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摘要：

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

關(guān)鍵詞：

汽車活塞銷；熱處理工藝；預(yù)防；補(bǔ)救辦法

0引言

截至2014年6月底，全國機(jī)動(dòng)車總保有量達(dá)2.17億輛，隨著汽車消費(fèi)群體的日漸龐大，汽車產(chǎn)品的質(zhì)量問題也變得越來越突出。汽車零部件是汽車系統(tǒng)相當(dāng)重要的組成部分，由于汽車系統(tǒng)的自身特點(diǎn)，零部件質(zhì)量的好壞直接影響到汽車行駛的安全，因此汽車零部件產(chǎn)品質(zhì)量已經(jīng)成為消費(fèi)者在購車時(shí)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(dāng)于雙點(diǎn)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(dǎo)致活塞銷損壞的主要形式是表面磨損，但有時(shí)也有斷裂和開裂現(xiàn)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(xiàn)的損壞，從而提高活塞銷的質(zhì)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(yīng)的機(jī)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(jù)不同的原材料活塞銷生產(chǎn)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(nèi)孔→滲碳→淬火、回火→磨→成品；2）冷軋圓鋼→鉆內(nèi)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(zhì)量的控制

滲碳層質(zhì)量的好壞主要是控制碳化物的大小，含鉻的鋼一般滲碳時(shí)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(shí)的碳濃度，與滲碳后續(xù)的冷卻方式無關(guān)。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(jié)合，也易造成應(yīng)力集中，使?jié)B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(nèi)，增加磨削余量，以便在后續(xù)的磨削加工中去除。二是通過微機(jī)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(kuò)散系數(shù)為1.60。同時(shí)縮短滲碳時(shí)間，延長擴(kuò)散時(shí)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(zhì)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(jīng)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?yàn)榛钊N長時(shí)間在高溫下滲碳，晶粒度顯著粗化，表層易形成網(wǎng)狀滲碳體，這樣不良的組織出現(xiàn)，將使活塞銷的強(qiáng)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(fā)生了三相的重結(jié)晶，冷卻后心部得到了細(xì)化，而表層網(wǎng)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(qiáng)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(xiàn)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(jìn)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(tài)重新加熱，細(xì)化了滲碳層組織，提高活塞銷表面硬度，增強(qiáng)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(jìn)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(wěn)定性。兩次淬火、回火工藝見圖2。

1.4活塞銷內(nèi)孔滲碳對疲勞壽命的影響

根據(jù)光測彈性應(yīng)力分析的試驗(yàn)結(jié)果，如圖3所示的活塞銷內(nèi)孔的C點(diǎn)和D點(diǎn)之間存在著很大的平面拉應(yīng)力。在許多情況下為了提高零件的彎曲和接觸疲勞強(qiáng)度，往往通過滲碳淬火和低溫回火使零件表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。所以，對內(nèi)孔表面未滲碳淬硬的活塞銷，由于活塞銷內(nèi)孔表面沒有產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，故在內(nèi)孔的C點(diǎn)和D點(diǎn)之間的一點(diǎn)上首先會容易產(chǎn)生疲勞損壞，使零件失效。而內(nèi)孔表面滲碳淬硬的活塞銷，由于活塞銷內(nèi)表面產(chǎn)生了殘余壓應(yīng)力，降低了內(nèi)孔表面產(chǎn)生疲勞裂紋的可能，而零件疲勞裂紋的產(chǎn)生往往首先會發(fā)生在外表面上，因此活塞銷內(nèi)表面滲碳淬火將大大提高活塞銷的疲勞壽命。對于內(nèi)孔滲碳而淬硬的活塞銷與內(nèi)孔不滲碳而淬硬的活塞銷進(jìn)行疲勞壽命的比較見圖4，內(nèi)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(chǎn)成本降低。

2結(jié)語

1）針對原材料取棒料的機(jī)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(nèi)表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，大大提高活塞銷的疲勞壽命。

2）通過縮短滲碳時(shí)間，延長擴(kuò)散時(shí)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(yīng)力集中和滲碳層變脆。

參考文獻(xiàn)：

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

作者:鐘怡帆 單位:九江職業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院