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利用高強(qiáng)度鋼實現(xiàn)汽車連桿輕量化

為提高汽車的燃油效率，需要實現(xiàn)汽車零部件的輕量化，特別是對于諸如汽車發(fā)動機(jī)連桿的高速運(yùn)動部件。發(fā)動機(jī)連桿的輕量化，不僅可以使汽車質(zhì)量減輕，而且可以減小其慣性力和降低其摩擦損失。目前，提高發(fā)動機(jī)連桿強(qiáng)度的方法有兩種：①使用高強(qiáng)度鋼，但通常是高碳鋼，其機(jī)械加工性能較差；②采用諸如噴丸熱處理技術(shù)，但這將導(dǎo)致成本的增加。文中給出了一種新高強(qiáng)度鋼，其在提高強(qiáng)度的同時仍能保持原有機(jī)械加工性能。

新高強(qiáng)度鋼基于微合金鋼，在其中加入適量的釩（0.24%～0.35%），使碳化釩析出，這在提高材料強(qiáng)度的同時還能提高屈強(qiáng)比（材料的屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的比值），防止其機(jī)械加工性能惡化。在熱鍛試驗室中進(jìn)行新高強(qiáng)度鋼的制備，逐步提高新高強(qiáng)度鋼中釩含量，利用靜態(tài)拉伸試驗確定釩含量最佳值，約為0.2%。制造時，將原料置于1225℃環(huán)境下加熱20min，之后在1040℃的環(huán)境中進(jìn)行鍛造，最后以1℃/s的速度進(jìn)行冷卻。利用制備的新高強(qiáng)度鋼制造發(fā)動機(jī)連桿，并對其進(jìn)行力學(xué)性能測試。首先在萬能試驗機(jī)上進(jìn)行拉伸測試，拉伸速度為1mm/min。試驗發(fā)現(xiàn)，新高強(qiáng)度鋼制備的連桿拉伸強(qiáng)度高于傳統(tǒng)高強(qiáng)度鋼連桿，其屈強(qiáng)比約為0.75～0.77，而傳統(tǒng)連桿的屈強(qiáng)比僅為0.68，這表明其具有較好的機(jī)械加工性能。之后對該連桿進(jìn)行疲勞測試，測試時固定連桿大頭，在連桿小頭一側(cè)施加不斷增加的循環(huán)載荷，應(yīng)力比為0.1，頻率25Hz，試驗發(fā)現(xiàn)其疲勞強(qiáng)度為536MPa，疲勞強(qiáng)度比為0.56，這與傳統(tǒng)高強(qiáng)度鋼連桿的疲勞性能大致相同。最后對該連桿進(jìn)行屈服強(qiáng)度測試，測試時固定連桿大頭，在連桿小頭的兩側(cè)施加不斷增加的載荷，試驗發(fā)現(xiàn)其屈服應(yīng)力為743MPa，比傳統(tǒng)高強(qiáng)度鋼的674MPa約高10%。因此，可以確定新高強(qiáng)度鋼的使用不會影響連桿的使用，通過與傳統(tǒng)高強(qiáng)度鋼連桿對比發(fā)現(xiàn)，新高強(qiáng)度鋼連桿的橫截面面積減少了12%、強(qiáng)度提高了10%、質(zhì)量減輕了8%，但其機(jī)械加工性能并沒有發(fā)生惡化。目前，這種新高強(qiáng)度鋼連桿已經(jīng)在汽車發(fā)動機(jī)中開始應(yīng)用。

Tatsushi Kaiho et al. SAE 2015-01-1975.

編譯：李臣