汽車活塞銷熱處理工藝方法探究范文

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摘要：

針對汽車活塞銷20Cr鋼的熱處理工藝方法進行了研究，對汽車活塞銷熱處理中常見的缺陷提出了預防和補救辦法。

關鍵詞：

汽車活塞銷；熱處理工藝；預防；補救辦法

0引言

截至2014年6月底，全國機動車總保有量達2.17億輛，隨著汽車消費群體的日漸龐大，汽車產品的質量問題也變得越來越突出。汽車零部件是汽車系統相當重要的組成部分，由于汽車系統的自身特點，零部件質量的好壞直接影響到汽車行駛的安全，因此汽車零部件產品質量已經成為消費者在購車時所參考的重要因素。而汽車活塞銷是連接汽車活塞和連桿的重要零件，它在使用過程中相當于雙點支梁，承受著非對稱的交變載荷，其表面長期在摩擦條件下工作，導致活塞銷損壞的主要形式是表面磨損，但有時也有斷裂和開裂現象。針對活塞銷的損壞形式可以通過合理的熱處理工藝，以減少活塞銷在使用過程中出現的損壞，從而提高活塞銷的質量和使用壽命。

1熱處理工藝

1.1加工工藝路線

不同的原材料形式所對應的機加工路線是有所不同的，目前適合制造活塞銷的原材料形式一般有熱軋圓鋼、冷軋圓鋼、熱軋無縫鋼管、冷軋無縫鋼管等，因此根據不同的原材料活塞銷生產可以制定以下不同的加工工藝路線:1）熱軋圓鋼→粗車外圓→鉆內孔→滲碳→淬火、回火→磨→成品；2）冷軋圓鋼→鉆內孔→滲碳→淬火、回火→磨→成品；3）熱軋無縫鋼管→粗車外圓→滲碳→淬火、回火→磨→成品；4）冷拔無縫鋼管→下料→滲碳淬火、回火→磨→成品。

1.2活塞銷（20Cr）滲碳層質量的控制

滲碳層質量的好壞主要是控制碳化物的大小，含鉻的鋼一般滲碳時表面易形成粗大的塊狀碳化物，其形成條件決定于滲碳層表層的含碳量，也可以說是滲碳時的碳濃度，與滲碳后續的冷卻方式無關。此碳化物即使在滲碳后直接淬火也不能消除，因而也不能用滲碳后的正火來消除。這種粗大塊狀的碳化物削弱了滲層與基體組織的結合，也易造成應力集中，使滲碳層變脆。所以解決此問題的辦法：一是把這種碳化物限制在磨量范圍內，增加磨削余量，以便在后續的磨削加工中去除。二是通過微機可控氣氛滲碳爐來控制滲碳碳勢，允許最高爐氣碳勢1.25%，最高表面碳勢1.15%，最終表面碳濃度0.85%，擴散系數為1.60。同時縮短滲碳時間，延長擴散時間，使表層碳濃度下降，這樣可有效地控制和減少塊狀碳化物的深度。活塞銷滲深1.2mm滲碳工藝見圖1。

1.3活塞銷（20Cr）兩次淬火工藝方法

提高汽車活塞銷的質量和使用壽命取決于合理的熱處理工藝，活塞銷的熱處理工藝主要是滲碳和淬火工藝，選用滲碳鋼（20Cr）在滲碳后一般經淬火、低溫回火處理。然而對于性能要求較高的活塞銷，可以采用兩次淬火、回火的熱處理工藝，因為活塞銷長時間在高溫下滲碳，晶粒度顯著粗化，表層易形成網狀滲碳體，這樣不良的組織出現，將使活塞銷的強度下降，耐磨性降低和脆性增大，特別是沖擊韌性降低，消除的辦法是兩次淬火法。第一次淬火零件加熱到Ac3以上，在此溫度以上發生了三相的重結晶，冷卻后心部得到了細化，而表層網狀滲碳體溶解在奧氏體中得以消除，從而提高活塞銷心部強度。第二次淬火零件加熱到Accm以上某一溫度，由于第一次加熱使心部組織充分奧氏體化避免出現未溶鐵素體，但是表層高碳部分不可避免存在過熱趨向，組織較粗，為改善表層組織再進行一次針對過共析鋼的加熱淬火，第二次加熱溫度低于前面的溫度，那么表層組織不再過熱了，至于心部組織第二次加熱是淬火馬氏體狀態重新加熱，細化了滲碳層組織，提高活塞銷表面硬度，增強表面抗磨性。對于合金元素含量較高的活塞銷在滲碳淬火后還要進行冷處理，以減少滲碳層組織中的殘余奧氏體量，提高活塞銷表面硬度的均勻和穩定性。兩次淬火、回火工藝見圖2。

1.4活塞銷內孔滲碳對疲勞壽命的影響

根據光測彈性應力分析的試驗結果，如圖3所示的活塞銷內孔的C點和D點之間存在著很大的平面拉應力。在許多情況下為了提高零件的彎曲和接觸疲勞強度，往往通過滲碳淬火和低溫回火使零件表面產生殘余壓應力。所以，對內孔表面未滲碳淬硬的活塞銷，由于活塞銷內孔表面沒有產生殘余壓應力，故在內孔的C點和D點之間的一點上首先會容易產生疲勞損壞，使零件失效。而內孔表面滲碳淬硬的活塞銷，由于活塞銷內表面產生了殘余壓應力，降低了內孔表面產生疲勞裂紋的可能，而零件疲勞裂紋的產生往往首先會發生在外表面上，因此活塞銷內表面滲碳淬火將大大提高活塞銷的疲勞壽命。對于內孔滲碳而淬硬的活塞銷與內孔不滲碳而淬硬的活塞銷進行疲勞壽命的比較見圖4，內孔滲碳淬硬的活塞銷疲勞壽命有顯著提高，而且工藝過程簡單，生產成本降低。

2結語

1）針對原材料取棒料的機加工工藝一定要考慮先鉆孔再滲碳，這樣通過淬火使活塞銷內表面產生殘余壓應力，大大提高活塞銷的疲勞壽命。

2）通過縮短滲碳時間，延長擴散時間，降低零件表面碳濃度，可有效地控制塊狀碳化物的深度，減少應力集中和滲碳層變脆。

參考文獻：

［1］潘勤濤,劉建新.240活塞銷制造工藝分析［J］.鐵道機車車輛工人,2012（9）：14-16.

［2］王臘梅.280活塞銷滲碳淬火熱處理工藝開發［J］.金屬加工（熱加工）,2009（5）：41-43.

［3］王溫銀,周華茂,朱敦倫.活塞銷斷裂分析［J］.機械工程材料,2004（4）：45-47.

作者:鐘怡帆 單位:九江職業大學機電工程學院