影响连杆螺栓失效因素

李志敏

摘 要：连杆螺栓是发动机中的重要部件，连杆螺栓的质量关乎整个发动机的使用寿命。综合分析影响产品机械性能不合格的因素有四种，是选材问题、加工质量、热处理设备问题及热处理工艺问题。排除选材问题、加工质量、热处理设备问题，热处理工艺问题是引起连杆螺栓机械性能变化的主要因素。

关键词：连杆螺栓;机械性能;热处理工艺

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

连杆螺栓是连接连杆大端轴承座与轴承盖使之成一体的重要螺栓。零件虽小但至关重要，因经常承受复杂交变载荷的作用力，易于引起疲劳破坏而断裂，如果断裂将会损毁发动机，造成极其严重后果。所以在生产中要严格按生产工艺执行，保证产品的各项性能指标符合图纸要求，发现问题及时解决，把隐患消灭在萌芽状态。本文就生产中产品多次出现的机械性能不合格问题进行分析，逐一排查找出问题关键，针对问题制定了切实可行的解决方案。经过多次测试综合分析影响产品机械性能不合格的原因，主要因素是选材问题、加工质量、热处理设备问题，热处理工艺问题。选材问题、加工质量、热处理设备问题，热处理工艺问题都将会导致连杆性能失效，最终在发动机运行中出现断裂。

1 材质选择、生產工艺及图纸要求

产品：BX-4m125型往复式压缩机

零件：2D125（50）03-02连杆螺栓

数量：80件 材质：35CrMoA

主要加工工序：来料后正火→粗车→超声波探伤→淬火回火→机械性能检查→精车→磨→滚丝机→磁粉探伤

图纸重要技术要求：

抗拉强度σb≥800N/mm2     σs≥650N/mm2

伸长率δ≥15%断面收缩率φ≥45%

冲击功αk≥63J/cm2调质后HB241～286

2 热处理工艺：高温正火+调质处理

高温正火：加热温度880～900℃，保温时间3～4小时空冷

调质处理：淬火加热温度840～860℃，保温时间3小时水冷

高温回火加热温度500～550℃，保温时间1.5小时空冷

3 产品检测

该连杆螺栓80件材质单齐全且满足化学成分检（含碳量C%：32～40，含硅量Si%：17～37，含锰量Mn%：40～70，含铬量Cr%：80～110，含钼量Mo%：15～25），超声探伤、磁粉探伤合格，淬火后机械性能检查（检同材质同批次进炉同直径试料）合格。

现场加工连杆体时需将该连杆螺栓打压拉长为连杆螺栓提供预紧力。设计参数要求打压152MPa，连杆螺栓伸长量为1.45±0.05mm（该批连杆螺栓长度为840±0.05mm）。现场实际发现部分连杆螺栓再打压152MPa时，伸长量达到2.2mm，卸载后不能恢复原长，伸长1mm。另一部分连杆螺栓打压到120MPa时压力无法继续升高，推测压力已超过其弹性极限。还有一部分连杆螺栓打压到152MPa时增长量为1.2mm。前两种连杆螺栓报废，后一种连杆螺栓可以正常使用。

据检测结果分析：有部分产品抗拉强度、屈服强度未达到图纸要求。

4 问题分析

（1）材质选择：因连杆需承受复杂交变载荷的作用力，需有较高的强度和抗冲击韧性，因此我们采用了有较高强度和抗冲击韧性的优质合金钢35CrMoA制造，中碳钢保证其有足够的硬度和韧性，加入少量铬、钼以增加钢的淬透性，使铁素体强化并提高韧性，并可阻止奥氏体晶粒长大和提高钢的回火稳定性，以进一步改善钢的性能。在选好优质材料基础上经调质热处理使其组织细化，获得回火索氏体组织，使产品具有良好的综合力学性能。如果使用一些不达标的材料生产制造或热处理过程未能按规定的工艺流程操作、控制的螺栓，就会埋下折断的事故隐患。如果连杆材料的屈服强度不达标，将出现屈服变形，使之在冲击载荷的作用下因过度的伸长而断裂。该批连杆螺栓为同一批锻件，每件都有材质单，化学组成可以认为相同，所以排除了材质问题。

（2）加工质量：加工完每道工序后都有检查员检测，不存在加工缺陷，所以排除加工问题。

（3）热处理设备：首先我们对设备进行了认真检修，对电阻丝断裂处进行焊接，保证炉内加热均匀。同时我们把热电偶送到质检所进行了检测，检测结果允许误差在范围内。这样就保证了热处理工艺加热要求，排除了设备的问题。

（4）热处理工艺路线：工件在调质处理之前，进行高温正火。1）处理过程：正火的目的是消除粗大组织，获得晶粒较细的珠光体和分散度较大的铁素体，同时可在一定程度上改善材料的偏析缺陷。正火后入炉调质，选择堆装加热进行淬火和高温回火，在井氏电阻炉中进行处理可以保证各项性能。但最终结果却不能令人满意，存在如上问题。2）问题分析：对不合格工件冲击功残样进行理化分析，组织中贝氏体含量较多，还有少量的铁素体存在，说明工件的加热不均及冷却能力不足是造成热处理组织异常的主要原因。该80件同一炉堆放进行的淬火和回火，热处理过程中严格按照工艺卡执行，无违规操作现象发生。推测80件在炉内摆放方式不合适，造成受热及冷却不均匀，既热处理效果不同，影响了弹性模量。3）解决方案：①重新设计工装：采用架装竖装在原有胎具基础上增加了两层孔架，工件之间拉开了间距，既能保证加热均匀，又能保证生产效率。②工艺参数：加强了第一次在水中的冷却能力。4）结论：合理的工装设计和新工艺参数对工件进行处理，全部满足技术要求，并确保了批量生产，一次合格率达到100%。

5 结语

热处理能改善零件的力学性能，提高零件的强度和硬度，满足各种性能需要，正确的热处理工艺能保证工件质量，合理的工装设计也至关重要，既能为产品质量保驾护航，又能提高劳动生产率。