謝凱

摘 要：當(dāng)前，國內(nèi)汽車行業(yè)取得較快的發(fā)展，汽車內(nèi)部發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的剛度、強(qiáng)度及質(zhì)量等參數(shù)對(duì)于整個(gè)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)安全可靠的運(yùn)行有著直接的影響。該文基于多年的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)車間車床工作經(jīng)驗(yàn)及個(gè)人對(duì)于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)連桿材料的研究，簡要論述了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)連桿材料的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：汽車發(fā)動(dòng)機(jī) 連桿材料 現(xiàn)狀 發(fā)展趨勢

中圖分類號(hào)：U464 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）02（a）-0228-01

隨著國內(nèi)對(duì)于汽車的排量及相關(guān)油耗要求的不斷提升，小排量、大功率、高轉(zhuǎn)矩已經(jīng)成為整個(gè)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)發(fā)展的主要趨勢之一，現(xiàn)階段汽車發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的最高爆發(fā)壓力已經(jīng)達(dá)到20兆帕。由于不斷增強(qiáng)對(duì)于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)，使得人們更為關(guān)注汽車發(fā)動(dòng)機(jī)連桿材料的整體質(zhì)量，且國外對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)連桿材料的研究工作也在不斷地推進(jìn)。

1 國內(nèi)外汽車發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)階段國內(nèi)外汽車發(fā)動(dòng)機(jī)連桿材料主要使用的原料有三大類，分別為：調(diào)質(zhì)鋼、非調(diào)質(zhì)鋼及金屬基復(fù)合型材料。

1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)質(zhì)鋼連桿材料

調(diào)質(zhì)鋼是現(xiàn)階段最為傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)連桿材料，也是現(xiàn)階段國內(nèi)生產(chǎn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)連桿主要采用的材料之一，其傳統(tǒng)的制作工藝為：先下料，再鍛造，再正火處理，再進(jìn)行調(diào)制，最后進(jìn)行機(jī)械加工。其主要的缺點(diǎn)為整個(gè)生產(chǎn)工藝消耗時(shí)間較長，能量消耗較高，材料整體的氧化脫碳較為嚴(yán)重。調(diào)質(zhì)鋼另一方面的工作為強(qiáng)化，也就是對(duì)調(diào)質(zhì)鋼的表面進(jìn)行噴丸強(qiáng)化和熱化學(xué)處理。例如：日本在進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)連桿生產(chǎn)過程中對(duì)整個(gè)連桿進(jìn)行噴丸表面處理，在其表面上能夠產(chǎn)生300兆帕左右的壓殘余應(yīng)力，其整體的疲勞強(qiáng)度會(huì)相對(duì)于先前提升20%左右。采用調(diào)質(zhì)鋼的主要優(yōu)勢為該種類型鋼材能夠提供較強(qiáng)的韌性且質(zhì)量容易得到保證。該種類型鋼材國內(nèi)還會(huì)沿用一定的時(shí)間，但是考慮到其生產(chǎn)工藝的復(fù)雜性、能耗量較大及鋼材生產(chǎn)成本較為昂貴，該種材料會(huì)隨著新型材料的不斷出現(xiàn)，而逐步被全面取代。

1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)連桿非調(diào)質(zhì)鋼材料

所謂的非調(diào)質(zhì)鋼材料是在中碳鋼的內(nèi)部加入一定量的鈦、釩等相關(guān)的微量合金元素，在具體的生產(chǎn)過程中通過實(shí)現(xiàn)對(duì)于鍛造過程及軋制過程冷卻速度的有效控制，使其在內(nèi)部基體中析散出一定量的氮、碳類型的化合物，最終得到強(qiáng)度強(qiáng)化的目的。在進(jìn)行非調(diào)質(zhì)鋼材的生產(chǎn)過程中，由于其主要的添加物為微量合金元素，因此其總體的生產(chǎn)成本較低，是一種價(jià)位較低的節(jié)能型鋼材，這也是現(xiàn)階段非調(diào)質(zhì)性鋼材逐漸取代調(diào)質(zhì)型鋼材的主要原因之一。

國外在進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的生產(chǎn)過程中主要采用的材料為非調(diào)質(zhì)性鋼材。早在20世紀(jì)60年代，美國就在SDE2140鋼材的基礎(chǔ)之上，通過提升鋼材內(nèi)部的錳元素的含量并加入一定量微合金元素等，經(jīng)過一定的鍛造之后，不用進(jìn)行調(diào)制環(huán)節(jié)處理，就實(shí)現(xiàn)了將其直接用于發(fā)動(dòng)機(jī)連桿制作過程當(dāng)中。在1984年，日本內(nèi)部的75%的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)連桿都采用非調(diào)質(zhì)性鋼制作，歐洲內(nèi)部的相關(guān)國家發(fā)動(dòng)機(jī)連桿在生產(chǎn)過程中非調(diào)質(zhì)性鋼的使用比例也達(dá)到50%以上。

我國與20世紀(jì)80年代開始了非調(diào)質(zhì)性鋼材的研究工作并取得一些關(guān)鍵性的進(jìn)展，但是其整體的技術(shù)水平與世界汽車生產(chǎn)大國相比還有著較大的差距。例如：國內(nèi)生產(chǎn)的非調(diào)質(zhì)性鋼材的汽車連桿其總體的韌性還不夠高，在很多關(guān)鍵性技術(shù)方面還有待較大的提升。

1.3 金屬基復(fù)合型發(fā)動(dòng)機(jī)連桿材料

在進(jìn)行連桿的設(shè)計(jì)過程中，如果能夠降低連桿整體的重量，這就能在很大程度上降低發(fā)動(dòng)機(jī)的慣性力及振動(dòng)幅度。所以，現(xiàn)階段人們在生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的過程當(dāng)中開始廣泛使用一些輕質(zhì)的材料，來實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)整體質(zhì)量的降低，現(xiàn)在較為常用的為用鎂、鋁等相關(guān)的輕型金屬作為連桿的基體性材料，再用陶瓷纖維、不銹鋼纖維或者晶須作為相關(guān)的強(qiáng)化型材料，將輕質(zhì)金屬和纖維強(qiáng)化材料通過相關(guān)的方式進(jìn)行結(jié)合，制作成為金屬基復(fù)合型材料?，F(xiàn)階段，國內(nèi)外都已經(jīng)開展了金屬基復(fù)合型材料在汽車連桿生產(chǎn)過程中的應(yīng)用工作，例如：豐田汽車發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)研究中心，已經(jīng)研究成功不銹鋼纖維強(qiáng)化鋁合金連桿、碳化硅晶須和顆粒強(qiáng)化鋁合金連桿和氧化鋁纖維強(qiáng)化鋁合金連桿，并已經(jīng)將其實(shí)際運(yùn)用到汽車連桿的生產(chǎn)過程當(dāng)中，取得較好的效果，發(fā)動(dòng)機(jī)連桿整體的重量相對(duì)于采用傳統(tǒng)材料連桿重量降低了約30%，總體的抗疲勞及抗拉強(qiáng)度也有一定的提升，能夠全面的滿足發(fā)動(dòng)機(jī)連桿相關(guān)工作性能的要求。

2 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的發(fā)展趨勢

現(xiàn)階段汽車發(fā)動(dòng)機(jī)連桿材料主要的發(fā)展趨勢為采用輕質(zhì)的金屬基復(fù)合型材料。金屬基復(fù)合型材料在強(qiáng)度、質(zhì)量及成本等方面相對(duì)于其他連桿材料有著較大的優(yōu)勢?，F(xiàn)階段應(yīng)重點(diǎn)解決的為金屬基復(fù)合型材料連桿裝置的制造生產(chǎn)工藝的具體成本問題。在具體的生產(chǎn)過程中可以采用粉末燒結(jié)鍛造制備連桿的方式進(jìn)行，這在很大程度上能夠降低金屬基復(fù)合型材料的生產(chǎn)成本，與傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝相比，粉末鍛造燒結(jié)的發(fā)動(dòng)機(jī)連桿，其總體材料的使用能夠降低大約40%，生產(chǎn)總體的成本能夠降低約10%，在能源消耗的方面也能夠降低約50%，并且能夠最大程度上實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的總體輕量化。優(yōu)化選擇合理的熱壓燒結(jié)參數(shù)，以上述制備出的金屬復(fù)合粉末為原料，經(jīng)預(yù)成型壓制，在保護(hù)氣氛中進(jìn)行加熱燒結(jié)及做鍛造毛坯，然后在壓力機(jī)上實(shí)現(xiàn)一次鍛造成型。此外，在具體的生產(chǎn)過程當(dāng)中應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)情況科學(xué)選用高能磨球參數(shù)，提升基體金屬內(nèi)部的均質(zhì)性，進(jìn)一步提升金屬連桿的強(qiáng)度。

3 結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟(jì)的再次較快發(fā)展，國家對(duì)于節(jié)能減排工作將會(huì)提出更高的要求，這就要求相關(guān)的汽車生產(chǎn)單位，在進(jìn)行相關(guān)材料的生產(chǎn)、設(shè)計(jì)及制作的過程當(dāng)中，全面考慮汽車的總體性能指標(biāo)。在進(jìn)行汽車發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的生產(chǎn)過程當(dāng)中，全面把握好連桿的強(qiáng)度、質(zhì)量及剛度等相關(guān)的指標(biāo)，將連桿材料的選擇與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的節(jié)能環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合到一起，不斷開發(fā)出新型的發(fā)動(dòng)機(jī)連桿材料。

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