1.2　活塞環、活塞銷、活塞桿與連桿的熱處理工藝與規范

1.2.1　活塞環的熱處理工藝與規范

1.2.1.1　活塞環的工作特點與性能要求

活塞環包括氣環和油環，其示意圖如圖1-21所示。汽車發動機用活塞環采用灰口鑄鐵、合金鑄鐵或鋼制造，上壓縮環用合金鑄鐵。對于強力發動機為保持其動能，活塞環采用高合金鑄鐵制造，如Cu-V-Ti、Cr-Mo合金鑄鐵、高P鑄鐵、W-V-Ti鑄鐵及球墨鑄鐵等，這些材料普遍具有良好的耐磨性和抗腐蝕性，在活塞的往復運動過程中，始終能確保不漏油和氣，同時也具有易于制作、較小的摩擦系數等特點，鑄鐵和鋼制活塞環的熱處理技術要求如下。

①鑄鐵活塞環：低合金鑄鐵的硬度為98～108HRB；鎢合金鑄鐵的硬度為96～106HRB；球墨鑄鐵的硬度為100～110HRB。要求同一支活塞環上硬度差不大于3HRB；其組織為細片珠光體（或索氏體）+小于20％的石墨（長度在0.12～0.18mm）+小于5％的鐵素體（應分散分布）+磷共晶碳化物（應呈細小均勻分布）。

②鋼制作的活塞環（油環）的控油效果好，選用的材料為65Mn、50CrV等彈簧鋼和T8A碳素工具鋼等，熱處理淬火+回火后的硬度為74～78HRA。

1.2.1.2　鑄鐵（或鋼制）活塞環的機械加工工藝流程

根據鑄鐵活塞環加工工藝流程的不同，一般分為兩種，即單體鑄造和筒體鑄造。

①單體鑄造工藝流程為：機械加工→去應力退火→半精加工→表面處理（滲碳、碳氮共滲或氮化等化學熱處理）→精密加工→表面處理→成品。

②筒體鑄造工藝流程為：機械加工→熱定型→內外圓加工→表面處理→精加工→表面處理→成品。

鋼制組合油環—刮環的工藝流程：下料→淬火和回火（74～78HRA）→拉邊→繞圈→熱定型→鍍鉻→磷化→切口和修口。

1.2.1.3　活塞環的熱處理工藝

①鑄鐵活塞環的熱處理工藝曲線　盡管兩種鑄造工藝的不同，但其熱處理基本流程是一致的，均包括去應力退火、淬火和回火、熱定型、表面處理等，在實際的活塞環熱處理過程中，應當分析具體的活塞環來編制正確的熱處理工藝，以獲得要求的組織和力學性能。

球墨鑄鐵活塞環的熱處理是進行淬火+高溫回火處理，淬火溫度取860～900℃，冷卻介質為油，淬火后獲得馬氏體組織，硬度在58～60HRC，高溫回火溫度在500～600℃，使滲碳體分解而析出石墨，得到了回火索氏體+球狀石墨，具有較高的強度和韌性，硬度在100～110HRB，滿足了活塞環的技術要求，具體熱處理工藝見圖1-22。另外，鑄鐵活塞環的定型處理也是一個重要的工序，在高于回火溫度將成形的活塞環進行穩定化處理，既可消除加工應力，又可確保其工作狀態下尺寸的穩定，通常的熱處理工藝見圖1-23。

②T8A鋼制活塞環的熱處理工藝曲線　常用的活塞環材料為50CrVA、65Mn、T8A等，刮環用鋼帶的熱處理是在管式可控氣氛爐中進行，淬火冷卻介質為機械油。熱處理后的鋼帶在繞圈機上纏繞后，與定型胎套一塊放進熱定型筒中密封，隨后在電阻爐中加熱定型處理。通常熱處理工藝見表1-31。T8A鋼制活塞環的熱處理工藝曲線見圖1-24。

1.2.1.4　活塞環的熱處理工藝分析與實施要點

①鑄鐵單體鑄造后的去應力退火工藝為（550～570）℃×120min，資料介紹保溫結束后出爐空冷或爐冷至480℃出爐空冷，可消除90％以上的加工應力。應當指出爐冷至480℃后空冷處理的活塞環的硬度均勻性比較好。通常鑄鐵環在上下粗磨兩端面后退火，起到消除鑄造和機加工應力、穩定尺寸和精度的作用，實踐證明具有明顯的效果。

②活塞環的熱定型（固定）處理，是將其縫隙大小固定，以使壓緊于氣缸壁內，其目的是在工作過程中有適當的彈性。應當說它是應力退火的一種形式，活塞環的定型采用專用夾具，上、下為兩個壓盤，中間串螺栓壓緊，其中一個底盤固定。定型桿在圓盤的邊緣處，其寬度等于活塞環（漲圈）定型后開口尺寸。一般活塞環定型壓緊的程度以裝好后用力抖動，活塞環的位置不變為宜。具體溫度的選擇以不破壞鑄鐵的組織為原則，定型處理后的硬度為220～270HBW（98～105HRB）。

③裝夾后的活塞環應在帶有風扇攪拌的可控氣氛爐內加熱，以避免出現表面的氧化缺陷，如無條件可在大型硝鹽爐中進行，但要控制好硝鹽浴的加熱溫度。

應當注意，定型后的活塞環改善了組織，降低了基體的硬度，消除了應力，獲得一定的殘余變形。如處理后開口縮小，則表明溫度低，應進行重新定型處理。為了保持彈性的穩定化，活塞環還要裝入氣缸中加熱到400℃并保溫2～4h進行穩定處理，以期兩者之間的配合間隙良好。

④其他表面處理，活塞環表面處理后成倍地提高了活塞環的耐磨性。對要求更高的耐熱性和抗黏著的活塞環，還可進行噴涂鉬，目前僅用于高負荷的活塞環。為便于比較幾種表面處理方法及性能，將其列于表1-32中供參考。

鑄鐵活塞環的表面處理是為了提高活塞環的耐磨性和耐熱性，改善與氣缸壁的走合性能。由于一般氣環的工作條件差，外圓面上要進行多孔性鍍鉻，具有硬度高、可儲存少量的潤滑油、使用壽命提高2～3倍等特點。另外，也可噴涂鉬或進行滲氮、激光熱處理，端面進行磷化處理同樣起到良好的作用。而對油環則進行鍍錫或磷化處理，也可鍍鉻或噴涂鉬，改善磨合性能和提高活塞環的耐磨性。壓縮環鉻層≥0.10mm，油環≥0.08mm。鍍鉻后的活塞環要去氫處理，鍍鉻層硬度不低于750HV（200HRB）。對活塞環的未磨損部位，應進行防蝕處理，常見的方法為鍍錫、氮化等，滲層在0.001～0.003mm。

關于活塞環的氮化，在國外是采用高碳高鉻馬氏體不銹鋼制作活塞環，只有這樣才能達到鍍鉻活塞環的耐磨效果，需要解決的難題是滲氮處理時發生一定程度的變形，破壞了活塞環精密橢圓曲線外形，改變了其原有的接觸應力分布，造成環的密封性能不符合要求。事實表明，活塞環的滲氮變形是環熱處理定型工藝造成的回縮慣性和外圓單邊滲氮造成的殘留應力不平衡所致，采用專用的環滲氮專用夾具，定位桿固定在環開口處，以防止縮口，確保了自由開口的尺寸保持穩定。

1.2.1.5　活塞環的熱處理質量檢驗

根據活塞環的技術要求和工作條件，進行以下幾個方面的檢驗。

①表面不允許出現裂紋、毛刺、銹跡和崩塊等。

②鍍鉻后的活塞環表面無鉻瘤、鉻層裂紋、尖銳鉻邊和崩塊等。

③鉻層與活塞環應牢牢結合，無脫落現象。

④活塞環外圓表面及上下端面無粗加工后的刀痕、劃傷、振紋以及氧化皮等，退磁應徹底，否則將造成活塞環的異常損壞。

⑤硬度的檢查。

1.2.1.6　活塞環的熱處理常見缺陷分析與對策

略。

1.2.2　活塞銷的熱處理工藝與規范

1.2.2.1　活塞銷的工作條件和性能要求

活塞銷是發動機上用于連接活塞和連桿小頭的結構件，相當于雙點支承架，為鋼制的空心圓柱體。其作用是連接活塞和連桿，將活塞承受的氣體作用力傳遞給連桿。其具體形狀見圖1-25。

根據活塞銷的工作特點和技術要求，要求選用的材料具有足夠的強度、韌性、表面耐磨性好及高的疲勞強度等，為減小往復慣性力，其重量盡可能的減輕，故采用中空結構。因此適宜制作活塞銷的材料為低碳鋼或低碳合金鋼（滲碳鋼），它們經滲碳、淬火處理提高其表面硬度，然后進行精磨和拋光處理。目前常用的材料有20、15Cr、20Cr、20Mn2、20CrMnTi、20CrMnVB、20CrMnMo等低碳鋼和低碳合金結構鋼。

（1）硬度

外圓表面硬度58～64HRC；心部硬度根據材料不同分為以下幾類：①對于20鋼，當壁厚2～10mm時，硬度≤38HRC；②對于15Cr、20Cr鋼，當壁厚為2～10mm時，硬度在24～45HRC，當壁厚10～18mm時，硬度為20～40HRC；③對于20Mn2鋼，壁厚為2～18mm時，硬度為24～48HRC。

（2）滲碳技術要求

滲碳層深度為0.8～1.9mm，滲層深度為共析層+過共析層+過渡層，不允許有大塊的碳化物，通常活塞銷的滲碳技術要求（成品）見表1-33。

1.2.2.2　活塞銷的機械加工工藝流程

根據材料的原始狀態的差異和具體的加工特點，活塞銷一般有以下幾類加工工藝流程。

①棒料　a.退火→磷化→冷擠壓→滲碳→淬火、回火→精加工→成品。

b.粗車外圓→滲碳→鉆內孔→淬火、回火→精加工→成品。

c.感應加熱→溫擠壓→滲碳→淬火、回火→精加工→成品。

②熱軋管　粗車外圓→滲碳→淬火、回火→精加工→成品。

③冷軋管　下料→滲碳→淬火、回火→精加工→成品。

從流程上可以了解到幾種材料工序的加工特點，棒料內孔的成形有鉆削和擠壓兩種，因此滲碳和熱處理的順序有所不同，這一點十分明顯，管制活塞銷工序則比較簡單，應當說生產成本低，在設計流程時應當給予重點考慮。

1.2.2.3　活塞銷的熱處理工藝

（1）活塞銷的預備熱處理工藝

滲碳鋼活塞銷的預備熱處理有兩類，即退火和軟化退火，它們的作用不同。一般冷擠壓前坯料的退火工藝見表1-34。

經退火后的材料硬度降低后，有利于切削加工和提高塑性，為擠壓和最終的熱處理做好了組織上的準備，因此應認真對待。

需要指出，棒料制活塞銷是利用模具冷擠壓或溫擠壓加工成形的，材料的晶粒被擠壓后出現加工硬化，熱處理前首先進行軟化或再結晶退火處理，使晶粒得到回復，退火工藝規范為（680～720）℃×（12～14）h爐冷至300℃出爐后空冷。

（2）活塞銷的滲碳工藝

通常活塞銷采用20Cr、20CrMo材料經冷擠壓成形，隨后進行雙面滲碳處理，其滲碳規范和具體要求見表1-35。一般的規律是要求的滲層深，則加熱溫度高、時間相應延長，但煤油的滴量應降低。

注：此表是活塞銷在RJJ-90-9滲碳爐中滲碳時的具體數值。

一般20Cr鋼制活塞銷典型的滲碳處理工藝為（920～940）℃×（6～10）h，具體工藝曲線見圖1-26。

滲碳層深度的檢驗方法為：將20鋼在850℃保溫20mm后空冷進行檢測；對于15Cr、20Cr、20Mn2等，采用850℃×（15～20）min+650℃×（10～20）min退火后在100倍顯微鏡下測量。

關于滲碳層碳化物的控制，在滲碳過程中應嚴格執行工藝參數，防止出現粗大碳化物或形成網狀碳化物，控制碳勢。通常推薦采用雙面滲碳，既能提高活塞銷的疲勞壽命，又能節約大量的原材料，同時簡化了工藝流程，降低了生產成本。雙面滲碳后活塞銷內孔表面得到強化，產生了較大的殘余壓應力，防止了內孔的縱向開裂，同時可抵消部分外加拉應力的作用，因此提高了疲勞強度，延長了其使用壽命，該工藝已經得到了推廣的應用。

（3）活塞銷的最終熱處理（淬火和回火）工藝

滲碳結束后的活塞銷的熱處理工藝方法較多，一是自滲碳溫度緩慢冷卻至860℃左右油冷，二是緩冷到室溫后在鹽浴爐或保護氣氛爐（如網帶爐或振底爐）重新加熱中進行淬火冷卻。一般要求在850～870℃保溫后采用循環油冷卻，淬火后的硬度>58HRC，應無淬火軟點或軟帶。淬火后的回火在硝鹽爐或油爐中（180～200）℃×（1.5～2）h進行，回火后硬度為58～64HRC，同一支活塞銷硬度差不大于3HRC。幾種材料的活塞銷熱處理后的心部硬度見表1-36。熱處理后馬氏體級別控制在1～5級，碳化物在1～3級。

1.2.2.4　活塞銷的熱處理工藝分析與實施要點

從滲碳活塞銷的熱處理過程來看，制定合理而正確的熱處理工藝，規范操作和進行嚴格的質量檢驗，才能確保產品質量符合技術要求，這是熱處理工作者和操作者應當認真思考和注意的問題，通過進行一系列的熱處理工序和工步，為活塞銷的批量作業奠定基礎和提供保障。

①15Cr鋼制活塞銷經930℃滲碳后空冷室溫后，重新加熱工藝規范為（840～850）℃×2h，保溫結束后油冷，低溫回火后硬度為57～65HRC，抗拉強度為800～1250MPa。該鋼在熱處理油冷后，個別活塞銷表面局部有軟點或軟帶，硬度只有50～55HRC，低于技術要求，檢測發現抗拉強度明顯低于設計要求。現將15Cr活塞銷滲碳后采用不同熱處理工藝以及相應的結果列于表1-37中。

從表1-37中的技術指標可知，活塞銷油冷后出現軟點或軟帶，金相檢驗心部有鐵素體組織，將影響其使用性能，由此可見油冷速度慢。而采用三硝水作為冷卻介質，則心部形成馬氏體組織，抗拉強度為800～1250MPa，完全符合技術要求，三硝水冷卻則可確保基體的硬度均勻一致。

②15Cr、20Cr鋼活塞銷滲碳后大多采用二次淬火工藝，由于滲碳層的碳含量控制在1.0％～1.3％，超過了共析成分的要求，因此在淬火時會得到較多的碳化物，同時內部殘留奧氏體增加，造成個別位置的硬度降低，故在活塞銷的摩擦部位會有麻點產生，造成其耐磨性的下降。經過反復實踐證明，通過調整活塞銷滲碳氣氛，將碳含量控制在0.8％左右，淬火后能得到馬氏體+均勻分布的顆粒狀碳化物，因此可在滲碳后進行一次淬火工藝，20Cr鋼活塞銷滲碳新工藝曲線見圖1-27。

③活塞銷的滲碳處理應考慮到活塞銷的吊掛方式，為了確保內外層滲碳均勻，需要采用專用夾具，也可捆綁鐵絲。活塞銷之間無疊壓、留有一定的間隙，便于滲碳氣氛的合理流動，同時也能使內外滲碳均勻。檢驗試棒插在活塞環的周圍，找到能體現真實滲碳深度的位置，通常深度應為爐膛高度的。

④活塞銷除了采用一般的熱處理工藝進行淬火和回火外，對其進行高頻感應加熱淬火更有意義，該工藝具有生產效率高、產品質量穩定、易于實現機械化和流水作業等特點，因此得到了極為廣泛的應用，可獲得高的表面硬度、良好的耐磨性，以及一定的強度和韌性，具有高的疲勞極限，能滿足其工作需要。另外，還要了解影響活塞銷產品質量的因素和特點，如材料的質量、工藝參數以及淬火機床的性能和穩定情況等，嚴格把關確保產品質量的穩定。

感應加熱速度快，組織變化比較大，因此顯微組織能夠及時反映感應淬火后是否過熱或欠熱、加熱不足等，從上面的講述中可以了解到：3級為中等針狀馬氏體，4～5級為細針狀馬氏體，6級為細致馬氏體是最理想的組織。另外，要根據零件的技術要求和使用工作條件來制定組織的級別，在熱處理的生產過程中，要嚴格執行工藝的要求，同時采用合理的參數是確保產品質量合格的前提，這一點應引起熱處理操作人員的高度重視。

⑤材料的化學成分的含量主要取決于零件的工作狀況和服役條件，高的硬度要選擇含碳量高的材料，并制定具體的加熱和冷卻的工藝參數，同時注意不同材料的淬透性差異對活塞銷壽命的影響。

1.2.2.5　活塞銷的熱處理質量檢驗

活塞銷熱處理后的質量檢查有以下幾個內容。

①活塞環的硬度合格，金相組織為細針狀馬氏體，允許存在少許粒狀碳化物。

②表面不允許任何形式的裂紋和銹跡，無尖角、毛刺和氧化物。

③外圓不得有麻點、黑斑、刻痕以及磕碰傷和劃傷等。

1.2.2.6　塞銷的熱處理常見缺陷分析與對策

活塞銷的熱處理包括滲碳、淬火和回火等，各種工藝參數和輔助工作均會影響到其熱處理技術指標，主要是對熱處理過程中缺陷歸類，便于理順思路。采用影響質量的因果分析法，則有助于針對具體的缺陷進行正確和判斷，為熱處理產品質量的提高提供保障，常見的熱處理缺陷與對策見表1-38。

1.2.3　活塞桿的熱處理工藝與規范

1.2.3.1　活塞桿的工作條件和性能要求

活塞桿同活塞一起在腐蝕的環境下工作，負責動力的傳遞，在工作過程中受到往復拉、壓交變應力的周期作用，活塞環與填料之間發生滑動摩擦，因此要求活塞桿具有足夠的強度和高的表面硬度，以及具有抗腐蝕、抗疲勞、抗擦傷和抗咬合能力。

從活塞桿在工作過程中的受力狀況而言，選用的材料應為調質鋼，熱處理后表面硬度高、而內部有良好的綜合力學性能，為提高活塞桿的使用壽命，其表面進行強化處理，來滿足其表面耐磨、耐蝕、摩擦系數小的具體技術要求。

1.2.3.2　活塞桿的機械加工工藝流程

38CrMoAlA是活塞桿的首選材料，其加工流程為：下料→鍛造→正火→粗車→調質處理→校直→去應力退火→精車（余量0.06～0.10mm）→去除加工應力退火→精磨（余量0.03～0.05mm）→探傷→超精加工→離子滲氮→拋光→成品。

1.2.3.3　活塞桿的熱處理工藝

（1）材料的預備熱處理工藝

38CrMoAlA鋼的預備熱處理為正火和調質，正火的目的是形成細片狀的珠光體組織，以提高基體的表面硬度，有利于后續的機械加工。其工藝為770℃×60min+940℃×30min，保溫結束后取出空冷。

調質工藝為（880～900）℃×30min+（930～950）℃×（25～30）min，預冷至880℃左右淬油，在（610～630）℃×（120～180）min高溫回火后空冷，基體硬度為28～35HRC。加熱應在可控氣氛爐內或鹽浴爐內進行，以減少零件表面的氧化或脫碳。活塞桿要吊掛加熱，彼此之間有合適的間隙，冷卻時依次挑出分別冷卻，油溫應控制在20～60℃，應確保完全淬透，只有這樣才能實現整體硬度的均勻一致。

去應力退火溫度為580～600℃，保溫8～10h，其目的是消除校直和機械加工產生的應力或錘擊力，避免后面工序出現變形等缺陷影響加工質量。

活塞桿經真空熱處理可以發揮材料的潛力，避免零件表面的氧化和脫碳，具有表面光亮和變形小等特點，表面的狀態沒有受到影響，因此明顯提高了疲勞強度。在真空熱處理過程中，采用低的真空度，其目的是防止合金元素在高溫下的蒸發和降低使用壽命。通常真空度的范圍為6.67×10-1～13.3Pa，淬火介質為ZZ-1或ZZ-2真空油，油壓在13.3～1×105Pa時可獲得高的硬度。

（2）材料的最終熱處理——離子氮化

采用離子滲氮的目的是：為了提高活塞桿的表面硬度、獲得良好的耐磨性以及具有抗腐蝕性，可明顯提高其使用壽命，因此目前活塞桿普遍采用該類表面處理工藝。

關于活塞桿的離子氮化工藝，在實際生產過程中通常選用三段離子滲氮工藝，即（510～530）℃×4h+（560～580）℃×8h+（510～530）℃×4h，滲氮結束后隨爐降溫至100℃以下出爐空冷。滲層深度為0.37～0.39mm，硬度為1096～1150HV5，脆性小于2級，滲氮層無網狀、脈狀氮化物，組織正常。

目前用中頻淬火來代替活塞桿的離子氮化，實際使用效果不錯。首先進行調質處理后再經中頻淬火，可使表面硬度在52～60HRC之間，變形量小于0.5mm。

1.2.4　連桿的熱處理工藝與規范

1.2.4.1　連桿的工作條件與性能要求

發動機連桿是由大頭、小頭和桿身組成，見圖1-28，是活塞和曲軸的連接零件，小頭與活塞一起作往復運動，把作用于活塞頂部端面的膨脹氣體壓力傳遞給曲軸，使活塞的往復直線運動變為曲軸的回轉運動，連桿在工作過程中把氣缸體氣體燃燒產生的壓力傳遞給曲軸，驅動回轉。

連桿在工作過程中受到壓縮、拉伸、彎曲和沖擊交變載荷作用。考慮到連桿需要將活塞所承受的、通過燃燒所產生的巨大推力傳遞到曲軸上，所以連桿和活塞一樣，要求連桿具有質量輕、足夠的剛度和強度、高的疲勞強度和良好的沖擊韌性等，否則連桿螺栓、桿身的大端蓋將發生斷裂，造成發動機的損壞。

連桿通常采用中碳鋼或合金鋼模鍛或輥鍛而成，例如40、45、50、45Mn2、40Cr、35CrMo、42CrMo等，也有少數連桿采用稀土鎂球墨鑄鐵制造，連桿桿身多制成“工”形截面，該截面可以在質量盡可能小的情況下，獲得足夠的剛度和強度。常見材料的熱處理技術要求見表1-39，連桿的熱處理技術要求為：花鍵與桿部硬度在37～44HRC，盤外圓硬度為24～34HRC。

根據連桿的工作條件和技術要求，連桿調質處理后的顯微組織為均勻、細小的細晶粒索氏體，確保連桿既具有足夠的強度，又獲得了較高的韌性以及優良的抗疲勞性能，因此不得有片狀鐵素體和非金屬夾雜物，最后進行強化噴丸處理。對于非調質鋼如采用鐵素體——珠光體制造汽車曲軸和連桿工藝，如35VS、35MnV、35MnVS、40MnV以及43MnS等。

1.2.4.2　連桿的機械加工工藝流程

根據連桿的形狀和技術要求等，結合零件成形的方法，采用最佳的流程和經濟成本，來編制工藝和設計其加工流程，目前國內外普遍使用和成熟的流程為：剪切下料→鍛造成形→正火處理→切削加工→調質處理→硬度檢查→校直→噴丸處理→探傷→精加工→成品。其中設計到熱處理的工序為調質處理和正火處理，它們對基體的強度和力學性能有重要的影響，要引起高度重視。

1.2.4.3　連桿的熱處理工藝

目前連桿的生產廠家多利用鍛造余熱進行淬火和回火，以此來取代調質工藝，但應注意回火后的連桿要進行熱校直處理，并進行低溫回火處理，達到校直連桿和消除應力的目的，以確保連桿能進行正常的機械加工。

（1）調質工藝

連桿經調質處理后可獲得良好的力學性能，降低了硬度、改善了切削加工性、細化了晶粒，為最終的熱處理做好了組織準備，實踐證明，如采用正火處理，則其各項技術指標是無法滿足要求的。表1-40為常見連桿材料的調質工藝規范。

資料介紹，對于連桿整體淬火在盤部與軸連接處出現開裂的情況，可采取盤部首先在油中冷卻8～10s，取出空冷15～20s后使半軸全部浸入流動的水中，此時桿部的硬度在46～48HRC，表面組織為馬氏體+托氏體，心部為索氏體+少量鐵素體。

（2）利用鍛造余熱進行連桿的淬火和回火

資料介紹，40Cr和45連桿分別利用余熱淬火和回火，同調質處理的力學性能相比，抗拉強度、斷面收縮率、沖擊韌性和硬度均有提高，兩者的工藝和力學性能如表1-41所示。一般含碳量0.40％～0.55％的中碳鋼鍛件均可采用余熱淬火，提高了作業效率，也節能降耗，減輕了勞動強度。

1.2.4.4　連桿熱處理工藝解析和實施要點

連桿的熱加工工序有鍛造、調質處理、正火等，在實際生產過程中，應注意以下幾個問題。

①40Cr、45鋼連桿鍛造時，應確保加熱溫度控制在1100～1200℃范圍內，終鍛溫度為900～1000℃之間，鍛造后油冷，以防止鐵素體的析出。

②淬火時應合理計算和控制淬火油溫和在油中的冷卻時間，連桿淬火后應及時回火，一般油溫控制在40～60℃，出油后立即放進低溫時效爐內保溫2～3h，清洗干凈后回火處理。

③需要說明的是，根據連桿的熱處理技術要求，拋棄傳統的熱處理方法進行合理的加熱淬火是十分必要的，因此對連桿進行中頻感應加熱是一種經濟有效的毛坯熱處理方法，事實證明，經過處理后的連桿各項技術指標符合技術要求，目前得到連桿制造廠家的普遍應用。

④有的柴油機45鋼連桿，設計要求為σb≥600MPa，σs≥300MPa，δ5≥16％和ψ≥40％，Ak≥20J，基體硬度在162～217HBS。采用正火或調質處理，會出現個別要求難以達到的情況，這同一批45鋼的含碳量的高低有直接的關系，建議對于含碳量在0.42％～0.46％的45鋼采用調質處理（即850～870℃加熱保溫，油冷，在620～640℃進行高溫回火處理），而對于含碳量在0.46％～0.50％的45鋼，采用正火處理（850～860℃加熱后吹風冷卻，在580～600℃進行回火處理）是可以滿足設計要求的，具體見表1-42。

⑤連桿的正火要求嚴格控制裝爐量，進行散開冷卻，否則，因為其不均勻冷卻，將可能造成力學性能的降低，對于大批量的作業，應采用強制吹風冷卻的方法，其目的是獲得要求的性能指標。

⑥連桿要求具有足夠的疲勞強度和結構剛度，強度不足會導致連桿的斷裂，剛度差則容易在服役過程中變形，將會造成活塞與氣缸之間的漏氣，影響其工作效率。因此連桿正火或調質處理后應進行表面強化處理，一般多為噴丸強化。

1.2.4.5　連桿的熱處理質量檢驗

①表面質量　通常采用熒光探傷進行檢驗，缺陷部位的熒光磁粉在紫外線燈下激發出黃綠色，連桿表面應無裂紋、發紋、折疊、氧化坑、錯移、金屬未充滿、分層和夾渣等缺陷。對不加工的表面要求清潔，毛坯經噴丸或其他表面處理。

②顯微方向　連桿體和連桿蓋縱面的金屬宏觀組織，其纖維組織應沿著連桿中心線并與外形相符，不得有紊亂和間斷。

③硬度　硬度的檢查部位在大頭和小頭的加工處，硬度值應符合圖紙技術要求。

④顯微組織　獲得均勻一致的細致索氏體。

1.2.4.6　連桿的熱處理常見缺陷分析與對策

為便于處理連桿在熱處理過程中的質量問題，起到檢查和指導作用，現將其列于表1-43中，供參考。

下面為連桿在熱處理過程中出現的脫碳與淬火裂紋，造成了連桿的早期失效情況。

①因連桿在加熱過程中，造成早期的疲勞斷裂。

圖1-29～圖1-31為該連桿在發動機連桿使用中發生早期斷裂，經過觀察分析為疲勞斷裂，疲勞源位于桿部工字梁凸緣圓弧處，在與疲勞源同側凸緣處有多條疲勞裂紋，裂紋擴展方向與疲勞斷口平行。

金相觀察疲勞源處零件表面脫碳嚴重（見圖1-32），桿部工字梁凸緣處應為中碳鋼調質組織——回火索氏體，而斷裂連桿疲勞源處組織已經成為低碳鋼亞溫調質組織——鐵素體+少量索氏體，這是降低連桿疲勞強度的原因，即連桿疲勞斷裂是凸緣處的嚴重脫碳所致。

②因連桿在淬火過程中，熱處理應力大造成連桿疲勞斷裂。

此連桿（見圖1-33）是在實驗室做臺架試驗35h發生連桿斷裂。該連桿選用45鋼制造，此批碳含量在0.41％～0.48％，碳含量的上限與下限對于連桿的淬透性有很大影響，同時連桿中的其他微量合金元素Cr、Mo、Cu、Ni等對于連桿的淬透性也有很大的影響。

從圖1-34和圖1-35中可以看出，連桿整個斷裂，連桿小頭處內外有明顯的淬火裂紋。

由于使用不同鋼廠、不同批次、不同爐號的原材料，因而其淬透性有很大差別，如采用同一熱處理工藝。有的組織性能達不到要求，有的卻是由于熱處理應力大產生淬火裂紋。

熱處理應力與零件形狀、壁厚有著直接的關系，由于連桿零件形狀復雜，壁厚不一，產生的淬火裂紋比較小，分布部位不確定。