CN1900328A - 大型非调质钢发动机曲轴热处理工艺方法 - Google Patents

大型非调质钢发动机曲轴热处理工艺方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种大型非调质钢发动机曲轴热处理工艺方法。本方法是利用锻后余热，增加正火处理，正火加热至860－900℃温度、并保温110－180分钟，再以40－60℃/分钟冷却速度快速降温，然后缓慢降温降至300℃出炉，进入应力时效处理工序。本方法利用锻后余热所进行的正火和控制冷却，对锻后曲轴实施了二次相变处理，改善锻后金相组织，细化了金相组织晶粒，提高其塑性和韧性指标，并获得较为理想的综合机械性能，因而完全满足非调质钢大型发动机曲轴的应用需求。

Description

大型非调质钢发动机曲轴热处理工艺方法
技术领域
本发明涉及的是大型非调质钢发动机曲轴锻件的热处理方法工艺技术。
背景技术
国内非调质钢曲轴由于塑性和韧性性能较差，其大部分只能应用于轻型卡车和轿车的连杆、曲轴等部件上，而在大型发动机曲轴方面也只有东风汽车有限公司的康明斯B、C系列曲轴产品有应用，该曲轴产品采用锻造后控制冷却方法热处理制成。其工艺方法也仅控制强度和硬度指标，其强度为σb≥800Mpa，硬度为HB235-280，其它技术指标无法特别控制，其延伸率为δ5≥10-13％，晶粒度个别为0级，多数低于3级，这与厂家用户所要求的σb≥800Mpa、σs≥500Mpa、δ5≥16％、ψ≥35％、硬度为HB241-295、晶粒度细于5级的技术指标要求相差甚远。
作为曲轴用钢材料，其最基本的条件是要达到所需强度和韧性要求。而现有非调质钢曲轴热处理方法，存在晶粒粗大，塑性和韧性差的技术弊病。经研究分析发现，锻造和终锻温度高、冷却速度慢是造成上述技术弊病的主要原因。锻后空冷处理，其金相组织是沿奥氏体晶界析出的等轴铁素体与片状珠光体的混合组织，随锻造加热温度的提高，奥氏体晶粒长大，空冷后初析铁素体量减少，珠光体作用尺寸增大，在1200℃以上的加热温度，这种变化尤为显著。珠光体相对量的增加是硬度增高的主要原因，韧性下降的主要原因是晶粒粗大和铁素体相对量减少。若将锻造温度控制在1200℃以下，对于大型发动机曲轴，其形状复杂，不仅增加了锻造成型的困难，而且模具寿命也急剧下降，切边很困难，导致无法正常生产。
发明内容
本发明专利申请的发明目的在于提供一种大型非调质钢发动机曲轴热处理工艺方法，经过该热处理工艺处理的非调质钢曲轴除符合强度和硬度技术指标之外，还要达到细化金相组织晶粒，同时提高非调质钢的塑、韧性指标的要求，使其适于作为大型发动机曲轴应用。本发明专利的大型非调质钢发动机曲轴热处理工艺方法，其技术方案的主要技术内容是：将锻后曲轴控制冷却至500-700℃温度后，正火加热至860-900℃温度、并保温110-180分钟，其后以40-60℃/分钟冷却速度使其温度降至500-700℃，然后以不超过15℃/分钟的冷却速度冷却至300℃出炉，进入应力时效处理工序。
本发明的大型非调质钢发动机曲轴热处理工艺方法技术方案，利用锻后余热再进行正火和控制冷却，对锻后曲轴实施二次相变处理，改善锻后金相组织，控制铁素体和珠光体的相对含量，细化了金相组织晶粒，提高其塑性和韧性指标，并能获得较为理想的综合机械性能，充分满足了用户对产品的需求。
具体实施方式
以下将对本发明的技术方案作详细说明。
本发明专利申请的大型非调质钢发动机曲轴的热处理工艺方法，其工艺路线为：锻造→锻后控制冷却→正火→正火后控制冷却→校直及去应力时效处理。在本实施例中，以S38MnSiV和48MnV两种材料为例进行说明。其锻造温度应在1200℃-1240℃以上，终锻后悬挂进入锻后控制冷却室控制冷却，其冷却速度约为25℃-30℃/分钟，将其冷却至500-700℃温度范围，再入正火炉加热至860-900℃，保温110-180分钟进行二次相变处理，正火后再悬挂进入锻后控制冷却室，以空压方式强制冷却，以冷却速度40-60℃/分钟将曲轴冷却至500-700℃后，再以相对缓慢的冷却速度冷却至约300℃出炉空冷，其冷却速度最好不超过15℃/分钟，其后进入去应力时效处理工序过程。
去应力时效前后其硬度对比表格为：
  次数   工艺   硬度(HB)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1   正火后不时效 240 237 242 250 241 255 248 256 242 235
  时效   255   245   266   262   253   260   248   248   250   258
2   正火后不时效 245 246 255 244 235 257 255 246 237 242
  时效   257   260   248   250   246   252   257   253   250   246
经540～560℃时效处理，促进V、N等基体强化化合物的析出。硬度指标基本不降低，反而有略微上升趋势。
以下将通过表格来比较锻后直接控制冷却热处理工艺、锻后普通正火热处理工艺和锻后余热正火控制冷却热处理工艺三种方法的各机械性能值的对比情况。
材料   状态   σb(N/mm2)   σs(N/mm2)   δ5(％)   ψ(％)   ak(J/Cm2)   硬度(HB)   晶粒度
  S38MnSiV   锻后直接控制冷却   851～921   554～618   10～14   2234 14～21 249～262 3～4.5
48MnV 908～933 594～617 9～12 1223 8～26 256～271 3～4.5
S38MnSiV   普通正火处理 755～848 490～586 18～25   29～58 37～115   232～254 6.5～7
  48MnV 730～864 478～489 18～19   5155 11～50   255 6～6.5
S38MnSiV   余热正火控制冷却 813～916 506～633 16～21   39～55 33～80 235～302 7～8.5
48MnV 776～860 490～560 16～19 3555 29～66 235～290 7～8.5
经对比可知，一方面S38MnSiV材料的曲轴强度和塑韧性及稳定性均优于48MnV曲轴材料，另一方面表明：第一种工艺
方法，其金相组织晶粒粗大，初析铁素体量减少，珠光体作用尺寸增大，硬度、强度指标均较高，但塑韧性较低，远达不到用户需求；第二种工艺方法，其金相组织晶粒细小，初析铁素体量较多，珠光体作用尺寸较少，其塑韧性太高，但硬度、强度指标均较低，达不到用户需求；第三种工艺方法，即本专利申请工艺方法，其金相组织晶粒细小，由于其冷却速度快，初析铁素体适中，珠光体作用尺寸适中，硬度指标较高，其综合机械性能比较好，完成满足了用户需求。

Claims (1)

1、一种大型非调质钢发动机曲轴热处理工艺方法，其特征在于其方法是：将锻后曲轴控制冷却至500-700℃温度后，正火加热至860-900℃温度、并保温110-180分钟，其后以40-60℃/分钟冷却速度使其温度降至500-700℃，然后以不超过15℃/分钟的冷却速度降温降至300℃出炉，进入应力时效处理工序。
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