不同特性材料在裂解連桿上應用的可行性研究

摘要：為探索連桿裂解工藝在不同連桿材料上應用的可行性，采用塑性有明顯差異的幾種材料，在特殊的應力槽加工工藝條件下進行了連桿裂解試驗。結果表明：對于球鐵和高碳微合金非調質鋼，通過對斷后試樣加載以模擬連桿螺栓對分離面的壓密過程，使分離面的變形充分彌合，斷后變形量和分離面形貌均可滿足連桿裂解工藝要求；對于非調質態中碳鋼，在一定的裂解槽加工工藝條件下，斷后變形量和分離面形貌也可滿足連桿裂解工藝要求；而對于調質態中碳鋼，在試驗的工藝條件下，斷后變形量和分離面形貌均無法滿足連桿裂解工藝要求

關鍵詞：連桿；裂解；材料

中圖分類號：TH16 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2550（2011）04-0074-04

Feasibility Study on the Apply of Splitting Connecting Rod Materials which

Make a Great Difference in Plastic Property

ZHANG Xian-guo， ZHENG Li-xin

（Dongfeng Commercial Vehicle Technical Center of DFL，Shiyan，442001，China）

Abstract：To study on the Feasibility of the apply of splitting technique on difference materials which make a great Difference in plastic property， it is analyzed by changing materials and methods of fracture machining. For Ductile Cast iron and high carbon micro-alloy un-tempered steel， the deformation and the fracture surface is satisfactory for fracture splitting connecting rod by force the fracture surface to close the deformation by imitate the load of connecting rod bolt. For un-tempered middle carbon steel，it is satisfactoryby using special technique. For tempered middle carbon steel， it is not satisfactory.

Key words：connecting rod；fracture split；Material

連桿分離面裂解工藝是利用材料在應力集中條件下的脆性斷裂特性，將連桿體和連桿蓋的毛坯做成一體，在連桿大頭孔粗加工后，于孔的兩內側加工兩條應力集中槽，然后利用外加沖擊載荷把連桿蓋從連桿體上分離開來的一種先進工藝。斷裂后的分離面能否充分嚙合的首要條件是分離面變形小，一般要求變形不大于0.08 mm，其主要影響因素包括中槽、裂解工藝及特性。

為探索連桿裂解工藝在不同特性連桿材料上應用的可行性，專門設計了連桿裂解模擬試樣，采用線切割和疲勞等特殊方式預制應力槽，分別利用球鐵（QT700-2）、高碳微合金非調質鋼（C70S6）和調質鋼（40Cr）等三種塑性指標有明顯差的連桿材料，進行連桿裂解工藝試驗，以分析裂解工藝參數和材料特性對裂解連桿分離面質量的影響。

1 球鐵

連桿模擬試樣如圖1所示，在專用的裂解裝置上進行裂解工藝試驗。圖1中試樣中心?準53孔為模擬發動機連桿大頭孔，兩側用線切割的方法加工1 mm深的缺口。

試驗材料為QT700-2，測得裂解裝置的裂解頭在不同移動速度時，試樣裂解前后?準53孔的變形見表1。圖2為變形隨移動速度的變化趨勢。由表1和圖2可知，裂解后模擬連桿螺栓擰緊所產生的軸向力對試樣加載，可顯著減小變形量，在壓200 kN條件下，孔的變形幾乎完全消除。分析圖2不同壓載荷下孔的變形趨勢可知，在試驗的速度范圍內（0.005 ～0.3m/s），隨著裂解頭移動速度增加，變形有增大的趨勢。但在試驗的速度范圍內，裂解頭移動速度對斷后變形量的影響不明顯。圖3為分離面，單個掉渣面積、總掉渣面積、偏離距離、峰谷高度等衡量分離面質量的參數均能滿足裂解連桿的要求。

2 高碳微合金非調質鋼

采用C70S6高碳微合金非調質進行了連桿模擬試樣的裂解工藝試驗。設計的試樣見圖4。測得裂解頭在不同移動速度條件下試樣裂解前后?準53孔的變形見表2。圖5為變形隨移動速度的變化趨勢。由表2和圖5可知，在試驗的速度范圍內（0.01～0.23 m/s），隨著裂解頭移動速度增加，斷后變形有降低的趨勢，但裂解頭移動速度對變形的影響不明顯，在試驗條件下，孔的最大斷后變形量僅為0.035 mm。圖6為模擬試樣的分離面特征。

3 中碳調質鋼

40Cr為連桿常用的中碳調質鋼之一，為了解該類材料在裂解連桿上應用的可能性，設計了圖7所示的連桿模擬試樣，采用疲勞預制裂紋后一次斷裂和疲勞斷裂兩種方式對該類材料的分離面特征和斷后變形進行了研究。

3.1 正火態40Cr

在試樣內孔兩側開槽處預制裂紋并使裂紋擴展至斷裂或預制一定長度裂紋后一次性快速拉斷。試驗結果見表3，分離面形貌如圖8和圖9。

由表3可知，無論何種斷裂方式，內孔變形量均可滿足工藝要求。觀察圖8可知，采取預制一定長度裂紋后一次性快速拉斷的斷裂方式可得到與C70S6連桿模擬試樣一樣完美的分離面。而采取裂紋疲勞擴展至斷裂的方式所獲分離面則與裂紋擴展過程有關。位移控制量小，裂紋擴展周次長，效率低，但所獲分離面形貌較理想（2＃、3＃試樣）；位移控制量大，裂紋擴展周次短，效率高，但所獲分離面形貌較差（4＃試樣）。

3.2 調質態40Cr

40Cr鋼在正火態和調質態的顯微組織和力學性能存在著較大差異。正火情況下，40Cr的顯微組織為片狀珠光體＋鐵素體，而調質態的40Cr為粒狀珠光體，其塑性指標明顯優于正火態。在試樣內孔兩側開槽處預制裂紋并使裂紋擴展至斷裂或預制一定長度裂紋后一次性快速拉斷，所得分離面見圖10。可見無論采用何種斷裂方式，分離面形貌均不能滿足要求。

4 結論

對于QT700-2或C70S6材料，在控制裂解頭移動速度為0.005～0.3 m/s 的條件下，通過對斷后試樣加載以模擬連桿螺栓對分離面的壓密過程，使變形充分彌合，可顯著減小斷后孔的變形量，分離面形貌均滿足要求。

對于正火態40Cr，采取預制一定長度裂紋后一次性快速拉斷的方式可得到與C70S6連桿模擬試樣分離面一樣完美的形貌，而采取裂紋疲勞擴展至斷裂的方式所獲分離面則與裂紋擴展過程有關。對調質態40Cr，在試驗的工藝條件下，分離面形貌均不能滿足要求。