影響連桿螺栓失效因素

李志敏

摘 要：連桿螺栓是發(fā)動(dòng)機(jī)中的重要部件，連桿螺栓的質(zhì)量關(guān)乎整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。綜合分析影響產(chǎn)品機(jī)械性能不合格的因素有四種，是選材問題、加工質(zhì)量、熱處理設(shè)備問題及熱處理工藝問題。排除選材問題、加工質(zhì)量、熱處理設(shè)備問題，熱處理工藝問題是引起連桿螺栓機(jī)械性能變化的主要因素。

關(guān)鍵詞：連桿螺栓;機(jī)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(guān)重要，因經(jīng)常承受復(fù)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(huì)損毀發(fā)動(dòng)機(jī)，造成極其嚴(yán)重后果。所以在生產(chǎn)中要嚴(yán)格按生產(chǎn)工藝執(zhí)行，保證產(chǎn)品的各項(xiàng)性能指標(biāo)符合圖紙要求，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決，把隱患消滅在萌芽狀態(tài)。本文就生產(chǎn)中產(chǎn)品多次出現(xiàn)的機(jī)械性能不合格問題進(jìn)行分析，逐一排查找出問題關(guān)鍵，針對問題制定了切實(shí)可行的解決方案。經(jīng)過多次測試綜合分析影響產(chǎn)品機(jī)械性能不合格的原因，主要因素是選材問題、加工質(zhì)量、熱處理設(shè)備問題，熱處理工藝問題。選材問題、加工質(zhì)量、熱處理設(shè)備問題，熱處理工藝問題都將會(huì)導(dǎo)致連桿性能失效，最終在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)斷裂。

1 材質(zhì)選擇、生產(chǎn)工藝及圖紙要求

產(chǎn)品：BX-4m125型往復(fù)式壓縮機(jī)

零件：2D125（50）03-02連桿螺栓

數(shù)量：80件 材質(zhì)：35CrMoA

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

圖紙重要技術(shù)要求：

抗拉強(qiáng)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(diào)質(zhì)后HB241～286

2 熱處理工藝：高溫正火+調(diào)質(zhì)處理

高溫正火：加熱溫度880～900℃，保溫時(shí)間3～4小時(shí)空冷

調(diào)質(zhì)處理：淬火加熱溫度840～860℃，保溫時(shí)間3小時(shí)水冷

高溫回火加熱溫度500～550℃，保溫時(shí)間1.5小時(shí)空冷

3 產(chǎn)品檢測

該連桿螺栓80件材質(zhì)單齊全且滿足化學(xué)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(jī)械性能檢查（檢同材質(zhì)同批次進(jìn)爐同直徑試料）合格。

現(xiàn)場加工連桿體時(shí)需將該連桿螺栓打壓拉長為連桿螺栓提供預(yù)緊力。設(shè)計(jì)參數(shù)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）?，F(xiàn)場實(shí)際發(fā)現(xiàn)部分連桿螺栓再打壓152MPa時(shí)，伸長量達(dá)到2.2mm，卸載后不能恢復(fù)原長，伸長1mm。另一部分連桿螺栓打壓到120MPa時(shí)壓力無法繼續(xù)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(shí)增長量為1.2mm。前兩種連桿螺栓報(bào)廢，后一種連桿螺栓可以正常使用。

據(jù)檢測結(jié)果分析：有部分產(chǎn)品抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度未達(dá)到圖紙要求。

4 問題分析

（1）材質(zhì)選擇：因連桿需承受復(fù)雜交變載荷的作用力，需有較高的強(qiáng)度和抗沖擊韌性，因此我們采用了有較高強(qiáng)度和抗沖擊韌性的優(yōu)質(zhì)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(qiáng)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(wěn)定性，以進(jìn)一步改善鋼的性能。在選好優(yōu)質(zhì)材料基礎(chǔ)上經(jīng)調(diào)質(zhì)熱處理使其組織細(xì)化，獲得回火索氏體組織，使產(chǎn)品具有良好的綜合力學(xué)性能。如果使用一些不達(dá)標(biāo)的材料生產(chǎn)制造或熱處理過程未能按規(guī)定的工藝流程操作、控制的螺栓，就會(huì)埋下折斷的事故隱患。如果連桿材料的屈服強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)，將出現(xiàn)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(zhì)單，化學(xué)組成可以認(rèn)為相同，所以排除了材質(zhì)問題。

（2）加工質(zhì)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(shè)備：首先我們對設(shè)備進(jìn)行了認(rèn)真檢修，對電阻絲斷裂處進(jìn)行焊接，保證爐內(nèi)加熱均勻。同時(shí)我們把熱電偶送到質(zhì)檢所進(jìn)行了檢測，檢測結(jié)果允許誤差在范圍內(nèi)。這樣就保證了熱處理工藝加熱要求，排除了設(shè)備的問題。

（4）熱處理工藝路線：工件在調(diào)質(zhì)處理之前，進(jìn)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(xì)的珠光體和分散度較大的鐵素體，同時(shí)可在一定程度上改善材料的偏析缺陷。正火后入爐調(diào)質(zhì)，選擇堆裝加熱進(jìn)行淬火和高溫回火，在井氏電阻爐中進(jìn)行處理可以保證各項(xiàng)性能。但最終結(jié)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(jìn)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(jìn)行的淬火和回火，熱處理過程中嚴(yán)格按照工藝卡執(zhí)行，無違規(guī)操作現(xiàn)象發(fā)生。推測80件在爐內(nèi)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(shè)計(jì)工裝：采用架裝豎裝在原有胎具基礎(chǔ)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(chǎn)效率。②工藝參數(shù)：加強(qiáng)了第一次在水中的冷卻能力。4）結(jié)論：合理的工裝設(shè)計(jì)和新工藝參數(shù)對工件進(jìn)行處理，全部滿足技術(shù)要求，并確保了批量生產(chǎn)，一次合格率達(dá)到100%。

5 結(jié)語

熱處理能改善零件的力學(xué)性能，提高零件的強(qiáng)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(zhì)量，合理的工裝設(shè)計(jì)也至關(guān)重要，既能為產(chǎn)品質(zhì)量保駕護(hù)航，又能提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。