船用低速大功率柴油机连杆锻件及制造工艺

摘要

本发明涉及一种连杆在两次镦拔锻造工艺后，既实现连杆锻件的几何宽度尺寸，又能够确保其内部探伤无缺陷的船用低速大功率柴油机连杆锻件及制造工艺，质量百分比（%）：C0.35～0.39、Si0.15～0.30、Mn0.70～0.90、P≤0.020、S≤0.015、Cr0.20～0.30，其余是Fe。优点：一是本申请化学成分科学选择及工艺的创新，满足其机械性能的指标要求；二是确保了其内部探伤无缺陷；三是加工余量小，切削加工工时短，大大地降低了制造成本。

说明书

技术领域

本发明涉及一种连杆在两次镦拔锻造工艺后，既实现连杆锻件的几何宽度尺寸， 又能够确保其内部探伤无缺陷的船用低速大功率柴油机连杆锻件及制造工艺，属大功率柴 油机连杆锻件制造领域。

背景技术

RT-flex82T智能型船用低速大功率柴油机是一种全电子控制，十字头式、低速、可 逆转、单作用的二冲程船用柴油主机，带有恒压废气涡轮增压器和扫气空气冷却器。该机在 研制过程中融入的节能和环保元素成为柴油机发展的主流方向。由于性能优良、可靠性能 好、使用维修方便，已经成为大型散货船和油船的主要动力之一。连杆锻件作为船用柴油机 运动部件中的核心部件，在发动机工作过程中，连杆受膨胀气体交变压力的作用和惯性力 的作用，连杆除应具有足够的强度和刚度外，还应尽量减小连杆自身的质量，以减小惯性力 的作用。连杆杆身一般都采用从大头到小头逐步变小的工字型截面形状。连杆的作用是把 活塞和曲轴联接起来，使活塞的往复直线运动变为曲柄的回转运动，以输出动力。

1、技术难点：

（1）RT-flex82T连杆锻件宽度、厚度截面尺寸大，按照标准规范的化学成分要求及常规 的热处理方法和工艺参数很难满足其机械性能指标要求。

（2）同时，RT-flex82T连杆锻件宽度、厚度截面尺寸大对锻造生产带来了相当大的 难度。常规的连杆两次镦拔锻造工艺方案既不能实现连杆锻件的几何宽度尺寸，又无法保 证其内部探伤无缺陷。

（3）连接RT-flex82T连杆杆身的两侧大圆弧通过传统的锻造工艺方案，加工余量 相当大，而且需要通过后续的机械加工形成圆弧状，切削加工工时长，生产制造成本浪费严 重。

发明内容

设计目的：避免背景技术中的不足之处，设计一种连杆在两次镦拔锻造工艺后，既 实现连杆锻件的几何宽度尺寸，又能够确保其内部探伤无缺陷的船用低速大功率柴油机连 杆锻件及制造工艺。

设计方案：RT-flex82T连杆锻件的材质为C35E,其化学成分要求（质量分数%），如 下表：

2.RT-flex82T连杆锻件的机械性能要求,如下表：

RT-flex82T连杆锻件超声波检查应符合CCS船级社规范要求。

RT-flex82T连杆锻件尺寸为大头端宽度1440mm、厚度366mm；小头端宽度1200mm、 厚度790mm；杆身直径￠340，长1150mm，通过两个大圆弧连接大小头，属宽厚扁方截面板类 锻件。（具体尺寸如图1-1和图1-2所示）锻件单重达13.4t，所需原材料锭重21t，总锻造比≥ 5。

一、本发明创新改进点：

为了解决背景技术存在的难点，本申请从原材料成分优化、锻造工艺革新及热处理方 案创新三方面着手开展，使RT-flex82T连杆锻件能在现有的设备及工装条件下成功锻造生 产。具体的创新点如下：

（1）根据RT-flex82T连杆锻件的力学性能要求，其强度及冲击要求比普通的35#钢材料 要求指标要高。针对这一特性要求，在遵循C35E材料成分的标准前提下，严格控制C、Si、Mn 三大元素的含量区间，并添加合金元素Cr。首先，钢中含C量增加，屈服点和抗拉强度就升 高，因此控制含碳量：0.35～0.39%；其次，Si在钢中溶于铁素体内使钢的强度和硬度增加， 并能显著提高钢的屈服强度，但塑性和韧性降低，因此控制含硅量：0.15～0.30%;再次，在 碳素钢中加入0.70%以上的Mn就算“锰钢”，较一般含锰量的钢不但有足够的韧性，且有较高 的强度和硬度，能改善钢的热加工性能，因此控制含锰量：0.70～0.90%;最后，Cr是中等碳 化物形成元素，在所有各种碳化物中，铬碳化物是最细小的一种，它可均匀地分布在钢体积 中，所以具有高的强度、硬度、屈服点和高的耐磨性。由于它能使组织细化而又均分布，所以 塑性、韧性也好，因此铬元素添入量：0.20～0.30%。优化后的化学成分（质量分数%），如下 表：

（2）为了保证此RT-flex82T连杆锻件的充分锻透性及几何尺寸，其工艺方案流程为： （a）钢锭压钳口，倒棱，去锭尾后镦粗；（b）上锻造平板，下平台间通过宽砧、高温、强压锻造 法拔长镦粗后的坯料至设定的扁方截面，保证心部锻透；（c）扁方坯料镦粗，展宽度至接近 于零件毛坯尺寸；（d）扁坯做正回火热处理；（e）坯料冷却后毛坯做UT初探；（f）UT初探合格 后,将坯料加热后锻造至成形尺寸；但如果UT初探不合格，则加热坯料再进行一次镦、拔后 成形完工。通过分两次锻造可以避免因成形后UT探伤不合格而无法返修复锻导致报废所带 来的经济损失，同时采用扁坯镦粗的方法可以满足产品最终的锻件宽度尺寸。

（3）连接杆身的两侧大圆弧通过采用先锻造中间段圆形杆身至工艺尺寸，再利用 500mm窄平砧锻出斜坡式的台阶加以实现，既减轻了锻件重量，降低了原材料成本，更大大 缩短了机械加工的周期。

（4）RT-flex82T连杆锻件毛坯通过采用随炉升温至880±10℃，保温16小时后空 冷，再随炉升温至620±10℃，保温28小时后炉冷出炉的锻后正火+回火热处理工艺以细化 晶粒消除锻造内应力；锻件在粗加工后再次通过采用随炉升温至880±10℃，保温14小时后 空冷，再随炉升温至620±10℃，保温20小时后炉冷出炉的第二次正火+回火热处理工艺使 产品的力学性能满足设计要求。

二、本项目的研制过程：

1、锻造过程：

RT-flex82T连杆锻件采用碳素结构钢C35E材料锻造成形，锻件重量13.410t，材料规格 为21t梅花锭，一锭锻制一件，见图2-1和图2-2；镦粗锻造比3.6，拔长锻造比3.8；锻造温度： 1250℃～750℃。

第I火次：钢锭压钳口，倒棱，去锭尾后镦粗至￠1650mm；上锻造平板，下平台间通 过宽砧、高温、强压锻造法大压下量（单面压下量≥200mm）拔长坯料至1100mmx950mm扁方。

第Ⅱ火次：扁坯镦粗，保证坯料宽度≥1600mm；再平板拔长至1550mmx850mm扁方后 炉冷。

坯料冷却后毛坯做UT初探；UT初探合格后,加热坯料进行二次锻造。

第Ⅲ火次：坯料号印，分料，锻出中间杆身并锻出斜坡过渡，倒角并平整后出成品。 锻后热处理后锯切水冒口。

2.锻后热处理：

为了消除RT-flex82T连杆锻件锻造内应力，细化晶粒，使组织均化，降低硬度，有利于 切削加工，为进一步热处理作组织上的准备，特制定了正火+回火工艺，具体的工艺曲线如 图3。

3.锻后热处理后，进行粗车，再UT探伤,确保锻件内部无超标缺陷。

4.性能热处理：为了使RT-flex82T连杆锻件得到良好的综合机械性能，特采用随 炉升温至880±10℃，保温14小时后空冷，再随炉升温至620±10℃，保温20小时后炉冷出炉 的二次正火+回火热处理工艺，具体的工艺曲线如图4.

RT-flex82T连杆锻件的实际化学成分值见下表，满足Q/BDG0040-2015标准及客户要 求。

实际化学成分值（质量分数%）

2、RT-flex82T连杆锻件的机械性能结果（如下表），符合Q/BDG0040-2015标准及客户要 求。

3、RT-flex82T连杆锻件经超声波探伤检测没有发现任何超标缺陷，符合中国船级 社船检规范要求。

本发明与背景技术相比，一是本申请化学成分科学选择及工艺的创新，满足其机 械性能的指标要求；二是确保了其内部探伤无缺陷；三是加工余量小，切削加工工时短，大 大地降低了制造成本。

附图说明

图1-1是RT-flex82T连杆锻件交付尺寸主视图。

图1-2是图1-1俯视图。

图2-1是RT-flex82T连杆锻件主视图。

图2-2是图2-1俯视图。

图3是RT-flex82T连杆锻件锻后正火+回火工艺示意图。

图4是RT-flex82T连杆锻件二次正火+回火工艺示意图。

具体实施方式

实施例1：参照附图2-1至图4。一种船用低速大功率柴油机连杆锻件，质量百分数 （%）：C0.35～0.39、Si0.15～0.30、Mn0.70～0.90、P≤0.020、S≤0.015、Cr0.20～0.30，其余 是Fe。其连杆锻件的机械性能要求如下：

抗拉强度Rm（MPa）490～610，屈服强度Re（MPa）≥255，伸长率（%）A5≥22，收缩率Z（%） ≥45，冲击功（AKv）（J）≥32。

连杆锻件大头端宽度1440mm、厚度366mm；小头端宽度1200mm、厚度790mm；杆身直 径￠340，长1150mm，通过两个大圆弧连接大小头，锻件单重达13.4t，所需原材料锭重21t， 总锻造比≥5。

实施例2：在实施例1的基础上，质量百分数（%）：C0.38、Si0.23、Mn0.85、P0.012、 S0.004、Cr0.26，其余是Fe。其抗拉强度Rm（MPa）598，屈服强度ReL（MPa）360，伸长率A%27.5， 断面收缩率Z%58，冲击吸收能量Kv₂（J）42.0、42.0、45.0。

实施例3：在实施例1的基础上，其质量百分数（%）：C0.37、Si0.25、Mn0.82、P0.010、 S0.005、Cr0.25，其余是Fe。其抗拉强度Rm（MPa）594，屈服强度ReL（MPa）349，伸长率A%28.0， 断面收缩率Z%58，冲击吸收能量Kv₂（J）38.0、42.0、46.0。

实施例4：在上述实施例的基础上，一种船用低速大功率柴油机连杆锻件制造工 艺，(1)锻造过程：连杆锻件采用碳素结构钢C35E材料锻造成形，锻件重量13.410t，材料规 格为21t梅花锭，一锭锻制一件；镦粗锻造比3.6，拔长锻造比3.8；锻造温度：1250℃～750 ℃；第I火次：钢锭压钳口，倒棱，去锭尾后镦粗至￠1650mm；上锻造平板，下平台间通过宽 砧、高温、强压锻造法大压下量（单面压下量≥200mm）拔长坯料至1100mmx950mm扁方；第Ⅱ 火次：扁坯镦粗，保证坯料宽度≥1600mm；再平板拔长至1550mmx850mm扁方后炉冷；坯料冷 却后毛坯做UT初探；UT初探合格后,加热坯料进行二次锻造；第Ⅲ火次：坯料号印，分料， 锻出中间杆身并锻出斜坡过渡，倒角并平整后出成品。锻后热处理后锯切水冒口；(2)锻后 热处理：将13.410t重的锻件在9个小时内随炉升温至880±10℃,保温16小时后、空冷至常 温，然后在4小时内随炉升温至620±10℃、保温28小时，然后再空冷；锻后热处理后，进行粗 车，再UT探伤,确保锻件内部无超标缺陷；(3)性能热处理：采用随炉升温至880±10℃，保温 14小时后空冷，再随炉升温至620±10℃，保温20小时后炉冷出炉的二次正火+回火热处理 工艺。

需要理解到的是：上述实施例虽然对本发明的设计思路作了比较详细的文字描 述，但是这些文字描述，只是对本发明设计思路的简单文字描述，而不是对本发明设计思路 的限制，任何不超出本发明设计思路的组合、增加或修改，均落入本发明的保护范围内。