中碳非调质连杆胀断缺陷与Nb微合金化研究

摘要

中碳非调质钢是为适应当今发动机高功率和轻量化发展研发出的，典型代表有 36MnVS4 和 46MnVS5。与传统的高碳系相比，此类材料有更优异综合性能方面，正渐渐在发动机连杆用材方面占据越来越重要的地位，本文以中碳非调质钢36MnVS4和46MnVS5生产的连杆为研究对象，分析连杆在胀断过程中缺陷，并用Nb微合金化改善46MnVS5连杆的缺陷。主要研究工作与结论包括： 对36MnVS4缺陷连杆显微组织、断口形貌观察和力学性能测定，其主要原因在于：组织均匀性差；出现大量贝氏体组织，其中，断口不齐和胀不断连杆的含量分别达到58.5%和70.6%；断口不齐连杆原奥氏体晶粒过细，晶粒度达到8.5~9.0级，远超过标准要求的≥6.0级；缺陷连杆表面都存在一定的脱碳层出现，深度为 100~300μm；同时，缺陷连杆的塑性指标均满足要求，且富余量较大，断后面缩率达到52.4~57.8%。 通过对 46MnVS5 缺陷连杆组织性能分析，研究表明，46MnVS5 连杆的胀断缺陷的主要原因在于：组织均匀性差；胀不断、断口不齐连杆脱碳层厚度分别为100μm和120μm；胀不断连杆贝氏体组织含量平均达到86.5%；缺陷连杆的塑性指标均满足要求，且富余量较大，胀不断和断口不齐连杆断后面缩率分别为39.5%和43.8%。 为改善连杆的胀断缺陷，研究分别添加0.02%和0.03%Nb对46MnVS5钢组织和性能的影响。将样品在900~1250℃保温1h，46MnVS5材料晶粒粗化温度约为950℃，含46MnVS5-0.02%Nb、46MnVS5-0.03%Nb晶粒粗化温度均为1000℃。0.02%和0.03%Nb可以提高晶粒粗化温度50℃，而两种Nb含量的钢材随温度升高晶粒尺寸变化趋势基本一致。不含Nb的材料最大脱碳层为869μm，含0.02%Nb的材料的最大脱碳层为809μm，含0.03%Nb的材料的最大脱碳层为779μm。一定范围内，随Nb含量的增加脱碳层深度呈现降低的趋势，Nb 的加入可以起到减小脱碳层的作用。因此，0.03%Nb的加入对46MnVS5连杆的胀断缺陷的改善有更明显的作用。

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