轿车发动机曲轴材料及工艺的研究

轿车发动机曲轴材料及工艺的研究 曲轴是汽车发动机上关键零件之一，其性能的好坏直接影响汽车质量 和寿命。 曲轴是汽车发动机上关键零件之一，其性能的好坏直接影响汽车质量 和寿命。曲轴在发动机中承担最大负荷和全部功率，承受着强大的方 向不断变化的弯矩及扭矩，也经受着高速运转中长时间的磨损，因此， 曲轴材质具有教高的刚性和疲劳强度以及良好的耐磨性能。在 “九五”期间，为了缩短我国汽车工业与世界发达国家的差距，中国 一汽集团与德国大众、德国奥迪公司合资建厂，生产奥迪轿车、宝来 轿车和捷达轿车，其发动机所用曲轴的质量和性能要求非常高，抗拉 强度δb?700Mра，延伸率δ?3，强度HB250以上，淬火后HRC55 以上，曲轴表面粗糙度为Ra6.3～Ra3.2，曲轴尺寸精度为CT5-CT6 级。另外，曲轴加工后其表面质量要求很高，不允许有任何肉眼能看 见的缺陷。这种高性能高质量的要求，国内砂型铸造工艺方法生产出 来的曲轴无法满足，因此，长期以来，奥迪轿车、捷达轿车和宝来轿 车发动机所使用的曲轴一直是从德国进口。这种关键产品依赖进口， 不但高昂的价格制约了轿车成本的降低，而且数月的运输周期给生产 带来麻烦。因此，研究、实验、开发高性能、高质量的轿车发动机曲 轴是当务之急，重中之重。也就是说，曲轴国产化的研究不仅可以提 高我国汽车关键零部件的自主开发能力和相关技术的发展，而且可以 取得十分显著的经济效益。因此，试制开发满足轿车发动机要求的国 产曲轴毛坯，对一汽集团公司及我国整个汽车工业的发展都具有重要 的现实意义。 一汽铸造公司为了解决轿车曲轴材料国产化所需资金问题，经过 几年努力，已经研制出能满足轿车发动机的高性能高质量曲轴毛坯， 并建造一个年产100万根的曲轴生产基地。到目前，已向一汽大众公 司提供60余万根曲轴毛坯。 对球铁铸件来说，其化学成分泛指C、Si、Mn、S、P、Cu、Sn、Cr、Ni、Mo等。就球铁曲轴而言，这些元素成分对其金相组织、机 械性能及其他质量影响和作用是非常大的。从实验结果看，当C、Si含量高时，曲轴强度下降，珠光体含量减少，硬度降低，延伸率提高， 切削性良好，但铸件加工表面，主要在曲轴热节部位如主轴径和第一 连杆处出现石墨漂浮缺陷，造成废品；当C、Si含量低时，曲轴强度较高，珠光体含量增加，强度提高，延伸率和切削性下降，C含量过低时易出渗碳体。当C含量控制在3.6-3.7%，Si：2.0-2.2%时，曲轴综合性能良好。 通常Cu、Cr、Ni、Sn合金元素都是球铁铸件的添加元素，目的 是为了提高珠光体含量，提高硬度，也提高强度，但对曲轴来说，选 用哪些合金元素，其含量为多少才能保证其强度指标适合曲轴轴径快 速高频淬火的要求以及满足曲轴自动线上高速旋转刀具的切削条件。 硬度太高，加工不动，打刀。硬度低是，淬火时出来裂纹，淬火后曲 轴硬度也不稳定，有时高有时低。 在球铁、曲轴生产中，铁水浇注温度的控制是非常重要的，在几 年的曲轴试制和生产中，我们通过大量实验和生产实践，认识到铁水 温度控制对曲轴质量至关重要，铁水温度对曲轴表面渣气孔和加工后 表面的渣气孔以及对缩孔和球化等级都有很大影响。 由于曲轴在发动机工作时承受弯曲和扭转的多变力矩，所以，要 求曲轴具有较高的强度和刚性，因此，也就要求曲轴的内在质量非常 高，曲轴内部不允许有任何缩松和缩孔，内部组织要致密，要想达到 曲轴内在高的质量要求，首先要解决曲轴的补缩问题。球状和柱状发 热保温冒口对解决曲轴内部缩孔效果最好，而且，柱状发热保温冒口 用刚模具，一次成形，强度高，不易掉渣，所以曲轴不容易产生砂眼。 几年来，通过对捷达、宝来、高尔夫轿车发动机曲轴铸件的材料 及工艺研究攻关，解决了大量的技术难题和工艺难点，生产出高质量、 高性能的曲轴。完全达到德国GGG60 DIN1693曲轴性能标准及P-VW、 PVW6201曲轴加工表面验收标准，国产曲轴的质量得到一汽大众公司 的认可，实现100%曲轴国产化。