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车用空压机连杆材料及其发展趋势

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车用空压机连杆材料及其发展趋势车用空压机连杆材料及其发展趋势 摘要:通过对几种空压机连杆材料的综合分析,阐述其发展趋势是用传统可锻铸铁、球墨铸铁材料生产的连杆仍将被一些低端空压机所采用,但却面临着粉末锻造连杆的挑战;碳素钢、合金钢 模锻生产的连杆虽然仍占有一席之地,却终将被铝合金连杆、粉末锻造连杆、非调质结构钢裂解连 杆所替代,尤其是铝合金挤压铸造连杆更具优势;碳纤维强化塑料连杆虽质量最轻,但需在技术上 有重大突破,方可批量生产应用。 关键词:汽车 空压机连杆 材料 发展趋势 中图分类号:U463.5文献标识码:A 富奥汽车零部件股份有限公...

车用空压机连杆材料及其发展趋势
车用空压机连杆材料及其发展趋势 摘要:通过对几种空压机连杆材料的综合分析,阐述其发展趋势是用传统可锻铸铁、球墨铸铁材料生产的连杆仍将被一些低端空压机所采用,但却面临着粉末锻造连杆的挑战;碳素钢、合金钢 模锻生产的连杆虽然仍占有一席之地,却终将被铝合金连杆、粉末锻造连杆、非调质结构钢裂解连 杆所替代,尤其是铝合金挤压铸造连杆更具优势;碳纤维强化塑料连杆虽质量最轻,但需在技术上 有重大突破,方可批量生产应用。 关键词:汽车 空压机连杆 材料 发展趋势 中图分类号:U463.5文献标识码:A 富奥汽车零部件股份有限公司 毛成龙 高冬乐 黑龙江科技学院 于凤云 [1] 连杆作为车用空压机能量转换的主要运动部炼、强力喷丸处理等特殊工艺和措施 。 (2)碳素钢和合金钢 件,承受着较高的周期性冲击力、惯性力和弯曲 碳素钢、合金钢也是空压机连杆的传统用材 力,这就要求连杆除具有足够的强度和刚度外,还 (如40、45、40Cr钢等)。通常较小排量的空压机 应具有尽可能小的质量,以适应轻量化设计及空压 采用正火或调质的碳素钢连杆,其硬度可达229 机性能的要求。 2269HBS,抗拉强度可达800 以上,冲击韧度 N/mm 2也在60 J/cm以上。而较大排量的空压机则采用调质 1 传统材料 的合金钢连杆,其硬度可达300HBS,抗拉强度可达 (1)可锻铸铁和球墨铸铁22[2]900 N/mm以上,冲击韧度也在80 J/cm以上。这 可锻铸铁和球墨铸铁为空压机连杆的传统用材。 样,可保证其具有足够的强度和塑性,获得良好的综 由于珠光体可锻铸铁连杆成本相对较低,因此较早地 合力学性能,见表1。 被国外所采用,且成功地取代了部分锻钢连杆。此 后,随着球铁技术的发展及其在汽车零部件上的广 2新型材料泛应用,珠光体可锻铸铁连杆又被球墨铸铁连杆所替 代。但无论是哪种铸铁连杆,在浇铸过程中都易产生 (1)非调质结构钢 空压机非调质钢连杆多用于排量较大的空压机, 夹渣、气孔和疏松等铸造缺陷,这也是造成铸铁连杆 其连杆用非调质钢分为微合金非调质结构钢和高碳非 失效的主要原因。因此,为确保铸铁连杆的质量,需 调质结构钢两大类。其中,微合金非调质结构钢多采 严控铁水的温度、纯度和化学成分,采取加压排气精 应 用材料 [3] (或托氏体)+铁素体组织,具有很高的疲劳寿命。 实测微合金非调质结构钢连杆化学成分见表2。而高 材料牌号热处理方式硬度HBS 碳非调质结构钢为新型高碳钢,可适用于空压机连杆 正火 229,269 40调质 229,269 裂解,进而减少了生产工序,节省了能源、降低了成 正火229,269本,同时也避免了热处理过程中产生的淬火裂纹、变 45调质 229,269 形等质量缺陷,保证了产品质量。目前,空压机连杆 40Cr 调质 233,280用高碳非调质结构钢主要有德国的高碳微合金非调质 钢C70、C70S6及法国的高碳微合金非调质钢C70E3 用38MnV(或40MnV)、35MnVS等非调质钢,并经 连杆体热模锻成形后,控制其冷却速度,获得珠光体 等,其化学成分见表3,连杆的力学性能见表4。 牌号CSiMnPSCrV 40MnV 0.41 0.53 1.46 0.024 0.037 0.195 0.08 38MnV 0.37 0.58 1.33 0.013 0.025 0.109 0.08 35MnVS 0.36 0.48 0.13 0.018 0.359 0.09 牌号CSiMnPSCrNiMoVCuAlC70 0.67, 0.73 0.15,0.40 0.52,0.72 ?0.045 0.060,0.080 ?0.20 ?0.20 ?0.05 0.030,0.060 ?0.010 C70S6 0.67 ,0.73 0.15,0.25 0.45,0.55 ?0.045 0.060,0.0700.10,0.20 ?0.20 ?0.03 0.030,0.040 ?0.010 C70E3 0.67, 0.75 0.15,0.35 0(80,1.10 ?0.025 ?0.025 ?0.20 ?0.25 ?0.10 ?0.35 ?0.050 -2-2-2 硬度HBSR/ N?mm R/ N?mm A/% α/J?cm Z/%p0.2m5K 国外连杆 570 920 11 21 30 270 TL1470规范指标 ,520 900~1 050 ,10 0~40 263~310 (2)铝合金工量少的优质连杆,符合轻量化设计的要求,有利 于空压机性能的提高,且不受合金牌号的限制。其 空压机铝合金连杆属厚壁件,采用压铸工艺难 [4,5]连杆的力学性能见表5。 以获得质量优良的毛坯,而采用锻造工艺其生产成 (3)粉末冶金 本较高,且可供选用的锻造铝合金耐磨性较差,无 用粉末锻造法生产粉末锻造连杆或烧结锻造连 法满足无轴瓦、轴套铝合金连杆的使用要求。在这 杆起源于20世纪70年代,该法是将常规粉末冶金工 种情况下,只有挤压铸造工艺才是较为理想的工艺 艺与精锻工艺相结合,既具有粉末冶金的特性又具有 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。目前,空压机铝合金连杆主要采用ZL108、 机械精锻的优点。用该法生产的连杆具有精度高、质 ZL202等材料,应用挤压铸造工艺,将液态铝合金 量轻、密度大、偏差小、力学性能好等特点,且工艺 材料在压力作用下结晶凝固,可获得组织致密均 流程短、生产工序少,从而降低了生产成本。与锻钢 匀、晶粒细化、力学性能良好、表面光洁、机械加 2011年第5期 汽车工艺与材料 AT&M 65 用应材料 -2 生产方式合金种类硬度HBSR/ N?mm A/%m ZL108 265,315 1.5,4.0 ?100 挤压铸造 ZL202 ?400 ?8 ?100 金属型铸造 ZL108 235,275 ?80 锻造 LD2 295 12 ?85 连杆相比,可节省材料约40%,可降低生产成本约具有价格优势,一些低端空压机仍将采用,但却面临 着粉末锻造连杆的挑战。碳素钢、合金钢模锻生产的 10%,可节约能源消耗约50%。空压机粉末锻造连 空压机连杆虽然仍占有一席之地,却大有被铝合金连 杆的力学性能见表6。 杆、粉末锻造连杆、非调质结构钢裂解连杆所替代的 趋势,并将随着挤压铸造、粉末锻造及裂解技术的不 ρRRAZ断提高,终将被替代。尤其是铝合金挤压铸造连杆, p0.2m-3-2-2 /kg?m/%/%/ N?mm/ N?mm其符合轻量化设计的理念,可改善空压机的工况,提 7 800 540 780,1 000 15 35 高空压机的可靠性,延长空压机的使用寿命。目前, 目前,日本丰田汽车公司采用成分为Fe-2Cu-国外匹配铝合金挤压铸造连杆的高端空压机已大批量 0.55C-0.1S合金粉末生产的汽车发动机连杆已商品 装车,并已打入国内市场。国内虽也有一些铝合金空 化,且与锻钢连杆具有等同的疲劳性能。德国也采 压机连杆生产厂家,但与国外相比,存在着材料、工 用成分为Fe-(0.35 0.45)C-(0.3 0.4)Mn- 艺等诸多问题,亟待解决。碳纤维强化塑料空压机连 杆是目前空压机连杆中质量最轻的,但存在技术和经 (0.1 0.25)Cr-(0.2 0.3)Ni的粉末冶金连杆装 济方面的诸多问题,需在技术上有重大突破,方可批 配于Porsche928高性能发动机上,且效果良好。到 量生产应用。 目前为止,国外还没有将粉末锻造连杆批量应用到空 压机上的先例。而我国烧结锻造技术比较落后,专用 参考文献: 的粉末冶金设备及粉末品种较少,烧结锻造质量差且 不稳定,烧结保护气体还需进一步研究改进,这些都 将制约着粉末锻造空压机连杆的研究,是今后亟待解 ,1,李绍忠.发动机连杆生产工艺的进展,J,.汽车科技,决的课题。 2000(1),154:9-11. (4)塑料 塑料可使空压机连杆显著轻量化,在 ,2,曹正.汽车发动机连杆材料的现状及发展趋势[J].汽车 空压机上最 工艺与材料,2007,(1):7-10.多可减少40%的摆动质量,其机理是采用碳纤维强化 ,3,王秋冰,马鸣,卢震鸣,等.发动机连杆用材料与工用以制造塑料连杆(CFRP)。但目前仍未获得令人 艺的发展趋势,J,.柴油机设计与制造,2007,1(15):满意的疲劳强度,况且纤维材料价格昂贵,布放工艺 40-44.复杂,成本居高不下,严重制约了其研发,因而在近 ,4,罗继相,胡建华,刘林海,等.挤压铸造汽车空压机期难以大量应用。 铝连杆的研制与应用,J,.机械科学与技术,2003,22 (2):275-308. ,5,罗守靖,陈炳光,齐丕骧.液态模锻与挤压铸造技术 3 空压机连杆材料展望 ,M,.北京:化学工业出版社,2007. 传统可锻铸铁、球墨铸铁材料生产的空压机连杆 汽车工艺与材料 2011年第5期 AT&M 66
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上传时间:2017-11-22
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