连杆螺栓选材及热处理工艺与设备设计【字数：10291】
连杆螺栓是发动机的重要紧固件，连杆螺栓主要功能是连接连杆大头盖、连杆大头轴瓦和连杆体，承受连杆组系统所有的力。因此连杆螺栓受到的是交变的拉伸载荷和冲击载荷，同时还要承受横向剪切应力。连杆螺栓的主要失效形式为由于提高强度而产生的延迟断裂和由于表面缺陷导致应力集中而产生的疲劳断裂。若在发动机运行过程中，连杆螺栓发生断裂，会导致整个发动机破坏性事故的发生，对乘车人员产生毁灭性的伤害，因此连杆螺栓的性能要求十分严格。?连杆螺栓的工作条件既要求连杆螺栓具有高强度和抗疲劳性能，又要求其具有足够的刚性，韧性和耐磨性。本文根据连杆螺栓的性能要求，针对其常见失效形式进行了材料的选择、热处理工艺路线的设计，并且根据连杆螺栓的产量和热处理工艺参数对热处理设备进行了计算和选型。最终选择42CrMo作为连杆螺栓的材料，热处理工艺路线为正火、调质、感应淬火，选择的设备有RX55-9中温箱式电阻炉、RCWF-45-9网带式连续淬火炉、低温箱式电阻炉等。
目 录
1. 连杆螺栓概述 1
1.1 连杆螺栓的作用 1
1.2 连杆螺栓加工路线 1
1.3 连杆螺栓的服役条件 1
1.4 连杆螺栓的常见失效形式 1
1.4.1 延迟断裂 1
1.4.2 疲劳断裂 1
2. 42CrMo连杆螺栓热处理工艺路线的制定 3
2.1 ?连杆螺栓的性能要求 3
2.2 连杆螺栓材料的选择 3
2.3 合金元素对42CrMo钢的力学性能及CCT曲的影响 3
2.3.1 合金元素对力学性能的影响 3
2.3.2 合金元素对CCT曲线的影响 4
3. 42CrMo连杆螺栓热处理工艺设计 5
3.1 正火? 5
3.1.1 正火加热温度 5
3.1.2 正火保温时间 6
3.1.3 正火热处理工艺曲线 6
3.2 淬火 6
3.1.1 淬火加热温度 7
3.1.3 临界冷却速度的确定 7
3.1.3 淬火冷却介质的选择 9
3.1.5 淬火热处理工艺曲 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
线 10
3.3 回火 10
3.3.1 高温回火加热温度和保温时间 11
3.3.2 调质热处理工艺曲线 11
3.5 感应淬火+低温回火 11
3.5.1 感应淬火类型的选择? 12
3.5.2 中频感应淬火加热温度 12
3.5.3 中频感应淬火回火温度级保温时间 13
3.5.4 感应淬火热处理工艺曲线 13
4. 热处理设备的设计与选型 14
4.1 正火、回火加热炉设计 14
4.2 淬火加热炉选择 15
4.3 淬火槽设计 16
4.4 感应淬火设备设计 19
5. 42CrMo连杆螺栓热处理质量检验项目、内容及要求 20
5.1 外观检查 20
5.2 工件变形检查 20
5.3 淬硬层深度检查 20
5.4 硬度检查 20
5.5 金相组织检查 20
6. 42CrMo连杆螺栓热处理工艺卡 21
结语 22
参考文献 23
致谢 24
连杆螺栓概述
连杆螺栓的作用
汽车发动机连杆螺栓属于高强度螺栓,是发动机紧固件中最重要的零件之一。连杆螺栓主要作用是连接连杆大头、轴瓦卡槽和连杆体，承受整个系统的力，服役条件恶劣。一旦连杆螺栓断裂，会导致整台发动机报废。若在车辆行驶过程中断裂，造成的危害更是巨大。因此选择合适的材料、热处理工艺来制造符合性能要求的连杆螺栓具有相当重要的意义。
连杆螺栓加工路线
锻造→预备热处理→切削加工→中间热处理→搓丝→最终热处理→磨修
1.3 连杆螺栓的服役条件
连杆是汽车发动机传动系统的组成部分，它连接着活塞和曲轴，将活塞的直线往复式运动转变为曲轴的单向旋转运动[3]。连杆在运转中，要承受气体燃烧爆发作用力、活塞往复运动产生的惯性力和连杆变速运动产生的惯性力[1]。因此，连杆是在一个复杂的应力环境下工作。由于连杆的重要性，起到固定作用的连杆螺栓也变得十分重要，它承受连杆组系统的所有受力,因此连杆螺栓受到的是交变的拉伸，弯曲载荷和横向剪切应力。
1.4 连杆螺栓的常见失效形式
1.4.1 延迟断裂
近年来为满足汽车厂商轻量化的要求，螺栓制造厂家都开始尝试减小螺栓尺寸。但为了确保承载能力，必须提高螺栓的强度。研究表明，随着强度的增加，钢的延迟断裂敏感性也随之增大[2]。
延迟断裂是材料承受的应力小于静载断裂强度，但由于应力腐蚀、疲劳、蠕变等原因，经一段时间后发生的断裂。高强度螺栓的延迟断裂现象比较突出。螺栓在使用过程中，受力复杂且螺纹根部易于发生应力集中。材料内部的氢元素向应力集中处扩散聚集，形成氢分子产生很大的应力，致使螺栓在外力的共同作用下发生断裂。
1.4.2 疲劳断裂
袁峰等人对试验中发生断裂的连杆螺栓进行了全面的理化检验和分析，确定了其断裂的根本原因[3]。其断口宏观形貌及断口根部形貌如图1.1、图1.2所示。
由图1.1可知，该连杆螺栓断裂形式为典型的疲劳断裂。其断口由三个的区域组成，分别为源区、扩展区、瞬断区。其中裂纹扩展区的疲劳条带是疲劳断口的基本宏观特征，是判断是否为疲劳断裂的重要依据之一。由图1.2可知，该螺栓的断裂过程是首先在螺栓根部产生了微小裂纹。其次这些裂纹作为应力集中点, 在工作工程中成为裂纹源并不断扩展,，从而导致疲劳断裂的产生。
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图1.1断口宏观形貌 图1.2断口根部形貌
Fig1.1Fracture Macrophoto Fig1.2 Morphology of Fracture Root
42CrMo连杆螺栓热处理工艺路线的制定
2.1 ?连杆螺栓的性能要求
通过对上述连杆螺栓服役环境、受力条件和常见失效形式的分析，总结出如下几个性能要求：
目 录
1. 连杆螺栓概述 1
1.1 连杆螺栓的作用 1
1.2 连杆螺栓加工路线 1
1.3 连杆螺栓的服役条件 1
1.4 连杆螺栓的常见失效形式 1
1.4.1 延迟断裂 1
1.4.2 疲劳断裂 1
2. 42CrMo连杆螺栓热处理工艺路线的制定 3
2.1 ?连杆螺栓的性能要求 3
2.2 连杆螺栓材料的选择 3
2.3 合金元素对42CrMo钢的力学性能及CCT曲的影响 3
2.3.1 合金元素对力学性能的影响 3
2.3.2 合金元素对CCT曲线的影响 4
3. 42CrMo连杆螺栓热处理工艺设计 5
3.1 正火? 5
3.1.1 正火加热温度 5
3.1.2 正火保温时间 6
3.1.3 正火热处理工艺曲线 6
3.2 淬火 6
3.1.1 淬火加热温度 7
3.1.3 临界冷却速度的确定 7
3.1.3 淬火冷却介质的选择 9
3.1.5 淬火热处理工艺曲 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
线 10
3.3 回火 10
3.3.1 高温回火加热温度和保温时间 11
3.3.2 调质热处理工艺曲线 11
3.5 感应淬火+低温回火 11
3.5.1 感应淬火类型的选择? 12
3.5.2 中频感应淬火加热温度 12
3.5.3 中频感应淬火回火温度级保温时间 13
3.5.4 感应淬火热处理工艺曲线 13
4. 热处理设备的设计与选型 14
4.1 正火、回火加热炉设计 14
4.2 淬火加热炉选择 15
4.3 淬火槽设计 16
4.4 感应淬火设备设计 19
5. 42CrMo连杆螺栓热处理质量检验项目、内容及要求 20
5.1 外观检查 20
5.2 工件变形检查 20
5.3 淬硬层深度检查 20
5.4 硬度检查 20
5.5 金相组织检查 20
6. 42CrMo连杆螺栓热处理工艺卡 21
结语 22
参考文献 23
致谢 24
连杆螺栓概述
连杆螺栓的作用
汽车发动机连杆螺栓属于高强度螺栓,是发动机紧固件中最重要的零件之一。连杆螺栓主要作用是连接连杆大头、轴瓦卡槽和连杆体，承受整个系统的力，服役条件恶劣。一旦连杆螺栓断裂，会导致整台发动机报废。若在车辆行驶过程中断裂，造成的危害更是巨大。因此选择合适的材料、热处理工艺来制造符合性能要求的连杆螺栓具有相当重要的意义。
连杆螺栓加工路线
锻造→预备热处理→切削加工→中间热处理→搓丝→最终热处理→磨修
1.3 连杆螺栓的服役条件
连杆是汽车发动机传动系统的组成部分，它连接着活塞和曲轴，将活塞的直线往复式运动转变为曲轴的单向旋转运动[3]。连杆在运转中，要承受气体燃烧爆发作用力、活塞往复运动产生的惯性力和连杆变速运动产生的惯性力[1]。因此，连杆是在一个复杂的应力环境下工作。由于连杆的重要性，起到固定作用的连杆螺栓也变得十分重要，它承受连杆组系统的所有受力,因此连杆螺栓受到的是交变的拉伸，弯曲载荷和横向剪切应力。
1.4 连杆螺栓的常见失效形式
1.4.1 延迟断裂
近年来为满足汽车厂商轻量化的要求，螺栓制造厂家都开始尝试减小螺栓尺寸。但为了确保承载能力，必须提高螺栓的强度。研究表明，随着强度的增加，钢的延迟断裂敏感性也随之增大[2]。
延迟断裂是材料承受的应力小于静载断裂强度，但由于应力腐蚀、疲劳、蠕变等原因，经一段时间后发生的断裂。高强度螺栓的延迟断裂现象比较突出。螺栓在使用过程中，受力复杂且螺纹根部易于发生应力集中。材料内部的氢元素向应力集中处扩散聚集，形成氢分子产生很大的应力，致使螺栓在外力的共同作用下发生断裂。
1.4.2 疲劳断裂
袁峰等人对试验中发生断裂的连杆螺栓进行了全面的理化检验和分析，确定了其断裂的根本原因[3]。其断口宏观形貌及断口根部形貌如图1.1、图1.2所示。
由图1.1可知，该连杆螺栓断裂形式为典型的疲劳断裂。其断口由三个的区域组成，分别为源区、扩展区、瞬断区。其中裂纹扩展区的疲劳条带是疲劳断口的基本宏观特征，是判断是否为疲劳断裂的重要依据之一。由图1.2可知，该螺栓的断裂过程是首先在螺栓根部产生了微小裂纹。其次这些裂纹作为应力集中点, 在工作工程中成为裂纹源并不断扩展,，从而导致疲劳断裂的产生。
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图1.1断口宏观形貌 图1.2断口根部形貌
Fig1.1Fracture Macrophoto Fig1.2 Morphology of Fracture Root
42CrMo连杆螺栓热处理工艺路线的制定
2.1 ?连杆螺栓的性能要求
通过对上述连杆螺栓服役环境、受力条件和常见失效形式的分析，总结出如下几个性能要求：
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