影響連桿螺栓失效因素

李志敏

摘 要：連桿螺栓是發動機中的重要部件，連桿螺栓的質量關乎整個發動機的使用壽命。綜合分析影響產品機械性能不合格的因素有四種，是選材問題、加工質量、熱處理設備問題及熱處理工藝問題。排除選材問題、加工質量、熱處理設備問題，熱處理工藝問題是引起連桿螺栓機械性能變化的主要因素。

關鍵詞：連桿螺栓;機械性能;熱處理工藝

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.21.016

連桿螺栓是連接連桿大端軸承座與軸承蓋使之成一體的重要螺栓。零件雖小但至關重要，因經常承受復雜交變載荷的作用力，易于引起疲勞破壞而斷裂，如果斷裂將會損毀發動機，造成極其嚴重后果。所以在生產中要嚴格按生產工藝執行，保證產品的各項性能指標符合圖紙要求，發現問題及時解決，把隱患消滅在萌芽狀態。本文就生產中產品多次出現的機械性能不合格問題進行分析，逐一排查找出問題關鍵，針對問題制定了切實可行的解決方案。經過多次測試綜合分析影響產品機械性能不合格的原因，主要因素是選材問題、加工質量、熱處理設備問題，熱處理工藝問題。選材問題、加工質量、熱處理設備問題，熱處理工藝問題都將會導致連桿性能失效，最終在發動機運行中出現斷裂。

1 材質選擇、生產工藝及圖紙要求

產品：BX-4m125型往復式壓縮機

零件：2D125（50）03-02連桿螺栓

數量：80件 材質：35CrMoA

主要加工工序：來料后正火→粗車→超聲波探傷→淬火回火→機械性能檢查→精車→磨→滾絲機→磁粉探傷

圖紙重要技術要求：

抗拉強度σb≥800N/mm2 ? ? σs≥650N/mm2

伸長率δ≥15%斷面收縮率φ≥45%

沖擊功αk≥63J/cm2調質后HB241～286

2 熱處理工藝：高溫正火+調質處理

高溫正火：加熱溫度880～900℃，保溫時間3～4小時空冷

調質處理：淬火加熱溫度840～860℃，保溫時間3小時水冷

高溫回火加熱溫度500～550℃，保溫時間1.5小時空冷

3 產品檢測

該連桿螺栓80件材質單齊全且滿足化學成分檢（含碳量C%：32～40，含硅量Si%：17～37，含錳量Mn%：40～70，含鉻量Cr%：80～110，含鉬量Mo%：15～25），超聲探傷、磁粉探傷合格，淬火后機械性能檢查（檢同材質同批次進爐同直徑試料）合格。

現場加工連桿體時需將該連桿螺栓打壓拉長為連桿螺栓提供預緊力。設計參數要求打壓152MPa，連桿螺栓伸長量為1.45±0.05mm（該批連桿螺栓長度為840±0.05mm）。現場實際發現部分連桿螺栓再打壓152MPa時，伸長量達到2.2mm，卸載后不能恢復原長，伸長1mm。另一部分連桿螺栓打壓到120MPa時壓力無法繼續升高，推測壓力已超過其彈性極限。還有一部分連桿螺栓打壓到152MPa時增長量為1.2mm。前兩種連桿螺栓報廢，后一種連桿螺栓可以正常使用。

據檢測結果分析：有部分產品抗拉強度、屈服強度未達到圖紙要求。

4 問題分析

（1）材質選擇：因連桿需承受復雜交變載荷的作用力，需有較高的強度和抗沖擊韌性，因此我們采用了有較高強度和抗沖擊韌性的優質合金鋼35CrMoA制造，中碳鋼保證其有足夠的硬度和韌性，加入少量鉻、鉬以增加鋼的淬透性，使鐵素體強化并提高韌性，并可阻止奧氏體晶粒長大和提高鋼的回火穩定性，以進一步改善鋼的性能。在選好優質材料基礎上經調質熱處理使其組織細化，獲得回火索氏體組織，使產品具有良好的綜合力學性能。如果使用一些不達標的材料生產制造或熱處理過程未能按規定的工藝流程操作、控制的螺栓，就會埋下折斷的事故隱患。如果連桿材料的屈服強度不達標，將出現屈服變形，使之在沖擊載荷的作用下因過度的伸長而斷裂。該批連桿螺栓為同一批鍛件，每件都有材質單，化學組成可以認為相同，所以排除了材質問題。

（2）加工質量：加工完每道工序后都有檢查員檢測，不存在加工缺陷，所以排除加工問題。

（3）熱處理設備：首先我們對設備進行了認真檢修，對電阻絲斷裂處進行焊接，保證爐內加熱均勻。同時我們把熱電偶送到質檢所進行了檢測，檢測結果允許誤差在范圍內。這樣就保證了熱處理工藝加熱要求，排除了設備的問題。

（4）熱處理工藝路線：工件在調質處理之前，進行高溫正火。1）處理過程：正火的目的是消除粗大組織，獲得晶粒較細的珠光體和分散度較大的鐵素體，同時可在一定程度上改善材料的偏析缺陷。正火后入爐調質，選擇堆裝加熱進行淬火和高溫回火，在井氏電阻爐中進行處理可以保證各項性能。但最終結果卻不能令人滿意，存在如上問題。2）問題分析：對不合格工件沖擊功殘樣進行理化分析，組織中貝氏體含量較多，還有少量的鐵素體存在，說明工件的加熱不均及冷卻能力不足是造成熱處理組織異常的主要原因。該80件同一爐堆放進行的淬火和回火，熱處理過程中嚴格按照工藝卡執行，無違規操作現象發生。推測80件在爐內擺放方式不合適，造成受熱及冷卻不均勻，既熱處理效果不同，影響了彈性模量。3）解決方案：①重新設計工裝：采用架裝豎裝在原有胎具基礎上增加了兩層孔架，工件之間拉開了間距，既能保證加熱均勻，又能保證生產效率。②工藝參數：加強了第一次在水中的冷卻能力。4）結論：合理的工裝設計和新工藝參數對工件進行處理，全部滿足技術要求，并確保了批量生產，一次合格率達到100%。

5 結語

熱處理能改善零件的力學性能，提高零件的強度和硬度，滿足各種性能需要，正確的熱處理工藝能保證工件質量，合理的工裝設計也至關重要，既能為產品質量保駕護航，又能提高勞動生產率。