汽车活塞销热处理工艺方法探究范文

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摘要：

针对汽车活塞销20Cr钢的热处理工艺方法进行了研究，对汽车活塞销热处理中常见的缺陷提出了预防和补救办法。

关键词：

汽车活塞销；热处理工艺；预防；补救办法

0引言

截至2014年6月底，全国机动车总保有量达2.17亿辆，随着汽车消费群体的日渐庞大，汽车产品的质量问题也变得越来越突出。汽车零部件是汽车系统相当重要的组成部分，由于汽车系统的自身特点，零部件质量的好坏直接影响到汽车行驶的安全，因此汽车零部件产品质量已经成为消费者在购车时所参考的重要因素。而汽车活塞销是连接汽车活塞和连杆的重要零件，它在使用过程中相当于双点支梁，承受着非对称的交变载荷，其表面长期在摩擦条件下工作，导致活塞销损坏的主要形式是表面磨损，但有时也有断裂和开裂现象。针对活塞销的损坏形式可以通过合理的热处理工艺，以减少活塞销在使用过程中出现的损坏，从而提高活塞销的质量和使用寿命。

1热处理工艺

1.1加工工艺路线

不同的原材料形式所对应的机加工路线是有所不同的，目前适合制造活塞销的原材料形式一般有热轧圆钢、冷轧圆钢、热轧无缝钢管、冷轧无缝钢管等，因此根据不同的原材料活塞销生产可以制定以下不同的加工工艺路线:1）热轧圆钢→粗车外圆→钻内孔→渗碳→淬火、回火→磨→成品；2）冷轧圆钢→钻内孔→渗碳→淬火、回火→磨→成品；3）热轧无缝钢管→粗车外圆→渗碳→淬火、回火→磨→成品；4）冷拔无缝钢管→下料→渗碳淬火、回火→磨→成品。

1.2活塞销（20Cr）渗碳层质量的控制

渗碳层质量的好坏主要是控制碳化物的大小，含铬的钢一般渗碳时表面易形成粗大的块状碳化物，其形成条件决定于渗碳层表层的含碳量，也可以说是渗碳时的碳浓度，与渗碳后续的冷却方式无关。此碳化物即使在渗碳后直接淬火也不能消除，因而也不能用渗碳后的正火来消除。这种粗大块状的碳化物削弱了渗层与基体组织的结合，也易造成应力集中，使渗碳层变脆。所以解决此问题的办法：一是把这种碳化物限制在磨量范围内，增加磨削余量，以便在后续的磨削加工中去除。二是通过微机可控气氛渗碳炉来控制渗碳碳势，允许最高炉气碳势1.25%，最高表面碳势1.15%，最终表面碳浓度0.85%，扩散系数为1.60。同时缩短渗碳时间，延长扩散时间，使表层碳浓度下降，这样可有效地控制和减少块状碳化物的深度。活塞销渗深1.2mm渗碳工艺见图1。

1.3活塞销（20Cr）两次淬火工艺方法

提高汽车活塞销的质量和使用寿命取决于合理的热处理工艺，活塞销的热处理工艺主要是渗碳和淬火工艺，选用渗碳钢（20Cr）在渗碳后一般经淬火、低温回火处理。然而对于性能要求较高的活塞销，可以采用两次淬火、回火的热处理工艺，因为活塞销长时间在高温下渗碳，晶粒度显著粗化，表层易形成网状渗碳体，这样不良的组织出现，将使活塞销的强度下降，耐磨性降低和脆性增大，特别是冲击韧性降低，消除的办法是两次淬火法。第一次淬火零件加热到Ac3以上，在此温度以上发生了三相的重结晶，冷却后心部得到了细化，而表层网状渗碳体溶解在奥氏体中得以消除，从而提高活塞销心部强度。第二次淬火零件加热到Accm以上某一温度，由于第一次加热使心部组织充分奥氏体化避免出现未溶铁素体，但是表层高碳部分不可避免存在过热趋向，组织较粗，为改善表层组织再进行一次针对过共析钢的加热淬火，第二次加热温度低于前面的温度，那么表层组织不再过热了，至于心部组织第二次加热是淬火马氏体状态重新加热，细化了渗碳层组织，提高活塞销表面硬度，增强表面抗磨性。对于合金元素含量较高的活塞销在渗碳淬火后还要进行冷处理，以减少渗碳层组织中的残余奥氏体量，提高活塞销表面硬度的均匀和稳定性。两次淬火、回火工艺见图2。

1.4活塞销内孔渗碳对疲劳寿命的影响

根据光测弹性应力分析的试验结果，如图3所示的活塞销内孔的C点和D点之间存在着很大的平面拉应力。在许多情况下为了提高零件的弯曲和接触疲劳强度，往往通过渗碳淬火和低温回火使零件表面产生残余压应力。所以，对内孔表面未渗碳淬硬的活塞销，由于活塞销内孔表面没有产生残余压应力，故在内孔的C点和D点之间的一点上首先会容易产生疲劳损坏，使零件失效。而内孔表面渗碳淬硬的活塞销，由于活塞销内表面产生了残余压应力，降低了内孔表面产生疲劳裂纹的可能，而零件疲劳裂纹的产生往往首先会发生在外表面上，因此活塞销内表面渗碳淬火将大大提高活塞销的疲劳寿命。对于内孔渗碳而淬硬的活塞销与内孔不渗碳而淬硬的活塞销进行疲劳寿命的比较见图4，内孔渗碳淬硬的活塞销疲劳寿命有显著提高，而且工艺过程简单，生产成本降低。

2结语

1）针对原材料取棒料的机加工工艺一定要考虑先钻孔再渗碳，这样通过淬火使活塞销内表面产生残余压应力，大大提高活塞销的疲劳寿命。

2）通过缩短渗碳时间，延长扩散时间，降低零件表面碳浓度，可有效地控制块状碳化物的深度，减少应力集中和渗碳层变脆。

参考文献：

［1］潘勤涛,刘建新.240活塞销制造工艺分析［J］.铁道机车车辆工人,2012（9）：14-16.

［2］王腊梅.280活塞销渗碳淬火热处理工艺开发［J］.金属加工（热加工）,2009（5）：41-43.

［3］王温银,周华茂,朱敦伦.活塞销断裂分析［J］.机械工程材料,2004（4）：45-47.

作者:钟怡帆 单位:九江职业大学机电工程学院