日產的連桿采用脹斷的方式，脹斷后橢圓度要求不大于100μm。KD 材料SVP40CES1，工藝流程為：鍛造控溫冷卻后加工。從2013 年投產到2017 年，鍛造和加工未出現異常。為了降低成本，從2016 年12 月開始使用國產的材料36MnVS4，材料進行國產化。國產化初期，鍛造和加工均比較順利。但在2017 年8 月用相同爐號的國產材料加大批次進行驗證時，出現了大比例的脹斷不良，而同期KD 材料連桿不良比例也有異常升高的情況。為了查找原因，對國產材料的連桿和KD 材料的連桿進行了以下對比：

⑴原材料：2016 年12 月和2017 年8 月鍛造國產材料采用相同爐號，而脹斷結果不同，說明材料不是導致脹斷結果變差的主要原因。

⑵脹斷設備：將2016 年12 月鍛造的連桿30 件投入生產線進行試加工對比，脹斷結果良好，且與2016 年12 月加工脹斷的結果相當，說明脹斷設備變化非主要原因。

⑶ KD 材料脹斷不良的連桿對應的鍛造時間是2017 年7 月。將庫存的3 月和6 月的連桿做對比加工驗證，脹斷均無問題。

為此，我們從2016 年12 月（第一次使用國產材料）開始到2017 年8 月（第二次國產材料驗證），對鍛造過程的可能變化及對應結果進行分析：

⑴ 2017 年4 月鍛造增加了噴板吹氣，主要目的是在鍛造過程中，通過噴板對著鍛造毛坯用壓縮空氣去除表面的氧化皮，減少氧化坑。而2017 年4 月到2017 年7 月初KD 材料鍛件未出現明顯的脹斷不良。說明對KD 材料來說，增加噴板吹氣不是造成脹斷不良的主要原因。

⑵ 2017 年7 月初，保全部門對噴涂裝置增加了穩壓裝置，原來噴涂過程中隨著時間的延長，噴涂壓力逐漸降低。增加穩壓裝置后，噴涂過程中壓力穩定；從后面反饋的情況看，時間點上比較吻合，懷疑是主要原因。

⑶氣溫逐漸變高，可能會影響到控溫冷卻效果，進而影響脹斷性能，懷疑為可能原因。

結合以上分析，我們確定優先從鍛造噴涂、控溫冷卻兩個方面對鍛造工藝進行驗證。

試驗與結果

控溫冷卻通過增加抽風風機的風量，加速連桿的冷卻，從而抵消氣溫變化可能帶來的影響。

穩壓裝置的增加，意味著相同時間的噴涂量會增加。如果驗證噴涂對加工的影響，可以采取以下三種方案：⑴直接拆除穩壓裝置；⑵縮短噴涂時間；⑶降低噴涂壓力。

雖然拆除噴涂裝置最快捷，但穩壓裝置可以保持噴涂壓力的穩定，同時對噴涂泵有一定的保護作用，所以我們希望繼續保留該裝置；而降低噴涂壓力和縮短噴涂時間從效果上看，都可以減少單位時間的噴涂量。我們驗證時，優先選擇縮短噴涂時間進行驗證。同時為了消除原材料等其他因素的影響，用相同爐號相同模具同步驗證。

為了找到影響的要因，我們有意將參數調整的比較極端。具體試驗方案見表1。

表1 改善脹斷性能的連桿鍛造驗證試驗方案

各種試驗方案鍛造工件各約500 件，加工脹斷的對比情況如圖1 所示。

圖1 不同試驗方案的脹斷結果對比

從試驗結果對比來看，噴涂時間縮短對脹斷影響最顯著，而控溫冷卻風量加大對脹斷有一定程度的改善。

試驗結果應用

KD 材料應用實踐

從上述試驗結果來看，縮短噴涂時間對脹斷有顯著的影響，而控溫冷卻有一定的效果。但這次的試驗畢竟是為了驗證影響因素，將噴涂時間縮短太多，導致工件局部填充不足，模具磨損較嚴重，且二預和終鍛有明顯的粘模，無法進入批量生產。一方面要減小噴涂量，另一方面還要保證潤滑的效果，才能進行批量鍛造。

提高潤滑效果，從脫模劑的角度入手，我們提高脫模劑的濃度，從以前的1.2% 提高到1.4%；脫模劑增加穩壓裝置，相當于平均噴涂壓力較原來大，我們可以適當降低噴涂壓力。我們將噴涂壓力從1.5MPa降低到1.4MPa；為了降低模具的磨損，改善二、三工序的粘模，同時盡可能減少噴涂量，將一工序噴涂時間調整到0.33s( 原來采用0.36s)，其他工序采用原來的噴涂時間。

控溫冷卻抽風風機頻率調整到35Hz，有一定的效果，因組織檢查有貝氏體傾向，所以將抽風風機頻率由原來的20Hz 提高到25Hz。采用以上對策后，KD 材料的脹斷不良率降低到1% 左右，與原來水平相當。

國產材料應用實踐

KD 材料生產穩定后，采用與KD 材料同等的生產條件進行驗證，即只對噴涂進行調整（降低噴涂壓力，調整噴涂時間），結果脹斷橢圓度依然有30% 不良，說明以上對策對KD 材料有效，但對國產材料依然不能滿足要求。

而相對2016 年采用國產材料鍛造條件，2017 年增加了噴板吹氣。為了驗證噴板吹氣是否會對國產材料脹斷有影響，關閉噴板吹氣進行了試做，試做結果脹斷不良降低到2% 以內，達到了預期。現在已經采用改進的工藝進行了量產，整體品質穩定。批量生產結果如圖2 所示。

圖2 國產材料改善前后及KD 材料改善后脹斷不良對比

應用

采用調整后的鍛造工藝，解決了量產材料的脹斷品質波動，同時解決了國產材料的脹斷不良問題，對加速連桿材料的國產化也起到有益的作用。目前我們的MR 連桿已經批量采用國產材料。

分析與討論

噴涂或者噴板吹氣對組織及加工性能影響原因初步分析

噴涂壓力加大或者噴涂時間加長，相同時間內噴涂到模具上面的脫模劑增多，會導致模具表面溫度的降低。通過熱成像儀掃描模具表面溫度，將噴涂壓力降低并配合噴涂時間縮短，模具表面溫度提高20 ～ 30℃。高溫坯料直接與模具表面接觸，模具溫度升高，工件表面的溫度降低會減少。噴板吹氣直接對著工件，所以工件溫度也會降低。

最直接的檢測工件的終鍛溫度是通過放射溫度計或者熱成像儀等檢測，但因測試條件不具備，所以我們間接檢測工件出鍛壓機后熱精壓前的溫度，發現改變噴涂壓力，取消噴板吹氣，工件的熱精壓前溫度提高20 ～ 40℃，推測終鍛溫度也會相應提高20 ～ 40℃。

終鍛溫度或者鍛造過程溫度提高，回復和再結晶的速度會加快，晶粒也會長大。隨著晶粒的變大，材料的塑性及韌性降低。我們對比了噴涂壓力大，噴涂時間長，及采用噴板吹氣工件組織（圖3）相對于變更鍛造工藝（縮短噴涂時間和降低噴涂壓力，取消噴板吹氣）的工件組織（圖4）細小。從實際脹斷情況看變更后的更粗大的組織有利于脹斷。

圖3 變更前組織（500×）

圖4 變更后組織（500×）

KD 材料和國產材料脹斷成分差異及鍛造工藝差異

KD 材料和國產材料的化學成分見表2。

表2 KD 材料和國產材料化學成分（wt%）

KD 材料含有約0.1% 的P 元素，而P 元素可以明顯提高材料的脆性，可以有效改善脹斷性能。但含高P 元素的材料在鋼廠生產時，如果采用弧形連鑄，則在弧形位置，鑄坯會內裂而導致材料報廢。國內鋼廠無法生產含高P 元素材料，一般國內弧形連鑄最高能生產含P 元素不超過0.05% 的材料。所以國產時，無法利用高P 元素來改善脹斷性能，而是通過加V 元素等提高材料的強度，降低材料韌性來改善脹斷性能。這也意味著，通過降低噴涂，可以適當粗化組織，已經可以滿足KD 材料的脹斷性能，但國產材料因含低P 元素需要更加粗大的組織，所以需要取消直接對工件噴的壓縮空氣，才能滿足脹斷性能。

鍛造加熱溫度

從脹斷性能與組織對比來看，脹斷性能好的工件組織相對粗大。我們通過減少噴涂量或者減小噴板吹氣的目的都是使鍛造溫度提高，從而使回復再結晶的溫度區間提高。

而提高鍛造溫度還有一個直接的方法，就是將加熱溫度提高。我們原來的加熱溫度目標值是1240 ℃， 加熱范圍是1200 ～ 1280 ℃。為了提高毛坯的質量穩定性，我們將加熱溫度下限提高到1230℃，目標溫度調整到1250℃。從實際結果來看，感應加熱床的Cpk 可以滿足≥ 1.33 的情況。鍛造后毛坯組織、硬度及脹斷加工性能等方面都比較穩定。

結論

⑴鍛造條件對脹斷連桿的脹斷性能有明顯的影響；

⑵對于過程中的變更，一定要進行充分的驗證，否則會導致批量的不良；

⑶不同的材料, 需要通過試驗驗證的方式，確定最合適的鍛造條件。

—— 來源：《鍛造與沖壓》2019年第11期