1. 连杆材料
为了保证连杆在结构轻巧的条件下有足够的刚度和强度,一般采用精选含碳量的优质中碳结构钢,例如40号钢或45号钢模锻。在高速强化发动机中采用中碳合金结构钢,例如40Cr、40CrMo、35CrMo等。合金钢有较高的综合机械性能,但当存在产生应力集中的因素时,它的耐疲劳能力急剧下降,甚至低到与碳素钢相同的程度。所以对于合金钢连杆的形状设计、过渡圆滑性、毛坯表面质量等,必须给予更多的注意,才能充分发挥优质材料的潜力。硼钢材料例如40MnB,40MnVB等作为高负荷的大量生产连杆材料,显示了良好的使用性能。近年来也有采用中碳微合金非调质钢制造连杆的,在欧美及日本得到广泛采用。在大量生产的轿车、轻型车上用高碳钢制造发动机连杆,例如:一汽捷达发动机连杆采用70号高碳钢,含硫量为0.08%。一汽CA488连杆采用40Mn2S材料制造,化学成份(%)为:C 0.37~0.45,Mn 1.35~1.65,P≤0.04,S0.08~0.13,调质处理后的硬度为HB229~269。
稀土镁球墨铸铁及强韧的珠光体可锻铸铁也适于制造连杆,但铸造连杆的硬度应在HB210~250之间,抗弯疲劳强度为300~350N/m2。目前开始采用高强度钛合金铸造连杆,它的质量轻,并对应力集中不敏感。在小负荷的轿车发动机上,为提高连杆尺寸精度,减少加工量,降低成本,开始采用粉末冶金锻造连杆。
当连杆小头采用全浮式活塞销结构时,连杆小头内孔要压入衬套。衬套材料采用锡青铜铸造。在强化发动机上,通常采用强度较高、耐磨性好的铅青铜材料。近年来采用以冲压代铸造的冷轧青铜带成钢背一青铜复合的双金属带、钢背一铅合金、钢背一铜铅合金等双金属带卷制的薄壁衬套,例如东风集团公司的EQ6100、一汽的CA6110等机型。为了节约有色金属,现已大量采用铁基或铜基粉末冶金衬套,它们具有海绵状多孔结构,在孔隙中存有润滑油,使用时能产生油一石墨胶体润滑剂,具有优良的减磨性和耐磨性,且原料便宜、工序简化、成本低。但粉末冶金的抗压碎强度不好,只能以小过盈量压人小头孔里,所以对中小负荷的高速发动机较为适合,例如天津夏利发动机。
2. 连杆的工艺要求
连杆纵向断面内宏观金相组织要求金属纤维方向与连杆外形相符,纤维无扭曲及中断现象。用钢锻造的连杆,在机械加工前应经调质处理(淬火后高温回火),以获得较高的综合机械性能,既强又韧。为了提高连杆的疲劳强度,不经机械加工的表面应经过喷丸处理。连杆还必须经过磁力探伤检验,以求工作可靠。
现在连杆的辊锻工艺已经普遍采用,尤其是作为连杆毛坯的初锻。辊锻连杆不仅不需要大型锻压设备,而且还改善了操作工人的劳动条件。
现在有很多发动机的连杆采用整体锻造后在大端剖分面上涨断的工艺方法。简化了加工过程,提高了连接质量。
作者:吴工