国外汽车发动机连杆材料最新应用

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国外汽车发动机连杆材料最新应用

国外先进的发动机制造企业通过不断的研发，开发出了涨断连杆用非调质钢、粉末冶金及高强度的赛车连杆用钛合金等新型材料。而国内企业除了开发出C70S6BY涨断连杆用非调质钢外，其余的材料还在开发阶段，开发新型节能环保型的高强度的连杆材料是我国企业和相关研究机构的主要方向。

中国第一汽车集团公司技术中心 李 鹏

国内一般中、小型汽油机及柴油机连杆采用的传统材料主要是中碳钢与中碳合金钢，而增压中冷强化的柴油机一般采用中碳合金钢如铬钢、锰铬钢、镍合金钢等。但上述钢在毛坯制造的过程中为了取得良好的机械性能及良好的韧性等指标都无一例外地采用正火、调质等热处理工艺来保证连杆本身达到设计要求的性能指标。而正火、调质等热处理过程中要耗费大量的能源，特别是调质处理还需要消耗水、专用的淬火油等，废弃的淬火液需要处理后方能达到排放标准，这样既不利于环境保护也耗费了大量的能源，从这一点来看并不符合节能环保的要求。于是国外新型的非调质钢的连杆材料应运而生，而粉末冶金材料也因材料利用率高、加工余量少的特点而得到广泛的应用。

调质钢，其强度好、材料纯度高，更重要的是可适应连杆孔分离面涨断工艺的需要；而法国也相应研制了SPLITASCO系列高碳钢，其成分与C70S6相比只是为了提高可加工性能，对P、S等微量元素的含量做了进一步调整。

为了进一步提高材料的疲劳强度，欧洲公司在C70S6基础上进一步增加C元素的含量、添加了V的含量及添加了相应含量的Mo，开发了70MnSV4与80MnS5等牌号的微合金钢，经测试其疲劳强度比C70S6提高了10%~15%，但是由于合金元素的加入使连杆的加工性能受到一定的影响，目前上述两种材料只是在欧洲的几家产量较大的公司应用。

在过去的4年中，为了满足发动机高爆压的需要，德国研制成功了适合涨断工艺的高强度非调质钢36MnVS4。为了提高材料的加工性能，该材料与C70S6相比降低了材料中C的含量，同时为了提高材料的疲劳强度增加了V、Mo的含量，使材料的晶粒非常细化。一汽技术中心结合ET3发动机开发项目也研发了此种材料，实践证明此种材料不仅涨断性能良好，从疲劳试验结果来看，其疲劳强度也达到了优质的42CrMoA材料调质后的水平。上述各种涨断连杆用非调质钢材料成分见表1。

C70S6、36MnSV4金相组织分别见图1、图

1 涨断连杆用非调质钢

20世纪末，国内的企业根据各自不同的需求，先后开发了不同牌号的钒系、锰钒系及在此基础上衍生的锰钒氮系连杆用非调质钢，典型的有38MnVS、40MnV、48MnV等，但由于其强度级别小于900 MPa，故在一定程度上已经满足不了发动机的高强化和高爆发压力的要求。在这种情况下，国外（主要是德国）率先研制了以C70S6BY为代表的高碳非

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2。从图1、图2中可以看出C70S6的金相组织与36MnVS4的金相组织有很大的不同，C70S6的金相组织为铁素体与粗大的珠光体组织，而36MnVS4的金相组织为极细小的珠光体与铁素体的混合体，正是这样的区别使其疲劳强度相比C70S6而言提高了30%以上。

图3 拉压比为2.5时各材料的疲劳性能

图1 C70S6金相组织

图4 C70S6与36MnSV4的刀具寿命比较

图2 36MnSV4金相组织

2 粉末冶金材料

用粉末烧结锻造工艺生产汽车发动机连杆，最早是美国通用汽车公司进行这方面的试验并取得成功，但当时没有达到批量生产。随后，日本丰田汽车公司采用成分为Fe2Cu0.55C0.1S的合金粉末生产汽车发动机连杆，并与锻钢连杆进行了拉压疲劳性能对比试验。结果表明，粉末烧结锻造连杆与锻钢连杆具有同等的疲劳性能。目前，丰田、通用、MAZDA、福特等汽车公司粉末冶金锻造连杆均已经商品化，全球的产量已逾千万，粉末冶金锻造连杆在高速汽油机连杆的生产中已经占有相当的份额。一汽集团公司与丰田汽车公司的合资企业一汽丰越发动机厂生产的V6系列发动机连杆系采用粉末冶金锻造连杆。

粉末冶金锻造连杆的强度、韧性能达到锻钢连杆的水平，是通过以下两个方面得到保证的，一是

在评价36MnSV4连杆材料机械性能时，在拉压比为2.5的条件下，其疲劳强度为470 MPa，是C70S6的1.4倍，这意味着该材料目前在适应涨断工艺的材料中强度最好，性能有了大幅度的提高，同时这也为连杆的轻量化设计提供了一个坚实的基础。该材料及C70S6等系列材料的疲劳性能见图3。

与此同时，由于合金成分的变化和调整，该材料的加工性能也比传统的C70S6系列连杆材料有较大的提高，因为细小的铁素体-珠光体晶粒有助机械加工中的断屑过程，这使其切削性能提高了30%，而钻孔刀具的寿命提高了50%，机械加工性能的提高抵消了因增加疲劳强度而增加的微量元素的部分成本。C70S6与36MnSV4的刀具寿命比较见图4。

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通过锻造提高粉坯的密度，二是通过添加合金元素使粉末锻造连杆具有足够的淬透性，保证热处理后零件的质量。从理论上讲，烧结锻造零件的密度，如能达到钢材的理论密度的话，将具有与钢制零件同等的力学性能。日本生产的Fe0.5C2.0Cu0.09S、Fe0.55C2.0Cu0.2S粉末烧结锻造连杆的密度达到7．82 g／cm3 (理论密度的99 …… 此处隐藏：2178字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……