46MnVS5非調質鋼漲斷連桿掉渣原因分析及改進

隨著環保成為現代工業發展的主題之一，汽車輕量化、綠色化的設計越來越受到人們的重視，非調質鋼“綠色鋼材”和脹斷加工技術在高品質汽車發動機連桿上的應用已經成為發動機連桿生產的趨勢[1-4]。連桿的工作環境惡劣，承受載荷復雜，且隨著內燃機熱效率的提升及降低排放量的要求，連桿的設計制造向著輕量化、高強度以及耐疲勞的方向發展，這就對材料的設計和工藝提出了極高的要求[5-8]。

46MnVS5 制造的脹斷連桿，具體加工工藝為：粗磨→鉆孔→清洗→預制裂解槽→連桿有控斷裂（脹斷）一斷裂連桿裝配螺栓→精整 →精磨→清洗→終檢。

用戶在使用46MnVS5脹斷連桿進行脹斷加工后發現脹斷處表面出現掉渣現象。采用宏觀檢驗、化學成分分析及金相檢驗等方法對掉渣產生的原因進行了分析。

理化檢驗

1.宏觀檢驗

46MnVS5鋼連桿脹斷處掉渣樣宏觀形貌及連桿大頭脹斷處外表面掉渣部位宏觀形貌如圖1所示，其中箭頭所指為脹斷處掉渣部位。

掉渣處位于脹斷面螺紋孔外側的縱向凸起處及過冶金缺陷，連桿大頭脹斷處打開后斷面宏觀形貌如圖2所示，其中終斷區斷面粗糙不齊。

渡區外表面，為一處長條形孔洞，把連桿脹斷處打開后發現，斷裂源為大頭內壁表面的預制裂解槽處，然后開裂向外擴展，最終在螺紋孔外側的縱向凸起處斷裂，掉渣即發生在此終斷區表面。終斷區斷面很不平整，起伏較大，掉渣處尤為嚴重，斷裂面未發現其他

2.化學成分分析

采用德國OBLF750型直讀光譜儀，對連桿掉渣樣進行化學成分分析，分析結果見表1。

表1連桿掉渣樣的化學成分

（質量分數： % ）

3.金相檢驗

取連桿大頭脹斷處掉渣部位橫向磨制后檢驗，發現螺紋孔外側的縱向凸起處顯微組織為珠光體和沿原奧氏體晶界分布的鐵素體，此處晶粒大小不一且個別晶粒較粗大，存在明顯的混晶現象，表面脫碳層深度為 0.20mm 左右，掉渣處一側凸起處及過渡區附近表面組織微觀形貌如圖3所示。

而另一側未掉渣螺紋孔外側縱向凸起處表面組織微觀形貌組織為珠光體和沿原奧氏體晶界分布的鐵素體，如圖4所示，此處晶粒均勻，表面脫碳層深度為 0.25mm 左右。連桿基體組織為珠光體和網狀鐵素體。

分析判斷

1.化學成分

化學成分分析無異常，說明46MnVS5鋼連桿脹斷處材料物理化學特征正常。

2.宏觀檢驗

宏觀檢驗表明，連桿大頭脹斷處掉渣發生在脹斷面螺紋孔外側的縱向凸起處及過渡區外表面，為一處長條形孔洞。把連桿脹斷處打開后發現，斷裂源為大頭內壁表面的切割線處，然后開裂向外擴展，最終在螺紋孔外側的縱向凸起處表面斷裂，掉渣即發生在此終斷區表面。終斷區斷面很不平整，起伏較大，掉渣處尤為嚴重，斷裂面未發現其它冶金缺陷。以上現象說明連桿掉渣發生于終斷區外表面，即螺紋孔外表面的縱向凸起處與過渡區表面。

3.金相檢驗

金相檢驗分析，螺紋孔外側的縱向凸起處顯微組織為珠光體和沿原奧氏體晶界分布的鐵素體，此處晶粒大小不一且個別晶粒較為粗大，存在明顯的混晶現象，表面脫碳層深度為 0.20mm 左右；而另一側未掉渣螺紋孔外側的縱向凸起處顯微組織為珠光體和沿原奧氏體晶界分布的鐵素體，此處晶粒均勻，表面脫碳層深度為 0.25mm 左右。連桿基體組織為珠光體 ⁺ 網狀鐵素體，為連桿正常組織。

綜合分析，連桿脹斷過程中首先向連桿施加垂直于斷裂面的外加載荷，在裂解槽處形成高應力集中，萌發初始微裂紋。當外加載荷達到某一臨界值時，初始裂紋沿螺紋孔兩側快速向后擴展，發生脆性斷裂，裂紋擴展至末端后兩側裂紋相遇[9]。

結語

本文連桿脹斷區域表面因晶粒大小不一致導致組織不均勻，連桿表面不同區域的斷裂脆性不一致，導致在脹斷過程中裂紋擴展速度和方向不穩定。在脹斷加工時裂紋從內表面切割線處向外表面擴展，到外表面時因斷裂脆性不一致導致裂紋擴展速度也不一致，進而產生向其他方向延伸的二次開裂裂紋，這種與主裂紋不在一個平面的二次開裂裂紋擴展到與主裂紋匯合時就會產生斷面不平甚至掉渣現象。

1）46MnVS5鋼連桿大頭脹斷處出現掉渣的主要原因為材料表面存在的混晶組織有關。2）通過優化加熱工藝后（均勻加熱，避免局部過熱、合理保溫時間保證充分奧氏體化但不過長等），均勻了組織，掉渣問題得到了徹底解決。

參考文獻：

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缺陷的分析[J].熱加工工藝，2024，53（13）：142-146.AUTO1950