温度1100~1150°C，加热时间小于10s，其生产效率高，但钢中的 VC/VN不能完全固溶于奥氏体中，在后续冷却过程中不能达到充分析出强化的作用。而通过 提高加热温度（1150~1200°C)和延长加热时间（20~40min)可W使钢中的VC/VN完全 固溶于奥氏体中，充分发挥微合金元素的作用。同时通过真空，减少连杆表面氧化脱碳，保 证连杆的质量。同时，在VC/VN的全固溶温度W上保温使其完全固溶后，控制冷却（冷却速 度控制在8~12°C/秒）至合适的温度（300~400°C)保温，使第二相均匀沉淀析出，可 得到最大体积分数的尺寸微细均匀的第二相颗粒，从而产生最大程度的沉淀强化效果；而 若冷却速度过慢（< 8°C/秒），过冷度小，其VC/VN沉淀析出化学驱动力小，不利于VC/VN 的沉淀析出。而若冷却速度过快（> 12°C/秒），使钢的共析相变被抑制，奥氏体被过冷到 MS点（马氏体相变开始温度）W下的温度。该时，由于温度很低使得铁原子和碳原子的扩 散已不能进行或不易进行，故奥氏体只能w不发生原子扩散、不产生化学成分变化的方式， 通过切变而