2.2活塞连杆机构的热处理

2.2.1活塞

1.工作条件和性能要求

活塞为曲柄连杆机构的主要部件，活塞的功能是与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室，承受气缸中气体的压力并通过活塞销和连杆传给曲轴。

活塞在工作过程中受力比较复杂:活塞交替地压向气缸壁，侧向压力作用于活塞裙部；活塞裙、活塞环槽和活塞销孔凸部都受到摩擦力的作用；混合气的燃烧使气缸内产生2500K以上的高温，通过活塞顶、活塞环带和活塞环将大量的热传给气缸壁。可见，活塞承受不同类型的应力与应变，故应具有低的密度、足够的强度与刚度、良好的耐热性、优异的传热性、摩擦力小以及良好的耐磨性、温度变化时尺寸及形状变化小等特性，满足其服役需要。引起活塞损坏的原因包括发动机装配和安装操作不当（如气缸盖螺栓拧紧不均匀引起的气缸变形、活塞销在连杆孔中装配过紧、气缸套不规则等)。常见的失效方式为活塞拉伤（无油运行拉伤)、活塞顶穿孔、烧蚀、变形与断裂等。

2.活塞材料的选用

为满足活塞的以上技术要求，发动机广泛采用的活塞材料是铸造铝合金，常采用ZL108、ZL109、ZL110、ZL201等，它们具有较高的高温强度和低膨胀系数，适于制作发动机活塞、气缸头以及高温零件。有的柴油机也采用高级铸铁或耐热钢制造活塞。另外可采用铝硅合金（AlSi12CuNi)制造活塞，更高负荷则采用AlSi18CuNi、AlSi25CuNi制造活塞。铝合金活塞具有导热性好、质量轻、易于加工等特点，均是铸造加工的，应用比较广泛。

3.活塞的热处理

（1)活塞的技术要求 铸造铝合金经过热处理后，同一活塞中的硬度差应不大于10HBW，其力学性能与体积稳定性见表2-1。金相组织应符合JB/T 6289—2005《内燃机 铸造铝活塞 金相检验》的规定。

表2-1活塞的力学性能与体积稳定性

注:其中D为活塞的直径。

（2)活塞的热处理工艺 活塞常用铸造铝合金的热处理工艺规范见表2-2。

表2-2活塞常用铸造铝合金的热处理工艺规范

（3)表面处理 表面处理包括镀铬、喷钼、镀锡以及渗氮等。

4.活塞的热处理操作与质量检验

1)活塞采用吊装或装夹具加热，铸件要均匀分层摆放，避免叠压，在加热温度下装炉，不要接触炉壁。

2)固溶加热设备的控温精度不大于±5℃，时效处理控温精度应不大于±10℃，否则会造成活塞硬度与体积稳定性不符合要求。

3)固溶处理的转移时间应不超过15～20s，活塞淬入水中要不停运动，在水中的冷却时间不少于5min，并立即在油中或硝盐中进行时效处理。

4)活塞的热处理质量检验包括硬度、抗拉强度等，在本体上取样进行性能检测。

5.铝合金活塞的热处理缺陷分析与对策（表2-3)

表2-3铝合金活塞的热处理缺陷分析与对策

2.2.2活塞环

1.工作条件和性能要求

活塞环是汽车发动机中的重要零件，它对发动机的功率、油耗以及缸体寿命有较大的影响。活塞环包括气环和油环，气环用来密封气体，即用来封闭活塞与气缸之间的间隙，防止气缸漏气和高温下燃气滴入曲轴箱内，同时将活塞上的热量传给冷却的气缸，帮助活塞散热。油环安装在活塞的油环槽内，油环的作用是把缸壁上的机油刮布均匀和将多余的机油收集在槽内，并经槽底通孔流回油底壳，减少缸壁上的机油刮入燃烧室内造成燃烧室积炭，避免机油的消耗量增大。

要求活塞环具有足够高的弹性极限，良好的耐磨性及一定的抗擦伤性，一定的强度、韧性、抗疲劳性，良好的导热性和良好的抗燃气腐蚀性。其主要的失效形式为擦伤、磨损和疲劳折断。

2.材料的选用

根据活塞环的功能与工作条件，制造活塞环的材料应具有良好的耐磨性、储油性、导热性、耐热性和高的冲击韧度，弹性与弹性模量大，具有足够的强度（包括抗折强度与疲劳强度)等。活塞环通常采用高强度优质灰铸铁、合金铸铁、可锻铸铁等制造，上压缩环用合金铸铁，其余高应力活塞环是由球墨铸铁或高合金钢制造的。

球墨铸铁作为活塞环的材料，应用最为广泛。对于强力发动机，为保持其动能而采用高合金铸铁，如Cu-V-Ti合金铸铁、Cr-Mo合金铸铁、高P铸铁、W-V-Ti铸铁及球墨铸铁等。这些材料普遍具有高的耐磨性和耐蚀性，在活塞的反复运动过程中，始终能确保不漏油和气，同时也易于制作，具有小的摩擦因数。活塞环的形式如图2-1所示，第一道气环和第二道气环是防止燃烧气体泄漏的密封环，而油环的主要作用是控制润滑气缸内壁和活塞的润滑油的油量。

通常钢制活塞环选用的材料为65Mn、50CrVA、T8A、20Cr13、95Cr18等。钢制作的活塞环具有强度高、抗折断、成本低等优点，钢带组合油环的控油效果好。

图2-1 活塞环

目前国外已经开始采用铁基粉末冶金材料制造活塞环，它具有金属利用率高、材料性能好、内部空隙储油功能，具有良好的发展前景。

3.活塞环的热处理

考虑到活塞环粗加工后加工应力较大，要进行去应力退火处理。铸铁的石墨形状为片状，具有良好的导热性、耐磨性和抗擦伤能力，加入合金元素后提高了热稳定性，细化了晶粒和提高了耐磨性，因此合金铸铁广泛应用于制作活塞环。

活塞环的热处理技术要求为硬度98～108HRB，同一活塞环上硬度差不大于3HRB；其组织为细片珠光体（或索氏体)＋体积分数少于20％的石墨（长度为0.12～0.18mm)＋体积分数少于5％的铁素体（应分散分布)＋磷共晶碳化物（应呈细小均匀分布)。

（1)去应力退火 温度在550～570℃范围内，保温120min结束后出炉空冷或炉冷至480℃出炉空冷，可将加工应力消除90％以上。后一种处理的活塞环的硬度均匀性好。通常铸铁环在粗磨两端面后退火，目的是消除铸造和机械加工应力、稳定尺寸和精度等。

（2)活塞环的热定型（固定) 将缝隙大小固定，以使其压紧于气缸壁内，在工作过程中有适当的弹性。热定型是去应力退火的一种形式，活塞环的热定型采用专用夹具，上下为两个压盘，中间穿螺栓压紧，其中一个底盘固定。定型杆的宽度等于活塞环（胀圈)定型后的开口尺寸。压紧的程度以装好后用力抖动活塞环的位置不变为宜。装夹后的活塞环可在可控气氛炉中加热，温度的选择以不破坏铸铁的组织为原则。定型处理后的硬度为220～270HBW（98～105HRB)。具体铸铁活塞环热定型工艺规范如图2-2所示。

定型后的活塞环改善了组织，降低了基体的硬度，消除了应力，获得了一定的残留变形。为了保持弹性的稳定，活塞环还要在气缸中进行400℃、保温2～4h的稳定化处理。

铸铁活塞环调质处理的目的是提高弹性模量与热稳定性，球墨铸铁活塞环调质处理的工艺规范如图2-3所示。

图2-2 铸铁活塞环热定型工艺规范

图2-3 球墨铸铁活塞环调质处理的工艺规范

（3)钢带活塞环的热处理 钢带活塞环的热处理工艺规范如图2-4所示。

（4)活塞环的表面处理 其目的是为了提高活塞环的表面硬度与耐磨性，改善表面的储油能力，以防粘着磨损，改善与气缸壁的磨合性能，提高其耐热性；加快活塞环的初期磨合，以改善活塞环与气缸的运动条件。

图2-4 钢带活塞环的热处理工艺规范

1)一般气环的工作条件差，外圆面上要进行多孔性镀铬，具有硬度高、可储存少量的润滑油、使用寿命提高2～3倍等特点。另外，也可喷涂钼或进行渗氮、激光热处理，端面进行磷化处理同样可起到良好的作用。

2)油环镀锡或磷化处理，也可镀铬或喷涂钼，改善磨合性能和提高活塞环的耐磨性。压缩环镀铬层深度≥0.10mm，油环镀铬层深度≥0.08mm。镀铬后的活塞环要进行去氢处理，镀铬层硬度不低于750HV（200HRB)。应对活塞环的未磨损部位进行防蚀处理，常见的方法为镀锡、渗氮等，渗层深度为0.001～0.003mm。

表2-4列出了常见铸铁活塞环的性能对比。

表2-4常见铸铁活塞环的性能对比

活塞环的表面处理在其制造过程中占有十分重要的地位，在生产中大量采用了上述处理工艺方法，提高了活塞环的耐磨性。对要求更高的耐热性和抗粘着活塞环，可进行喷涂钼处理，为便于比较几种表面处理工艺及性能，将其列于表2-5中供参考。

表2-5活塞环表面处理工艺及其性能特点

活塞环镀铬后的硬度比热处理后的硬度约高2.5倍，其耐磨性提高，电解析出的铬层与基体金属具有较高的结合强度，同时镀铬温度在70℃以下，故不会破坏活塞环原来的金相组织，也不会使活塞环产生热应力变形，故其应用十分广泛。

活塞环除了采用镀铬与喷涂钼处理外，其他的表面处理还包括磷化处理与发蓝处理，少数采用渗硫或渗氮处理。磷化处理是以加快活塞环初期磨损、防止擦伤气缸为主要目的表面处理方法，在90～98℃的温度下进行，蒸汽磷化法的磷化时间可缩短到普通的1/10。

（5)钢带活塞环的热处理与表面处理 常用的钢带活塞环材料为50CrVA、65Mn、T8A等，刮环用钢带的热处理是在管式可控气氛炉中进行的，淬火冷却介质为机械油。热处理后的钢带在绕圈机上缠绕后，与定型胎套一起放进热定型筒中密封，在电阻炉中进行定型处理。具体热处理工艺规范见表2-6。

表2-6常用钢带活塞环材料的淬火和回火、定型热处理工艺规范

国外钢制活塞环通常选用Cr13、Cr18等高碳高铬马氏体不锈钢制作，在调质处理后进行氮碳共渗处理（560～580℃×2～3h)，渗氮层深度在0.05mm以上，目的是提高活塞环的耐磨性与抗咬合性，进行表面强化处理，但需要采用活塞环专用渗氮工艺装备，防止缩口，以确保自由开口与尺寸稳定。

4.活塞环的热处理工艺分析与操作要点

1)活塞环的热定型包括铸铁热定型与钢带热定型两种，前者采用盐浴炉或电炉进行处理，后者则在电炉中完成。活塞环在心轴上的装配应压紧，垫片与插入的开口定型金属镶块应垂直无变形。加热完毕后空冷即可。

2)应根据活塞环的磨损与润滑条件采用不同的表面处理方法。为提高活塞环的耐磨性，同时降低气缸的磨损，可选用镀铬工艺。为防止干摩擦，提高缸的抗拉能力，则选择喷钼和镶嵌金属氧化物填料的方法。为使环与气缸突出部位相接触而加剧磨损，缩短磨合期，使活塞环进入稳定的工作状态，应选择镀锡、发蓝和磷化处理等。

3)活塞环作为有特殊要求的零件，在镀铬后应进行除氢热处理，目的是使大部分残留氢气排出，减小零件的脆性，提高其疲劳强度。采用的方法有水煮法（煮沸6h)、油煮法（250℃×2h)和空气加热法（180～200℃×2～3h)，其中油煮法效果最好，采用空气加热工艺较为普遍。

4)钢带活塞环的热处理回火温度与定型温度是一致的，硬度不会降低，其回火托氏体组织又具有良好的弹性，起到稳定化的作用。质量检验包括以下内容。

①硬度为98～108HRB，同一活塞环上的硬度差不大于3HRB。

②金相组织为细片珠光体（或索氏体)＋体积分数为20％的石墨＋体积分数为5％的铁素体（应均匀分布)＋磷共晶碳化物（细小均布)。

③外观检查包括:不允许有裂纹、毛刺、锈迹和崩缺等，镀铬后的活塞环表面无铬瘤、铬层裂纹、尖锐铬边和崩块等，铬层与活塞环应牢牢结合，无脱落现象；活塞环外圆表面及上下端面无粗加工后的刀痕、振纹以及氧化皮等，退磁彻底，否则将造成活塞环的异常磨损。

2.2.3活塞销

1.工作条件和性能要求

活塞销是发动机上用于连接活塞和连杆小头的结构件，相当于双点支承架，为钢制的空心圆柱体。其作用是连接活塞和连杆，将活塞承受的气体作用力传递给连杆。由于在较高的温度下工作，同时要承受非对称交变的载荷、一定的冲击力和摩擦力的作用，且表面处于润滑条件较差的摩擦条件下（一般靠飞溅润滑)，因此要求它具有足够高的强度和刚度，韧性、表面耐磨性好，具有高的疲劳强度，质量尽可能小，同时要求配合表面有很高的表面质量和尺寸精度等。活塞销失效的主要形式为表面磨损和疲劳裂纹，活塞销的内孔形式如图2-5所示。

2.材料的选用

根据活塞销的工作特点，活塞销在高温下承受极大的周期性冲击载荷，润滑条件差，故要求选用的材料有足够的强度、韧性、耐磨性及高的疲劳极限等，为减小往复惯性力，要求其质量轻。因此，制作活塞销的材料通常选用韧性较好的低碳钢或低合金结构钢（渗碳钢)，常见的材料为15、20、12CrNi3A、15Cr、18Cr2Ni4WA、20Cr、20Mn2、20CrMnTi、20CrMnMo等低碳钢与低碳合金结构钢，也采用渗氮钢制造。为提高其在弯曲疲劳下的表面压力，外表面必须进行硬化处理，而内部具有高韧性，事实证明冷拔材料的耐久性较好。

图2-5 活塞销的内孔形式

a)圆柱形 b)组合形 c)两段截柱形

3.活塞销的热处理

（1)技术要求 活塞销的外圆硬度为58～64HRC，其余技术要求见表2-7和表2-8。

表2-7活塞销的心部硬度与壁厚的关系

表2-8活塞销的渗碳技术要求（成品)

活塞销的渗碳层深度较深为0.8～1.9mm时，渗层深度包括共析层深度、过共析层深度和1/2过渡层深度，不允许有大块的碳化物。内孔表面脱碳或贫碳层不大于0.03mm。

（2)退火处理工艺 大多数的活塞销是经冷挤压或温挤压加工成形的，因此热处理前首先进行预备热处理即退火与软化退火。常见活塞销（冷挤压坯料)的退火工艺规范见表2-9。

表2-9常见活塞销（冷挤压坯料)的退火工艺规范

活塞经过挤压成形，材料的晶粒被挤压后出现加工硬化，故应进行软化退火或再结晶退火，其规范为680～720℃×12～14h，炉冷至300℃出炉后空冷。

（3)活塞销的渗碳工艺 一般活塞销采用20Cr、20CrMo经冷挤压成形及进行双面渗碳处理，20Cr钢活塞销渗碳工艺规范见表2-10。

表2-1020Cr钢活塞销渗碳工艺规范

注:此表是在RJJ-90-9渗碳炉中渗碳时的具体数值。

为控制渗碳层碳化物级别，要严格控制碳势。推荐采用双面渗碳，双面渗碳后活塞销内孔表面得到强化，产生了较大的残留压应力，防止了内孔的纵向开裂，同时可抵消部分外加拉应力的作用，因此提高了疲劳强度，延长了其使用寿命。20Cr钢活塞销的渗碳处理工艺为920～940℃×6～10h，具体工艺如图2-6所示。

20钢渗碳层的检验一般是在850℃保温20min空冷后进行的；15Cr、20Cr、20Mn2等经过850℃×15～20min＋650℃×10～20min退火后在100倍显微镜下测量。

图2-6 20Cr钢活塞销的具体渗碳工艺规范

（4)淬火和回火 活塞销渗碳结束后既可在860℃左右冷却，也可缓冷到室温后重新在盐浴炉或保护气氛炉中加热处理，在860～870℃保温后油冷。加热保温系数按0.7～0.8δ（单位为min/mm)计算，其中δ为活塞销的壁厚。淬火后的硬度不小于58HRC，应无淬火软点或软带。在硝盐炉或油炉中进行180～200℃×1.5～2h回火处理，回火后硬度控制在58～64HRC，同一活塞销中硬度差不大于3HRC。如采用网带炉或振底炉，则工艺参数为840～850℃×60min，采用循环油冷却，马氏体级别1～5时为合格，碳化物为1～3级时合格。

4.热处理工艺分析与操作要点

1)15Cr钢活塞销930℃渗碳空冷后，采用850℃×2h油冷热处理，要求低温回火后硬度为57～65HRC，抗拉强度为800～1250MPa，但油冷后个别活塞销存在软点，硬度为50～55HRC，抗拉强度明显低于要求。15Cr钢活塞销930℃渗碳后经不同热处理后的各项技术指标的对比见表2-11。

表2-1115Cr钢活塞销930℃渗碳后经不同热处理后的各项技术指标的对比

从表2-11中可知，活塞销油冷后出现软点，心部有铁素体组织，将影响其使用性能。采用三硝水作为淬火冷却介质，则心部形成马氏体组织，抗拉强度在800～1250MPa范围内，完全符合技术要求。

2)15Cr、20Cr钢活塞销渗碳后大多采用二次淬火工艺，其缺点在于渗碳层的碳质量分数为1.0％～1.3％，超过了共析成分，在淬火时得到了较多的碳化物，同时残留奥氏体增加，个别位置的硬度降低，因此在活塞销的摩擦部位会有麻点产生，造成其耐磨性的下降。经反复实践证明，通过调整活塞销的渗碳气氛，控制碳质量分数在0.8％左右，淬火后得到马氏体＋均匀分布的颗粒状碳化物，因此可在渗碳后进行一次淬火工艺，20Cr钢活塞销渗碳新工艺如图2-7所示。

图2-7 20Cr钢活塞销渗碳新工艺

3)活塞销除了采用一般的热处理工艺进行淬火和回火外，对其进行高频感应淬火更有意义。高频感应淬火后的显微组织分级是控制产品质量的一个重要指标，活塞销同样也不例外。通常活塞销的显微级别为3～6级，同时3～6级也是高频感应淬火的常见金相组织级别，能满足零件的技术要求和确保零件使用寿命的提高。

感应加热速度快，组织变化比较大，因此显微组织能够及时反映感应淬火后是否过热或欠热、加热不足等，从上面的讲述中可以了解到:3级为中等针状马氏体；4～5级为细针状马氏体；6级为细针状马氏体，是最理想的组织。

4)质量检查检验包括以下几个方面:渗碳层深度符合要求；活塞销的内孔硬度合格，同一销的工作面硬度差不大于3HRC；金相组织为细针状马氏体，允许存在少许粒状碳化物；表面不允许有任何形式的裂纹和锈迹，无尖角、毛刺和氧化物，应进行磁粉无损检测；外圆不得有麻点、黑斑、刻痕以及磕碰伤。

5.活塞销的常见热处理缺陷和预防挽救措施

在活塞销渗碳和热处理过程中，有一些因素直接影响产品质量。常见的活塞销热处理缺陷和预防补救措施见表2-12。另外，材料本身的原因也会造成活塞销的淬火开裂，如材料的化学成分、材料的质量状态及原始应力状态等，而成分主要取决于零件的工作状况和服役条件，高的硬度要选择含碳量高的材料；对于大转矩、大弯矩作用下工作的零件，要求材料具有高的抗扭强度或抗弯强度和高的弯曲疲劳强度等。

表2-12常见的活塞销热处理缺陷和预防补救措施

2.2.4活塞杆

1.工作条件和技术要求

活塞杆同活塞一起在腐蚀的环境下工作，负责动力的传递，在工作过程中受到往复拉、压交变应力的周期作用，活塞环与填料之间发生滑动摩擦，因此要求活塞杆具有足够的强度和高的表面硬度，以及具有抗腐蚀、抗疲劳、抗擦伤和抗咬合能力。

从活塞杆在工作过程中的受力状况而言，选用的材料应为调质钢，热处理后表面硬度高，而内部有良好的综合力学性能。为提高活塞杆的使用寿命，其表面应进行强化处理，以满足其表面耐磨、耐蚀、摩擦因数小的技术要求。

2.材料的选用

38CrMoAlA是活塞杆的首选材料。

3.活塞杆的热处理工艺

热处理技术要求:调质处理硬度为28～35HRC，渗氮层深度大于0.35mm，表面硬度为1100HV5以上，脆性2级，无网状与脉状组织。

（1)材料的预备热处理 38CrMoAlA钢的预备热处理包括正火和调质，其正火工艺为770℃×60min＋940℃×30min，保温结束后取出空冷。

调质工艺为880～900℃×30min＋930～950℃×25～30min，预冷至880℃左右淬油，在610～630℃×120～180min高温回火后空冷，基体硬度为28～35HRC。

活塞杆经真空热处理可以发挥材料的潜力，避免零件表面的氧化和脱碳，具有表面光亮和变形小等特点，表面的状态没有受到影响，因此明显提高了疲劳强度。

（2)材料的最终热处理——离子渗氮 采用离子渗氮是为了提高活塞杆的表面硬度、获得良好的耐磨性和耐蚀性，可明显提高其使用寿命。

在活塞杆的实际生产过程中通常选用三段离子渗氮工艺，即510～530℃×4h＋560～580℃×8h＋510～530℃×4h，渗氮结束后随炉降温至100℃以下出炉空冷。渗层深度为0.37～0.39mm，硬度为1096～1150HV5，脆性小于2级，渗氮层无网状、脉状渗氮物，组织正常。

目前用中频感应淬火来代替活塞杆的离子渗氮，实际使用效果不错。首先进行调质处理后再进行中频感应淬火，可使表面硬度控制在52～60HRC之间，变形量小于0.5mm。

4.热处理工艺分析与操作要点

1)正火时活塞杆均匀散开，防止冷却不均匀而影响后面工序的调质处理质量，同时也会产生较大的变形。

2)离子渗氮前的去应力退火温度为580～600℃，保温8～10h。目的是消除校直和机械加工产生的应力或锤击力，避免后面工序中出现变形等缺陷影响加工质量，不能进行人工校直。

3)进行离子渗氮时应对螺纹部分进行保护处理，可套上螺母或铜环等加以屏蔽。

4)质量检验包括基体硬度、组织、表面硬度与渗氮层深度、变形量等，按要求进行检查。

5.活塞杆的常见热处理缺陷与对策（表2-13)

表2-13活塞杆的常见热处理缺陷与对策

2.2.5连杆

1.工作条件和技术要求

汽车发动机连杆（图2-8)将活塞和曲轴连接起来，小头与活塞一起作往复运动，把作用于活塞顶部端面的膨胀气体压力传递给曲轴，将活塞的往复直线运动变为曲轴的旋转运动，连杆在工作过程中将活塞受到的气体压力传递给曲轴，再由曲轴转变成输出的转矩。连杆的大头和曲轴一起作旋转运动，而杆身作十分复杂的平面摆动等，因此连杆在工作过程中会受到交变的拉应力和弯应力作用，同时承受急剧变化的动载荷的冲击，其受力方式十分复杂，整个截面都要承受均匀的拉应力、压应力以及脉动交变应力的作用。因此要求其所用材料具有良好的综合力学性能。

综上所述，连杆在工作过程中受到压缩、拉伸、弯曲和冲击交变载荷作用。因此，和活塞一样，要求连杆质量轻，具有足够的刚度和强度、高的疲劳强度和冲击韧度等，否则连杆螺栓、杆身的大端盖将发生断裂，造成发动机的损坏。作为发动机容易损坏的零件，其损坏形式为断裂，疲劳断裂发生在连杆的三个高应力作用区，即大头与杆身和小头与杆身的过渡区（在螺栓孔附近)以及杆身中间。断裂与原材料缺陷、锻造折叠及淬火裂纹等造成的失效有关。

图2-8 汽车发动机连杆

1—衬套 2—小头 3—杆身 4—螺栓 5—大头 6—轴瓦 7—轴承盖 8、9—止口

2.材料的选用

根据连杆的工作条件和技术要求，连杆调质处理后的显微组织应为均匀、细小的索氏体，为确保连杆既具有足够的强度，又获得较高的韧性以及优良的抗疲劳性能，不得有片状铁素体和非金属夹杂物。最后需进行强化喷丸处理。对于非调质钢可采用铁素体-珠光体钢制造汽车曲轴和连杆工艺，如35VS、35MnV、35MnVS、40MnV以及43MnS等。目前国外汽车公司在赛车上使用钛合金连杆，具有强度更高和质量更轻的特点，减轻了质量且提高了使用寿命。

根据连杆的工作环境的具体要求，连杆通常采用中碳钢或合金钢模锻或辊锻而成，常见的材料有40、45、50、45Mn2、40Cr、35CrMo、42CrMo等，也有少数采用稀土-镁球墨铸铁制造的连杆。

3.连杆的热处理

目前连杆的生产厂家利用锻造余热进行淬火和回火，以此来取代调质工艺，但应注意回火后的连杆在热校直后，仍要进行低温回火处理。

连杆的热处理技术要求为:花键与杆部硬度为37～44HRC，盘外圆硬度为24～34HRC。常见连杆常用材料的预备热处理技术要求见表2-14。

表2-14连杆常用材料的预备热处理技术要求

（1)调质处理 连杆经调质处理后可获得良好的力学性能，降低了硬度，改善了切削加工性，细化了晶粒，为最终热处理做好了组织准备。表2-15为常见碳素钢、合金结构钢连杆调质处理工艺规范。

表2-15常见碳素钢、合金结构钢连杆调质处理工艺规范

（续)

（2)利用锻造余热进行连杆的淬火和回火 该工艺具有可简化程序、节省能源、改善切削加工性、提高力学性能的优点。资料介绍，40Cr和45钢连杆分别利用余热淬火和回火，与调质处理的力学性能相比，抗拉强度、断面收缩率、冲击韧度和硬度均有提高，二者的工艺和力学性能比较见表2-16。一般碳的质量分数为0.40％～0.55％的中碳钢锻件均可采用余热淬火。

表2-1640Cr和45钢连杆锻造余热淬火工艺与一般调质处理的工艺和力学性能比较

（3)连杆的喷丸强化处理 连杆经调质处理后，硬度为228～269HBW，连杆经过喷丸处理后，表层会产生一定的塑性变形，这将使晶体的点阵发生畸变，表层形成高密度的位错缠结，从而使表层得到了强化。采用喷丸强化处理后，连杆表面的残留压应力增大，表面硬度得到了明显提高，如45钢的压应力增大到－350MPa时，其疲劳寿命从48万次提高到190万次以上，即使用寿命约提高到原来的4倍。可见对连杆进行喷丸强化后，明显提高了疲劳强度、使用寿命、抗弯强度等。表2-17为常见连杆材料喷丸强化工艺参数。另外对连杆进行滚压加工也不失为一种良好的强化工艺措施，既可消除切削加工的痕迹，又可使槽的几何尺寸和形状精确，提高了连杆的疲劳寿命。

表2-17常见连杆材料喷丸强化工艺参数

注:0.18C表示C型标准试样的测量弧高为0.18mm。

4.热处理工艺分析与操作要点

1)连杆的锻造加热温度控制在1100～1220℃为宜，终锻温度（淬火温度)为900～1000℃，锻造后油冷应控制入油的停留时间，以防析出铁素体。

2)要控制淬火油温和在油中的冷却时间，连杆要及时回火，否则会引起裂纹的产生。

3)目前，对连杆进行中频感应加热是一种经济有效的毛坯热处理方法，处理后的各项技术指标符合连杆的要求。

4)40、40Cr、40MnB钢连杆的热处理质量检验项目见表2-18。

表2-1840、40Cr、40MnB钢连杆的热处理质量检验项目

（续)

5.连杆的常见热处理缺陷和补救措施（表2-19)

表2-19连杆的常见热处理缺陷和补救措施