一种钢制双金属裂解连杆的锻造方法与流程

本发明属于传递动力零部件材料的锻造研究领域，具体涉及一种钢制双金属裂解连杆的锻造方法。

背景技术：

连杆作为发动机内部传递动力的关键部件，不仅承受燃烧室产生的空气压力，还需要承受不断交替变换的载荷，这就要求连杆具备高强度、高硬度，以及良好的综合力学性能。传统的连杆制造先通过整体锻造，再锯、铣、磨加工连杆的主体和连杆盖的端面，最后在连杆体和连杆盖上加工螺栓孔，通过连接螺栓实现二者的合装。传统的连杆的加工工艺过于繁琐，效率低，质量差，承载能力弱。因此，新型的裂解连杆加工技术逐渐取代传统连杆加工工艺成为连杆生产的主流。

连杆工作环境的复杂性决定了普通单一材料很难满足裂解连杆的质量要求，当前，国外裂解连杆制造的主要材料为德国的c70s6高碳非调质钢，以及法国研制的splitasco系列高碳钢，这一类材料具有良好的脆断性，但是其硬度较大，加工刀具磨损较快，制造成本高。国内制造连杆的非调质钢，主要有38mnvs、40mnv、48mnv等钒系和锰钒系。但是这些材料在实际的连杆加工过程中依然存在裂解变形、断面掉渣、装配精度不高等缺点，这些问题的存在严重阻碍了国内高质量连杆的生产与发展。

为了提高钢制裂解连杆的裂解质量与装配，目前主要对钢制裂解连杆的研究主要集中在两个方面：(1)裂解材料的研究。对裂解材料的研究主要是通过添加微量合金元素mn、s、v、cr、p等，提高材料的强度，实现材料的脆断；(2)改变裂解连杆的裂解方式。根据裂解设备的驱动方式不同，目前主要有三类裂解加工设备，分别为楔形块式裂解加工设备、液压活塞直接推动式裂解加工设备、水平力作用式裂解加工设备。以上方法和技术都不能从根本上突破裂解连杆对于材料的限制，普通的中碳钢、中碳合金钢依然无法用于裂解连杆的生产制造。

申请号为201210586143.6，名称为“一种钢制裂解连杆的制造方法”的专利提出在铸造裂解连杆时在连杆主体与连杆大头端的空隙处插入预热的灰铸铁，实现双金属在界面处的冶金结合。这种钢制裂解连杆制造方法存在如下缺点：灰铸铁的熔点较低，当主体材料浇铸温度较高时，裂解材料很容易过度熔化，导致裂解槽无法开设，连杆也无法进行裂解加工。

申请号为201210111190.5，名称为“一种复合双金属裂解连杆的制造方法”的专利提出现在连杆模具中浇铸连杆主体以及连杆盖，然后待其半凝固时抽离隔离板，浇铸裂解材料，该工艺能够实现双金属复合裂解连杆的制造。这种双金属裂解连杆的制造方法存在如下缺点，抽离隔离板时，隔离板容易黏连主体材料，很难顺利抽出，同时裂解材料浇铸时间很难准确掌握，双金属界面无法形成稳定的结合界面。

申请号为201510660790.0，名称为“一种双金属复合裂解连杆的熔模铸造方法”的专利提出通过熔模铸造工艺制备双金属裂解连杆。这种双金属裂解连杆的制造方法形成的裂解连杆没有经过锻造处理，铸件存在诸多铸造缺陷，界面结合质量差，机械性能不强，疲劳强度低，不能直接用于发动机。

为了解决上述专利技术存在的问题，本发明提出的钢制双金属裂解连杆的锻造方法，通过熔模铸造工艺实现连杆铸坯在双金属界面的熔合结合，锻造前的热处理可以增加双金属界面元素的扩散，形成稳定连续的扩散层，增强界面的结合强度；经过锻造可以提高连杆的综合力学性能，锻合铸件存在的缺陷；锻后的调质处理可以是连杆主体材料组织为调质组织，裂解材料为回火马氏体组织，有利于后续连杆的裂解加工。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述问题提供一种钢制双金属裂解连杆的锻造方法，可以解决普通的中碳钢、中碳合金钢无法用于裂解连杆的生产制造问题。

本发明的技术方案是：一种钢制双金属裂解连杆的锻造方法，其特征在于，包括如下步骤：

s1：通过铸造工艺制备钢制双金属裂解连杆的铸坯，其铸坯由连杆体、裂解区和连杆盖组成，其中所述裂解区材料设为裂解材料，在所述连杆体和连杆盖之间；所述连杆体和连杆盖材料设为主体材料；

s2：对铸坯进行正火处理，用于消除裂解材料及界面区域内的网状渗碳体，且促进双金属界面形成连续的扩散层；

s3：将铸坯进行锻造，通过锻模上设桥口控制裂解材料的流动；

s4：清理锻件表面毛刺，并抛丸处理；

s5：对锻件调质处理，使连杆的力学性能达到要求，且保证裂解材料的裂解脆性；

s6：开设裂解槽、裂解、重装，最终得到钢制双金属裂解连杆成品。

进一步，步骤s1中所述的主体材料为中碳钢或中碳合金钢；所述的裂解材料为含碳量在0.7％～1.2％的高碳合金钢，其金相组织为退火状态的球状珠光体组织；裂解材料的厚度为2mm～3mm。

进一步，所述步骤s1具体如下：

s11：制造砂型模壳；

s12：将裂解材料的预热温度为500℃后，插入砂型模壳中的裂解区位置；

s13：浇铸主材料。

进一步，步骤s2中所述正火处理具体如下：

s21：将铸坯加热到800℃～820℃；

s22：保温6～10小时，用以促进主体材料和裂解材料在连杆体与裂解区的界面以及裂解区与连杆盖的界面处元素相互扩散，形成连续的扩散层，增强界面的结合性能，防止后续锻造开裂；

s23：空冷处理。

进一步，步骤s3中所述的锻造条件为：始锻温度为1100℃，终锻温度为800℃；铸坯锻造前后的高度的总锻造比为1.5～3.0；锻造工序分为制坯、预锻和终锻，其中铸坯预锻高度的锻造比占总锻造比的60％～80％。

进一步，所述终锻工序的锻模在锻件的四周设有裂解区桥口和连杆区桥口，其中所述裂解区桥口在裂解区中心线的两侧；所述裂解区桥口高度是连杆区桥口高度的2～3倍，用于以减小金属流动阻力，引导金属在终锻时向中间裂解区两侧的仓部流动，控制裂解材料的位置，并防止锻造时引起界面开裂。

进一步，所述步骤s5的调质处理为亚稳淬火加高温回火。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明所述的钢制双金属裂解连杆的锻造方法，从根本上突破裂解连杆对于材料的限制，解决普通的中碳钢、中碳合金钢无法用于裂解连杆的生产制造问题。

2.本发明所述的钢制双金属裂解连杆的锻造方法，解决了双金属界面结合质量、锻造界面容易开裂、裂解材料易锻造破碎问题，为锻造双金属裂解连杆创造了良好的工艺条件。

3.本发明所述的钢制双金属裂解连杆的锻造方法，工艺既保证了锻件整体力学性能，又保证了裂解材料的裂解脆性，为裂解与重装，创造了条件。

4.本发明所述的钢制双金属裂解连杆的锻造方法，工艺方法减少了连杆加工过程中存在裂解变形、断面掉渣、装配精度不高等问题，提高了裂解连杆的质量，促进了裂解连杆的生产与发展。

附图说明

图1为本发明所述的钢制双金属裂解连杆的锻造方法的连杆浇铸蜡模组示意图。

图2为本发明所述的双金属复合裂解连杆结构示意图。

图3为本发明所述的终锻锻模示意图。

图4为图3的b-b剖视图。

图5为图3的a-a剖视图。

图中：

1-连杆体，2-裂解区，3-连杆盖，4-浇铸系统，5-裂解槽，6-连接螺栓，7-裂解界面，8-裂解区桥口，9-连杆区桥口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。

一种钢制双金属裂解连杆的锻造方法具体按照如下步骤：

s1：通过铸造工艺制备钢制双金属裂解连杆的铸坯，其铸坯由连杆体1、裂解区2和连杆盖3组成，如图1和图2所示，其中所述裂解区2材料设为裂解材料，在所述连杆体1和连杆盖3之间；所述连杆体1和连杆盖3材料设为主体材料；所述的主体材料为中碳钢或中碳合金钢；所述的裂解材料为含碳量在0.7％～1.2％的高碳合金钢，其金相组织为退火状态的球状珠光体组织；裂解材料的厚度为2mm～3mm，保证锻造时裂解区2不会因为裂解材料较厚而开裂，又保证进行脆性裂解。本发明选用连杆主体材料为25钢，其化学成分质量百分比参照gb/t699—1999《优质碳素结构钢》；裂解材料为经过热处理后基体组织为退火状态的球状珠光体组织的w18cr4v，其化学成分质量百分比参照gb/t9943-2008《高速工具钢》。所述步骤s1具体如下：

s11：制造砂型模壳；

s12：将裂解材料的预热温度为500℃后，插入砂型模壳中的裂解区2位置；

s13：浇铸主材料。浇注温度为1600℃，冷却结束后，得到双金属铸坯。

s2：对铸坯进行正火处理，用于消除裂解材料及界面区域内的网状渗碳体，且促进双金属界面形成连续的扩散层；具体正火处理按如下步骤：

s21：将铸坯加热到800℃～820℃；

s22：保温6～10小时，用以促进主体材料和裂解材料在连杆体1与裂解区2的界面以及裂解区2与连杆盖3的界面处元素相互扩散，形成连续的扩散层，增强界面的结合性能，防止后续锻造开裂；

s23：空冷处理。

s3：将铸坯进行锻造，通过锻模上设桥口控制裂解材料的流动；锻造条件为：始锻温度为1100℃，终锻温度为800℃；铸坯锻造前后的高度的总锻造比为1.5～3.0，锻造比的计算是以锻前高度除以锻后高度；锻造工序分为制坯、预锻和终锻，其中铸坯预锻高度的锻造比占总锻造比的60％～80％。如图3、图4和图5所示，所述终锻工序的锻模在锻件的四周设有裂解区桥口8和连杆区桥口9，其中所述裂解区桥口8在裂解区2中心线的两侧；所述裂解区桥口8高度是连杆区桥口9高度的2～3倍，用于以减小金属流动阻力，引导金属在终锻时向中间裂解区2两侧的仓部流动，控制裂解材料的位置，并防止锻造时引起界面开裂。

s4：清理锻件表面毛刺，并抛丸处理；可以利用锻造后的余热切除飞边，然后强风冷却；采用砂轮机清理双金属裂解连杆锻件表面毛刺，然后采用抛丸机对处理后的裂解连杆锻件抛丸处理。

s5：对锻件调质处理，使连杆的力学性能达到要求，且保证裂解材料的裂解脆性；对锻件进行亚稳淬火加高温回火的调质处理；具体为亚稳淬火时将锻件加热到760～800℃，保温一定时间，然后工件在低温盐浴或碱浴炉中淬火，盐浴或碱浴的温度在340℃点附近，工件在这一温度停留2min～5min，然后取出空冷，这种冷却方式可以使工件内外温度较为均匀，同时进行马氏体转变，可以大大减小淬火应力，防止变形开裂；高温回火将淬火后的锻件加热到500～600℃，保证主体材料为调质组织，裂解材料为回火马氏体组织；调质处理可以提高主体材料强度、塑性和韧性，使锻件具有良好的综合机械性能，防止后续裂解加工产生裂纹或变形；

s6：开设裂解槽、裂解、重装，最终得到钢制双金属裂解连杆成品。进行裂解试验，在连杆大头端沿中心线通过激光对称开设v型裂解槽5，使用裂解设备，在裂解区2进行裂解；然后以裂解后形成的三维凹凸界面7为定位基准，将连杆体1和连杆盖3通过连接螺栓6进行重装，最后得到精装的双金属裂解连杆的长度与锻件相比增加0.26mm，小于裂解要求的0.5mm的误差要求，证明该锻造工艺的合理性。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。