非调质钢曲轴模锻成形工艺研究

[摘 要]本文以非调质钢曲轴模锻成形工艺为研究对象，首先就非调质钢曲轴模锻成形工艺的基本操作流程进行了简要分析，进而基于环保视角，针对非调质钢曲轴模锻成形过程当中，控温冷却环节的关键问题进行了详细的阐述与研究，指出了其在节能环保方面的重要价值，望引起各方特别关注与重视。

[关键词]非调质钢 曲轴模锻 成形 工艺 控温冷却 节能

中图分类号：TB756 文献标识码：TB 文章编号：1009914X（2013）34029401

曲轴目前被广泛应用于发动机制造中，是发动机中的关键零件之一。从模锻生产的角度上来说，曲轴的生产极为复杂。特别是在车辆发动机节能减排要求不断严格的背景下，如何提高曲轴模锻成形工艺的节能性、环保性，此问题是至关重要的。本文主要针对非调质钢曲轴模锻成形工艺实施过程中所涉及到的关键问题做详细分析与说明。

1 非调质钢曲轴模锻成形工艺流程分析

在现阶段的技术条件下，非调质钢曲轴模锻成形过程中所涉及到的主要操作环节包括以下几个方面：下料加热制坯预锻终锻切边热校热处理。其中，在制坯环节当中，还可进一步细分为包括压扁、弯曲、以及辊锻在内的相关操作环节。通过制坯能够使初始材料得到合理的分配，同时也能够显著降低终锻过程中存在的成形难度，防止出现非调质钢曲轴模锻成形方面的质量缺陷。与此同时，针对外观形态相对比较复杂的非调质钢曲轴锻件而言，还需要通过预锻处理的方式，降低成形设备行程载荷，提高设备及相关模具的使用寿命。更加关键的是，通过预锻处理的方式，能够使坯料各部分的体积得到均匀且合理的分配，更加良好的充实型腔。

针对车辆制造中所使用的曲轴而言，由于受到了车辆发动机部件的限制因素影响，因而导致曲轴的整体尺寸较小，曲臂宽度也相对较小。为了确保曲轴性能的可靠发挥，就需要按照曲轴与连杆颈的分布情况，对成形工艺进行合理的优化与完善。首先，在非调质钢曲轴与连杆颈处于一个平面的状态下，应当采取的成形工艺方案为：下料加热制坯预锻终锻切边热校热处理（控温冷却）；其次，在非调质刚曲轴与连杆颈不处于一个平面的状态下，应当采取的成形工艺为：在前述成形工艺的基础之上，通过扭拐机将连杆颈扭转至预期角度。按照以上方式，可确保所成形非调质钢曲轴锻件能够具备良好的流线分布以及机械、力学性能。

2 控温冷却环节要点分析

在非调质钢曲轴模锻成形的过程当中，非调质钢的最终性能在很大程度上受到了热处理工艺的影响。然而，在实际应用的过程当中，热处理工艺的工作效率也相对较低，且能耗问题严重，不符合节能发展的目标要求。因此，在现阶段的技术条件下，建议通过控温冷却的方式，对过去的热处理工艺进行取代，使整个非调质钢曲轴模锻的质量更加的良好与可靠，也能够达到节能环保的综合效益。具体来说，在控温冷却工艺环节的处理过程当中，需要重点关注以下几个方面的问题：

1）结合不同类型的非调质钢原材料、以及对锻件内部性能的具体要求，在锻件锻后对其进行控温冷却处理的过程当中，所涉及到的操作方式主要有以下几种类型：（1）堆冷；（2）散冷；（3）风冷；（4）悬挂式控温冷却（进一步可以划分为吹风冷却、加热缓冷、以及喷水冷却这三个区段）；（5）传送带式控温冷却。在操作过程当中，通过对加热器搅拌风机装置、以及温度自动控制系统的应用，结合曲轴模锻内部的金相组织情况，实现对操作风量及温度的合理调整。

2）采用控温冷却的生产过程中，锻件的加热温度、终锻温度、以及锻造后冷却方式的选择情况，均会对非调质钢曲轴锻件成形参数产生关键性的影响。首先，从加热温度的选取角度上来说，通过对加热温度的调整，能够使非调质钢曲轴锻件当中所含有的大量微合金元素逐步与奥氏体发挥融合反应。在此基础之上，对其进行冷却处理，可使得碳氮化合物自微合金元素当中析出。由此，可使得非调质钢曲轴锻件基体得到可靠的强化。但还需要注意的问题是：在提高锻造加热温度的状态下，奥氏体晶粒会发生较为显著的长大，由此可能导致最终成形的非调质钢曲轴锻件冲击韧性有所降低；其次，从终锻温度的选取角度上来说，终锻温度的合理降低，会使得所成形非调质钢曲轴模锻表面晶粒体破碎程度显著提升，细度优势更加突出。更关键点在于：由于晶粒体不断的发生破碎反应，晶界分布显著增长，铁素体所对应的形核位置也更加的充足。换句话来说，在此环节操作过程当中，铁素体的分布有利于表现出弥散性状态，这对于提高成形后非调质钢曲轴锻件的韧性是至关重要的；最后，从锻造后冷却方式的选择角度上来说，冷却方式对于非调质钢曲轴锻件成形质量的影响主要表现在冲击韧性方面。操作经验证实：对冷却速度的提升会导致所成形非调质钢曲轴锻件表面的晶粒尺寸降低，珠光体含量提高能够同时兼顾对非调质钢曲轴锻件的强度指标、硬度指标、以及冲击韧性指标的强化目的。同时，还需要注意的一点是：若对冷却温度进行持续提升，可能致使非调质钢曲轴锻件内部形成一定的贝氏体组织，并可能对非调质钢综合性能的发挥产生不利的影响。因此，适当的锻造加热温度和锻后冷却速度是获得高质量非调质钢曲轴锻件的重要保证条件。

3）在非调质钢曲轴模锻成形操作过程当中，对控温冷却操作工艺的质量控制也有一定的标准与要求：以小型车辆曲轴锻件的控温冷却工艺为例，所选取的加工原材料为49MnVS3，锻件硬度在248HB～285HB范围之内，考虑该待加工原材的重量为22.5kg。结合上述要求，在控温冷却操作过程当中，对其进行的质量控制应当按照如下标准实施：切边温度需要控制在950℃以上，进入快冷区后的温度需要控制在850℃以上，运行模式需要根据硬度表现的差异性进行合理切换（在硬度上限状态下，选取慢冷冷却方式；在硬度下限状态下，选取快冷冷却方式），运行时间控制在3min～8min范围之内，将出快冷区的温度控制在600℃～650℃以内。出快冷区后进入缓冷区，在缓冷区运行30min～45min时间，待温度下降到250℃～300℃后，即可下线堆放。

3 结束语

非调质钢具有极为广泛的应用价值，且表现出了包括节约能源、控制成本、以及绿色环保在内的多项综合优势。对于我国而言，在大量的汽车锻件制造（包括汽车曲轴、连杆、以及半轴）当中，均涉及到了对非调质钢的应用，有关非调质钢曲轴模锻成形工艺的研究问题同样备受各方关注与重视。总而言之，本文主要针对非调质钢曲轴模锻工艺实施过程当中所涉及到的关键问题做详细分析与说明，望引起各方人员的特别关注与重视。

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