日产的连杆采用膨胀切断方式，膨胀切断后的椭圆度要求在100m以下。 KD材料SVP40CES1，工艺流程控制锻造温度冷却后加工。 从2013年开始生产到2017年，锻造和加工没有异常。 为了降低成本，从2016年12月开始使用国产材料36MnVS4，将材料国产化。 国产化初期，锻造和加工比较顺利。 但是，2017年8月用相同炉号的国产材料加大批次进行验证时，发现有很大比例发生了膨胀不良，同期KD材料连杆不良的比例也异常上升。 为了寻找原因，对国产材料的链接和KD材料的链接进行了以下比较。

2016年12月和2017年8月锻造国产材料采用相同的炉号，但膨胀断裂的结果不同，表明材料并不是使膨胀断裂结果恶化的主要原因。

胀形切断设备：将2016年12月锻造的30根连杆投入生产线进行试加工比较，结果良好，与2016年12月的加工胀形切断结果相同，表明胀形切断设备的变化不是主要原因

KD材料膨胀断裂不良的连杆对应的锻造时期是2017年7月。 对库存3月和6月的连杆进行了比较加工验证，膨胀断裂都没有问题。

为此，从2016年12月(国产材料首次使用)到2017年8月)第二次国产材料的验证)，分析了锻造过程的可能变化和应对结果。

在 2017年4月锻造中，在锻造过程中，对锻造毛坯增加了以用压缩空气去除表面氧化皮、减少氧化坑为主要目的的喷涂板的吹气。 2017年4月至2017年7月初的KD材料锻件未出现明显的膨胀断裂不良。 说明对KD材料来说，增加吹气板吹气不是膨胀断裂不良的主要原因。

2017年7月初，维护部门在涂装装置中增加了稳定装置。 本来在涂装过程中，随着时间的推移，涂装压力逐渐降低。 追加稳定装置后，涂装中的压力稳定； 从后来反馈的情况来看，时间点上是一致的，被怀疑是主要原因。

气温逐渐升高，可能影响温度控制的冷却效果甚至膨胀切断性能，有可能的原因值得怀疑。

结合以上分析，确定了从锻造涂装、温控冷却两方面优先考虑锻造技术验证。

试验与结果

温控冷却通过增加鼓风机的风量，加速连杆的冷却，抵消气温变化带来的影响。

稳定装置的增加意味着同一时间的喷吹量增加。 验证涂装对加工的影响时，可以采用以下三种方案。 (直接拆下稳定装置； 缩短涂装时间降低涂装压力。

虽然拆卸涂装装置最快，但稳定装置在保持涂装压力稳定的同时，对涂装泵有一定的保护作用，所以我想继续保留这个装置； 另外，从效果方面来看，降低涂布压力和缩短涂布时间可以减少单位时间的涂布量。 我们验证时，优先考虑缩短涂装时间进行验证。 同时为了消除原材料等其他因素的影响，用相同炉号的相同模具同时进行验证。

其意图是对参数进行极端调整，以找出影响因素。 具体的试验方案如表1所示。

表1改善膨胀断裂性能的连杆锻造验证试验方案

各试验方案的锻造加工品各约500件，加工膨胀引起的断裂的比较情况如图1所示。

图1不同试验方案膨胀断裂结果的比较

从试验结果比较来看，缩短涂装时间对膨胀截断影响最大，温控冷却风量的增大在膨胀截断上有一定的改善。

试验结果应用

KD材料的应用实践

上述试验结果表明，缩短涂装时间对膨胀有明显影响，温控冷却有一定效果。 但是，这次试验只是为了验证影响因素，过于缩短涂装时间，工件局部填充不足，模具磨损严重，而且二予和最终锻造有明显的粘合模，无法进入批量生产。 在减少涂装量的同时，如果不确保润滑效果，就无法批量锻造。

要提高润滑效果，从脱模剂的观点入手，提高脱模剂的浓度，从以前的1.2%提高到1.4%； 增加脱模剂稳定装置，相当于平均喷雾压力比原来大，可以适当降低喷雾压力。 涂装压力从1.5MPa降低到1.4MPa； 降低模具磨损，改善两三道工序的粘合模，同时尽量减少涂装量，一道工序的涂装时间调整为0.33s (原为0.36s )，其他工序采用原涂装时间。

调温冷却抽吸风扇的频率调整为35Hz有一定的效果，组织检查时有贝氏体倾向，因此抽吸风扇的频率从原来的20Hz提高到25Hz。 通过以上对策，KD材料的膨胀断裂不良率降低到1%左右，与原水平相当。

国产材料的应用实践

KD材料生产稳定后，在与KD材料同等的生产条件下进行了验证。 即，只调整了喷镀(降低喷镀压力，调整了喷镀时间)的结果是，膨胀椭圆度依然为30%

不良，说明以上对策对KD 材料有效，但对国产材料依然不能满足要求。

而相对2016 年采用国产材料锻造条件，2017 年增加了喷板吹气。为了验证喷板吹气是否会对国产材料胀断有影响，关闭喷板吹气进行了试做，试做结果胀断不良降低到2% 以内，达到了预期。现在已经采用改进的工艺进行了量产，整体品质稳定。批量生产结果如图2 所示。

图2 国产材料改善前后及KD 材料改善后胀断不良对比

应用

采用调整后的锻造工艺，解决了量产材料的胀断品质波动，同时解决了国产材料的胀断不良问题，对加速连杆材料的国产化也起到有益的作用。目前我们的MR 连杆已经批量采用国产材料。

分析与讨论

喷涂或者喷板吹气对组织及加工性能影响原因初步分析

喷涂压力加大或者喷涂时间加长，相同时间内喷涂到模具上面的脱模剂增多，会导致模具表面温度的降低。通过热成像仪扫描模具表面温度，将喷涂压力降低并配合喷涂时间缩短，模具表面温度提高20 ～ 30℃。高温坯料直接与模具表面接触，模具温度升高，工件表面的温度降低会减少。喷板吹气直接对着工件，所以工件温度也会降低。

最直接的检测工件的终锻温度是通过放射温度计或者热成像仪等检测，但因测试条件不具备，所以我们间接检测工件出锻压机后热精压前的温度，发现改变喷涂压力，取消喷板吹气，工件的热精压前温度提高20 ～ 40℃，推测终锻温度也会相应提高20 ～ 40℃。

终锻温度或者锻造过程温度提高，回复和再结晶的速度会加快，晶粒也会长大。随着晶粒的变大，材料的塑性及韧性降低。我们对比了喷涂压力大，喷涂时间长，及采用喷板吹气工件组织（图3）相对于变更锻造工艺（缩短喷涂时间和降低喷涂压力，取消喷板吹气）的工件组织（图4）细小。从实际胀断情况看变更后的更粗大的组织有利于胀断。

图3 变更前组织（500×）

图4 变更后组织（500×）

KD 材料和国产材料胀断成分差异及锻造工艺差异

KD 材料和国产材料的化学成分见表2。

表2 KD 材料和国产材料化学成分（wt%）

KD 材料含有约0.1% 的P 元素，而P 元素可以明显提高材料的脆性，可以有效改善胀断性能。但含高P 元素的材料在钢厂生产时，如果采用弧形连铸，则在弧形位置，铸坯会内裂而导致材料报废。国内钢厂无法生产含高P 元素材料，一般国内弧形连铸最高能生产含P 元素不超过0.05% 的材料。所以国产时，无法利用高P 元素来改善胀断性能，而是通过加V 元素等提高材料的强度，降低材料韧性来改善胀断性能。这也意味着，通过降低喷涂，可以适当粗化组织，已经可以满足KD 材料的胀断性能，但国产材料因含低P 元素需要更加粗大的组织，所以需要取消直接对工件喷的压缩空气，才能满足胀断性能。

锻造加热温度

从胀断性能与组织对比来看，胀断性能好的工件组织相对粗大。我们通过减少喷涂量或者减小喷板吹气的目的都是使锻造温度提高，从而使回复再结晶的温度区间提高。

而提高锻造温度还有一个直接的方法，就是将加热温度提高。我们原来的加热温度目标值是1240 ℃， 加热范围是1200 ～ 1280 ℃。为了提高毛坯的质量稳定性，我们将加热温度下限提高到1230℃，目标温度调整到1250℃。从实际结果来看，感应加热床的Cpk 可以满足≥ 1.33 的情况。锻造后毛坯组织、硬度及胀断加工性能等方面都比较稳定。

结论

⑴锻造条件对胀断连杆的胀断性能有明显的影响；

⑵对于过程中的变更，一定要进行充分的验证，否则会导致批量的不良；

⑶不同的材料, 需要通过试验验证的方式，确定最合适的锻造条件。

—— 来源：《锻造与冲压》2019年第11期