連桿是柴油機用五大件之一，我廠生產的L195型柴油機連桿所選用的材質為45#鋼。它的工藝流程為：鍛造成型—正火—粗加工—調質處理—噴砂—校直—精加工—組裝。
為了保證連桿的使用性能，要求它具有較高的強度，較好的耐磨性，足夠的塑性、韌性以及相應的抗疲勞性等。多年實踐表明，通過調質處理，可以滿足以上的要求。因為調質處理可以細化晶粒，獲得均勻的具有一定彌散度和綜合機械性能的細密球狀珠光體—回火索氏體。
但是，連桿在調質過程中，有時產生裂紋，其廢品率最多可達12％，裂紋的位置分別在小頭部、桿側面、槽內圓角處。為了保證連桿的質量，下面從熱處理工藝的選擇和鋼的原材料等幾個方面進行剖析。
1 技術要求
(1)化學成份
C:0.42～0.50％；Si:0.17～0.37％;Mn:0.50～0.80％;P≤0.04％;S≤0.04％；Cr≤0.25％;Ni≤0.25％
(2)機械性能 HB217～293
(3)金相組織 為較均勻的索氏體，允許有少量斷續、網狀分布的鐵素體。
2 熱處理工藝參數的影響
在現實生產中，選擇連桿的調質工藝。
2.1 加熱溫度
45#鋼是低淬透性鋼，且由于它的MS點較高，淬火后，組織應力很大。而且，淬火時片狀馬氏體也占了相當的數量，所以，很容易淬裂。如果熱處理不當，極易有裂紋產生。但是，淬火開裂的原因是多種多樣的，過熱是主要原因之一，所以選擇淬火溫度很主要。
制定淬火加熱規范的主要依據是材料 的AC3點溫度。我們將《熱處理手冊》第四分冊中各中碳鋼的AC3點聯成曲線，即AC3線。我們又選用了35鋼、40鋼、45鋼、50鋼、55鋼加熱，5～10％鹽水淬火做試驗，然后用金相法結合硬度值確定相應鋼種的AC3溫度，見圖2。從圖2中看出：含碳量從0.45～0.50％范圍內出現了一個陡降的低谷，最低點在0.48％C處。此時，AC3約為750～760℃，而0.42％C鋼AC3=780℃，所以45#鋼含碳量在下限時選用840℃加熱淬火，而含碳量在上限時仍選用840℃加熱淬火，就容易因過熱而產生淬火裂紋。
加熱溫度過低，奧氏體晶粒均勻化程度不好，而且部分鐵素體不能溶解于奧氏體，淬火后得到馬氏體加塊狀鐵素體混合組織，硬度不高，機械性能不好，達不到淬火的目的。
由以上分析我們可以看出，同樣是45#鋼，由于批次不同，其含碳量有差異。所以，同為45#鋼的零部件，在淬火前要進行化學成份分析，根據其變化，選擇最為適當的加熱溫度。我們把這種做法稱之為連桿淬火工藝的跟蹤分析，通過采用這種方法，使連桿的裂紋大大減少。
2.2 保溫時間
淬火是為了得到均勻一致的組織和所要求的機械性能，除了嚴格控制加熱溫度外，正確地確定保溫時間也是一個極為重要的問題，它取決于工件的大小、形狀、鋼的化學成份，原始組織及裝爐情況等，但保溫時間的選擇應能保證組織轉變的完成并能使奧氏體成份均勻。因此，保溫時間要足夠長，保溫時間過短，奧氏體晶粒均勻化程度不好，影響淬火質量。不過，保溫時間又不能過長，否則，零件表面氧化脫碳程度加大，同樣影響了淬火質量。實際生產中，連桿保溫時間我們選擇為60～90min。
2.3 冷卻速度
熱處理工序有兩個重要的組成環節，即加熱與冷卻。工件冷卻時所采用的冷卻介質及冷卻方式對熱處理后的工件質量起著重要作用。許多熱處理缺陷如：變形、開裂、硬度不足等，往往因冷卻介質和冷卻方式選擇不當所致。因此，冷卻介質的選擇也是連桿產生裂紋的重要因素。
由于加熱至奧氏體狀態的工件必須在冷速大于臨界淬火速度情況下，才能得到預期馬氏體組織，即希望在C曲線鼻子附近的冷速越大越好。但在MS點以下，為了減少因馬氏體形成而造成組織應力，又希望冷卻小些，為幾個淬火介質的淬火冷卻曲線，其中A為理想淬火冷卻曲線，它既能保持工件淬火，又不致于引起太大的變形，能減少淬火裂紋的產生。#p#分頁標題#e#
A為理想淬火介質冷卻曲線； B為水的淬火冷卻曲線； C為油的淬火冷卻曲線。
在連桿調質處理中我們選用的是40℃，5～10％的鹽水溶液，這種淬火介質，在鼻子附近的冷卻速度較大，完全滿足理想要求。但在低溫200～300℃之間的冷速大些(大于理想要求)，由于實際生產的一些原因，沒有改變。在此，建議用114淬火劑為宜。
3 原材料的影響
為了分析原材料的影響，我們首先回顧一下淬透性的內容，所謂鋼的淬透性，是鋼經過加熱奧氏體化后，接受淬火的能力，它表示鋼淬火后從表面到心部的硬度分布情況，鋼的淬透性是鋼本身所固有的屬性，它與鋼的化學成份、原始組織、晶粒度以及零件的尺寸等有關，但主要與鋼的化學成份有關。
鋼的淬透性已成為選用鋼材及生產上制訂工藝規程的主要依據之一，這是因為鋼淬火時完全淬透，則沿其截面的性能將是一致的，如果淬火時不能完全淬透則自表面向中心的性能就會不同，但是鋼的淬透性愈大，轉變為馬氏體的體積變化也愈大，即在淬火時工件發生的變形及應力也愈大。當淬火應力超過其斷裂極限時，就會產生裂紋。
3.1 化學成份的影響
我們生產的L195柴油機連桿的材質為45#鋼、45#鋼屬優質碳素結構鋼，實際生產中，化學成份超標現象也偶有發生，其中起主要作用的元素有Si.Mn.P.S.Cr.Ni。合金元素基本上不影響馬氏體的硬度，對于強度的影響也不大，合金元素對馬氏體的主要作用是明顯地提高馬氏體的塑性。實踐表明，碳鋼馬氏體中碳的分布是不均勻的，這會引起應力的不均勻分布，從而降低塑性，加入合金元素以后，可以使馬氏體中的碳分布均勻化，因此，改善塑性。但大多數合金元素(Cr.Mn.Si)只是在含量不超過一定的極限時，才增加馬氏體的塑性，超過極限后，將降低馬氏體的均勻性，使塑性和斷裂強度降低［1］，所以我們既希望鋼中有合金元素，但又不可過多。
Si.Mn.Cr.Ni都能增加鋼的淬透性，對淬透性的作用依次為：Mn.Cr.Si.Ni。不過，越提高鋼的淬透性，鋼的淬裂危險性越大，并且，當合金元素含量超過一定量時，則會降低鋼的淬透性。S.P是鋼中有害雜質，鋼中含有這兩種元素要盡可能降低。
3.2 顯微組織的影響
這里主要探討鋼的晶粒度、魏氏組織及帶狀組織的影響。
從馬氏體形成原理看出，顯微裂紋主要是在粗大的馬氏體中形成的，而當馬氏體非常細小時，則很少出現顯微裂紋，細小奧氏體晶粒可減少鋼的顯微裂紋。在奧氏體比較均勻的情況下，初期形成的馬氏體片的長度和奧氏體的晶粒大小有關，粗大的奧氏體晶粒形成粗大馬氏體，易促成顯微裂紋形成。
生產中，我們要求連桿在調質處理之前的預備處理為正火，這樣做的目的是在調質處理前獲得比較均勻、細小的原始組織，減少甚至避免顯微裂紋的產生。
在亞共析鋼中分布特殊而呈片狀的鐵素體稱為魏氏組織，魏氏組織及與其伴生的粗晶組織會使鋼的機械性能，尤其是塑性和沖擊韌性顯著降低，所以我們要求魏氏組織不大于2級。
另外，鋼中顯微缺陷—帶狀組織、非金屬夾雜物的存在是淬火裂紋的根源，所以生產中連桿調質之前，不希望存在這些缺陷。
3.3 宏觀缺陷的影響
工藝要求連桿縱剖面的宏觀組織中，纖維方向應沿著連桿中心線并與外形相符，不得有紊亂及間斷，但實際生產中，有許多連桿從桿側面形成橫向裂紋，出現這種裂紋的連桿其落刺量很大。正常正火、淬火后，落刺部位的纖維流向出現的紊亂、間斷不能消除。以此可見淬火過程中，有較大應力而產生裂紋。
因此，工藝上要求連桿的纖維流向外，還不允許連桿有折疊、裂紋、分層、夾渣等缺陷，以消除淬火裂紋源。
3.4 外觀形狀的影響
連桿槽內圓角要求為R5，但我們對產生裂紋的連桿進行實際檢測，槽內有裂紋的連桿，其圓角基本不符合要求，也就是說，外形槽內無圓滑過渡的圓角，在淬火中，產生很大的淬火應力，而易產生淬火裂紋。這是由于外形尺寸影響鋼的淬透性。棱角、無圓滑過渡圓角的零件，淬火后淬火應力增強，故易在槽內圓角處出現裂紋。#p#分頁標題#e#
4 結論
連桿的調質處理在淬火過程中，產生裂紋主要因素有：加熱溫度、材料的晶粒度、纖維流向、外形尺寸等。防止措施為：
(1)45#鋼，當含碳量0.48％時，AC3陡降現象，我們根據每批連桿的化學成份不同，制定不同的加熱溫度。
(2)確保連桿在調質前的供貨組織為正火組織，晶粒度不大于3級。
(3)確保連桿纖維方向沿著連桿中心線并與外形相符，不得有紊亂及間斷，不允許有折疊、裂紋、分層、夾渣等缺陷。
(4)要求連桿外形符合圖紙要求，尤其槽內圓角應保持R5，過渡圓滑。
為了保證連桿的使用性能，要求它具有較高的強度，較好的耐磨性，足夠的塑性、韌性以及相應的抗疲勞性等。多年實踐表明，通過調質處理，可以滿足以上的要求。因為調質處理可以細化晶粒，獲得均勻的具有一定彌散度和綜合機械性能的細密球狀珠光體—回火索氏體。
但是，連桿在調質過程中，有時產生裂紋，其廢品率最多可達12％，裂紋的位置分別在小頭部、桿側面、槽內圓角處。為了保證連桿的質量，下面從熱處理工藝的選擇和鋼的原材料等幾個方面進行剖析。
1 技術要求
(1)化學成份
C:0.42～0.50％；Si:0.17～0.37％;Mn:0.50～0.80％;P≤0.04％;S≤0.04％；Cr≤0.25％;Ni≤0.25％
(2)機械性能 HB217～293
(3)金相組織 為較均勻的索氏體，允許有少量斷續、網狀分布的鐵素體。
2 熱處理工藝參數的影響
在現實生產中，選擇連桿的調質工藝。
2.1 加熱溫度
45#鋼是低淬透性鋼，且由于它的MS點較高，淬火后，組織應力很大。而且，淬火時片狀馬氏體也占了相當的數量，所以，很容易淬裂。如果熱處理不當，極易有裂紋產生。但是，淬火開裂的原因是多種多樣的，過熱是主要原因之一，所以選擇淬火溫度很主要。
制定淬火加熱規范的主要依據是材料 的AC3點溫度。我們將《熱處理手冊》第四分冊中各中碳鋼的AC3點聯成曲線，即AC3線。我們又選用了35鋼、40鋼、45鋼、50鋼、55鋼加熱，5～10％鹽水淬火做試驗，然后用金相法結合硬度值確定相應鋼種的AC3溫度，見圖2。從圖2中看出：含碳量從0.45～0.50％范圍內出現了一個陡降的低谷，最低點在0.48％C處。此時，AC3約為750～760℃，而0.42％C鋼AC3=780℃，所以45#鋼含碳量在下限時選用840℃加熱淬火，而含碳量在上限時仍選用840℃加熱淬火，就容易因過熱而產生淬火裂紋。
加熱溫度過低，奧氏體晶粒均勻化程度不好，而且部分鐵素體不能溶解于奧氏體，淬火后得到馬氏體加塊狀鐵素體混合組織，硬度不高，機械性能不好，達不到淬火的目的。
由以上分析我們可以看出，同樣是45#鋼，由于批次不同，其含碳量有差異。所以，同為45#鋼的零部件，在淬火前要進行化學成份分析，根據其變化，選擇最為適當的加熱溫度。我們把這種做法稱之為連桿淬火工藝的跟蹤分析，通過采用這種方法，使連桿的裂紋大大減少。
2.2 保溫時間
淬火是為了得到均勻一致的組織和所要求的機械性能，除了嚴格控制加熱溫度外，正確地確定保溫時間也是一個極為重要的問題，它取決于工件的大小、形狀、鋼的化學成份，原始組織及裝爐情況等，但保溫時間的選擇應能保證組織轉變的完成并能使奧氏體成份均勻。因此，保溫時間要足夠長，保溫時間過短，奧氏體晶粒均勻化程度不好，影響淬火質量。不過，保溫時間又不能過長，否則，零件表面氧化脫碳程度加大，同樣影響了淬火質量。實際生產中，連桿保溫時間我們選擇為60～90min。
2.3 冷卻速度
熱處理工序有兩個重要的組成環節，即加熱與冷卻。工件冷卻時所采用的冷卻介質及冷卻方式對熱處理后的工件質量起著重要作用。許多熱處理缺陷如：變形、開裂、硬度不足等，往往因冷卻介質和冷卻方式選擇不當所致。因此，冷卻介質的選擇也是連桿產生裂紋的重要因素。
由于加熱至奧氏體狀態的工件必須在冷速大于臨界淬火速度情況下，才能得到預期馬氏體組織，即希望在C曲線鼻子附近的冷速越大越好。但在MS點以下，為了減少因馬氏體形成而造成組織應力，又希望冷卻小些，為幾個淬火介質的淬火冷卻曲線，其中A為理想淬火冷卻曲線，它既能保持工件淬火，又不致于引起太大的變形，能減少淬火裂紋的產生。#p#分頁標題#e#
A為理想淬火介質冷卻曲線； B為水的淬火冷卻曲線； C為油的淬火冷卻曲線。
在連桿調質處理中我們選用的是40℃，5～10％的鹽水溶液，這種淬火介質，在鼻子附近的冷卻速度較大，完全滿足理想要求。但在低溫200～300℃之間的冷速大些(大于理想要求)，由于實際生產的一些原因，沒有改變。在此，建議用114淬火劑為宜。
3 原材料的影響
為了分析原材料的影響，我們首先回顧一下淬透性的內容，所謂鋼的淬透性，是鋼經過加熱奧氏體化后，接受淬火的能力，它表示鋼淬火后從表面到心部的硬度分布情況，鋼的淬透性是鋼本身所固有的屬性，它與鋼的化學成份、原始組織、晶粒度以及零件的尺寸等有關，但主要與鋼的化學成份有關。
鋼的淬透性已成為選用鋼材及生產上制訂工藝規程的主要依據之一，這是因為鋼淬火時完全淬透，則沿其截面的性能將是一致的，如果淬火時不能完全淬透則自表面向中心的性能就會不同，但是鋼的淬透性愈大，轉變為馬氏體的體積變化也愈大，即在淬火時工件發生的變形及應力也愈大。當淬火應力超過其斷裂極限時，就會產生裂紋。
3.1 化學成份的影響
我們生產的L195柴油機連桿的材質為45#鋼、45#鋼屬優質碳素結構鋼，實際生產中，化學成份超標現象也偶有發生，其中起主要作用的元素有Si.Mn.P.S.Cr.Ni。合金元素基本上不影響馬氏體的硬度，對于強度的影響也不大，合金元素對馬氏體的主要作用是明顯地提高馬氏體的塑性。實踐表明，碳鋼馬氏體中碳的分布是不均勻的，這會引起應力的不均勻分布，從而降低塑性，加入合金元素以后，可以使馬氏體中的碳分布均勻化，因此，改善塑性。但大多數合金元素(Cr.Mn.Si)只是在含量不超過一定的極限時，才增加馬氏體的塑性，超過極限后，將降低馬氏體的均勻性，使塑性和斷裂強度降低［1］，所以我們既希望鋼中有合金元素，但又不可過多。
Si.Mn.Cr.Ni都能增加鋼的淬透性，對淬透性的作用依次為：Mn.Cr.Si.Ni。不過，越提高鋼的淬透性，鋼的淬裂危險性越大，并且，當合金元素含量超過一定量時，則會降低鋼的淬透性。S.P是鋼中有害雜質，鋼中含有這兩種元素要盡可能降低。
3.2 顯微組織的影響
這里主要探討鋼的晶粒度、魏氏組織及帶狀組織的影響。
從馬氏體形成原理看出，顯微裂紋主要是在粗大的馬氏體中形成的，而當馬氏體非常細小時，則很少出現顯微裂紋，細小奧氏體晶粒可減少鋼的顯微裂紋。在奧氏體比較均勻的情況下，初期形成的馬氏體片的長度和奧氏體的晶粒大小有關，粗大的奧氏體晶粒形成粗大馬氏體，易促成顯微裂紋形成。
生產中，我們要求連桿在調質處理之前的預備處理為正火，這樣做的目的是在調質處理前獲得比較均勻、細小的原始組織，減少甚至避免顯微裂紋的產生。
在亞共析鋼中分布特殊而呈片狀的鐵素體稱為魏氏組織，魏氏組織及與其伴生的粗晶組織會使鋼的機械性能，尤其是塑性和沖擊韌性顯著降低，所以我們要求魏氏組織不大于2級。
另外，鋼中顯微缺陷—帶狀組織、非金屬夾雜物的存在是淬火裂紋的根源，所以生產中連桿調質之前，不希望存在這些缺陷。
3.3 宏觀缺陷的影響
工藝要求連桿縱剖面的宏觀組織中，纖維方向應沿著連桿中心線并與外形相符，不得有紊亂及間斷，但實際生產中，有許多連桿從桿側面形成橫向裂紋，出現這種裂紋的連桿其落刺量很大。正常正火、淬火后，落刺部位的纖維流向出現的紊亂、間斷不能消除。以此可見淬火過程中，有較大應力而產生裂紋。
因此，工藝上要求連桿的纖維流向外，還不允許連桿有折疊、裂紋、分層、夾渣等缺陷，以消除淬火裂紋源。
3.4 外觀形狀的影響
連桿槽內圓角要求為R5，但我們對產生裂紋的連桿進行實際檢測，槽內有裂紋的連桿，其圓角基本不符合要求，也就是說，外形槽內無圓滑過渡的圓角，在淬火中，產生很大的淬火應力，而易產生淬火裂紋。這是由于外形尺寸影響鋼的淬透性。棱角、無圓滑過渡圓角的零件，淬火后淬火應力增強，故易在槽內圓角處出現裂紋。#p#分頁標題#e#
4 結論
連桿的調質處理在淬火過程中，產生裂紋主要因素有：加熱溫度、材料的晶粒度、纖維流向、外形尺寸等。防止措施為：
(1)45#鋼，當含碳量0.48％時，AC3陡降現象，我們根據每批連桿的化學成份不同，制定不同的加熱溫度。
(2)確保連桿在調質前的供貨組織為正火組織，晶粒度不大于3級。
(3)確保連桿纖維方向沿著連桿中心線并與外形相符，不得有紊亂及間斷，不允許有折疊、裂紋、分層、夾渣等缺陷。
(4)要求連桿外形符合圖紙要求，尤其槽內圓角應保持R5，過渡圓滑。