林 振

(廣西嘉德機(jī)械股份有限公司，廣西 玉林 537000)

1高速大功率活塞銷材料和加工工藝分析

1.1原材料對活塞銷性能的影響分析

1.1.1 材料的成分與淬透性

在相同的硬度條件下，材料的硬度深度一般可以反映材料的總硬度。例如鉻、錳、鎳、鉬等合金元素含量的增加，會影響材料的硬度，促進(jìn)其硬度提高，使材料的硬度達(dá)到規(guī)定的范圍，當(dāng)材料的芯部能量被去除時(shí)，馬氏體組織完全硬化，馬氏體組織具有威懾力，而馬氏體組織均為低碳板條馬氏體組織，在一定程度上可提高材料的整體強(qiáng)度[1]。高速、高性能柴油機(jī)活塞螺栓常用材料的化學(xué)成分見表1。

表1 高速大功率柴油機(jī)活塞銷常用材料的化學(xué)成分

1.1.2 材料純凈度

我們所說的材料純度，其實(shí)就是鋼中非金屬夾雜的種類和數(shù)量。金屬中的非金屬夾雜物主要是鋼的二次氧化產(chǎn)物，其主要成分為脫氧物和澆注過程中產(chǎn)出的。主要根據(jù)其形態(tài)和分布，如高韌性硫化物、氧化物(如硅酸鹽)或具有鏈狀顆粒的氧化物(如氧化鋁)等非金屬夾雜物的類型相對不同進(jìn)行分類。它還具有一定的變形特性。結(jié)果表明：材料的接觸疲勞與高韌性硫化物關(guān)系不大，對氧化物放電的影響較??；保持活塞銷的高可靠性是提高其疲勞壽命的關(guān)鍵。要達(dá)到這一要求，必須控制非金屬夾雜，更重要的問題是氧化物的含量。

1.2滲碳淬火組織對活塞銷性能的影響分析

實(shí)際上，在由碳合金鋼制成的滲碳淬火工序中，在滲碳淬火作用下，會含有許多種物質(zhì)元素，如細(xì)針狀馬氏體、粒狀碳化物和少量奧氏體。一般而言，合金元素的含量與材料的硬度及活塞銷的強(qiáng)度成比例關(guān)系，即活塞銷的硬度及強(qiáng)度隨合金元素的含量增加而增加，鎳的含量增加，鉬等元素的溶解量也明顯增加，從而提高奧氏體的穩(wěn)定性。碳勢和滲碳淬火工序內(nèi)氣氛溫度越高，奧氏體的含碳量越大，奧氏體含量也越高。相對而言，若增加活塞銷表面顆粒體積，則有利于提高活塞銷表面的耐磨性和接觸疲勞性，但若過大，則會引起張力的集中，在一定程度上降低抗沖擊能力和疲勞能力。為提高活塞銷的承載力和接觸強(qiáng)度，必須對滲層的材料成分給予足夠的重視[2]。

1.3表面粗糙度和加工精度對活塞銷性能的影響

連桿和活塞銷的配合自由度易受活塞銷圓度、圓柱慣性等因素的影響。若間隙過大，則會損壞油膜，從而引起活塞銷磨損或加劇磨損。而且如果間隙較小，則會使活塞銷摩擦面產(chǎn)生咬死現(xiàn)象。此外，雖然表面粗糙度不影響材料的輕度，但對活塞銷疲勞輕度的影響就比較明顯，尤其是材料強(qiáng)度提高后，粗糙度對疲勞強(qiáng)度的影響更大。

2原材料技術(shù)要求與加工工藝優(yōu)化研究

2.1在設(shè)計(jì)階段注重提升原材料質(zhì)量

2.1.1 連續(xù)熔融電渣增純增密技術(shù)

一般而言，低碳合金鋼在電爐熔煉過程中很難脫氧，主要原因在于它的含碳量較低。對此問題，在應(yīng)用電爐的基礎(chǔ)上，采用熔融工藝達(dá)到目的，通過減少偏析優(yōu)化來提高材料的純度、密度和均勻性。電渣熔煉可顯著提高非金屬夾雜物的熔煉能力，渣層分布規(guī)律可使鋼液洗渣，降低鋼中雜質(zhì)的濃度，有效地改善夾雜物的分布特性，同時(shí)還可使鋼液達(dá)到脫氧化、脫硫和定點(diǎn)固化的目的。電渣熔化后，材料的晶粒尺寸變小，變得更加均勻，這對降低宏觀和微觀凝結(jié)，在一定程度上提高碳合金鋼的純度要求，具有非常重要的意義。

2.1.2 提高鍛制比，減輕帶狀組織，細(xì)化晶粒

根據(jù)實(shí)際情況，高溫高變形熱軋可產(chǎn)生溶解元素，分離帶延伸形成一條帶，使聚集區(qū)與貧化區(qū)的溶質(zhì)距離不斷減小，有利于均勻分布奧氏體區(qū)域。尤其在此過程中，一方面降低了兩者的濃度差，另一方面通過軋制工藝提高了組織密度，細(xì)化了晶粒。但是由于軋制時(shí)采用了較高的鍛制比，所以一般不低于6。與此同時(shí)，軋制過程中的溫度和軋后的冷卻功率應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況加以調(diào)整，以使材料的力學(xué)性能得到一定的改善，并能在很大程度上消除帶狀組織，滿足晶粒加工的要求。

2.2對滲碳淬火工藝進(jìn)行優(yōu)化

有3種方法來確定滲碳和脫硫工藝參數(shù)。滲碳對化油器溫度和大氣溫度的影響主要是：阻隔后殘余奧氏體會明顯增加，甚至形成相應(yīng)的碳化物，這與滲碳器溫度過高、大氣碳勢有關(guān)，而我國化油器溫度和大氣碳勢的選擇和控制，必須結(jié)合實(shí)際材料的性能，在此基礎(chǔ)上，對化油器層碳含量進(jìn)行分析時(shí)，應(yīng)合理控制，使活塞銷碳含量在完成后，達(dá)到實(shí)際要求和標(biāo)準(zhǔn)。合理控制溶劑的冷卻能力，坩堝溶液溫度和殘余奧氏體含量的對應(yīng)比例是控制該工藝用量的主要原因。一般情況下，坩堝溶液溫度較高或流動能力較差，導(dǎo)致奧氏體不能有效地轉(zhuǎn)化為馬氏體，殘余含量增加。所以需要不斷地提高威懾解決方案的冷卻能力。熄火溫度的降低使合金在奧氏體中的含量減少，化油器層中殘余奧氏體含量降低，淬火溫度下降低。

2.3合理提高加工精度

在活塞的加工過程中，由于加工精度將在一定程度上影響活塞的性能，所以在優(yōu)化加工工藝時(shí)，需要進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化和提高。一般而言，為了保證圓度、缸性及其它幾何公差也有較低的粗糙度，需要對活塞銷的粗糙度進(jìn)行最終處理，以確定高性能活塞銷的粗糙度不能超過外表面0.000008 mm，由此確定內(nèi)外圓表面無任何缺陷或其它問題等，從而提高活塞銷的可靠性。

3總結(jié)

從總體上看，柴油機(jī)活塞銷的性能受原材料質(zhì)量、加工工藝等多種因素的影響較大，為保證柴油機(jī)活塞螺栓的性能，必須在設(shè)計(jì)階段對原材料的質(zhì)量進(jìn)行改進(jìn)。生產(chǎn)過程中，應(yīng)根據(jù)不同材料的特點(diǎn)，選擇合理的加工工藝，不斷改進(jìn)和優(yōu)化工藝，使活塞螺栓表面具有較強(qiáng)的硬度，而芯部具有較好的強(qiáng)度，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高其體積穩(wěn)定性和降低疲勞強(qiáng)度。