利用高強度鋼實現汽車連桿輕量化

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利用高強度鋼實現汽車連桿輕量化

為提高汽車的燃油效率，需要實現汽車零部件的輕量化，特別是對于諸如汽車發動機連桿的高速運動部件。發動機連桿的輕量化，不僅可以使汽車質量減輕，而且可以減小其慣性力和降低其摩擦損失。目前，提高發動機連桿強度的方法有兩種：①使用高強度鋼，但通常是高碳鋼，其機械加工性能較差；②采用諸如噴丸熱處理技術，但這將導致成本的增加。文中給出了一種新高強度鋼，其在提高強度的同時仍能保持原有機械加工性能。

新高強度鋼基于微合金鋼，在其中加入適量的釩（0.24%～0.35%），使碳化釩析出，這在提高材料強度的同時還能提高屈強比（材料的屈服強度與抗拉強度的比值），防止其機械加工性能惡化。在熱鍛試驗室中進行新高強度鋼的制備，逐步提高新高強度鋼中釩含量，利用靜態拉伸試驗確定釩含量最佳值，約為0.2%。制造時，將原料置于1225℃環境下加熱20min，之后在1040℃的環境中進行鍛造，最后以1℃/s的速度進行冷卻。利用制備的新高強度鋼制造發動機連桿，并對其進行力學性能測試。首先在萬能試驗機上進行拉伸測試，拉伸速度為1mm/min。試驗發現，新高強度鋼制備的連桿拉伸強度高于傳統高強度鋼連桿，其屈強比約為0.75～0.77，而傳統連桿的屈強比僅為0.68，這表明其具有較好的機械加工性能。之后對該連桿進行疲勞測試，測試時固定連桿大頭，在連桿小頭一側施加不斷增加的循環載荷，應力比為0.1，頻率25Hz，試驗發現其疲勞強度為536MPa，疲勞強度比為0.56，這與傳統高強度鋼連桿的疲勞性能大致相同。最后對該連桿進行屈服強度測試，測試時固定連桿大頭，在連桿小頭的兩側施加不斷增加的載荷，試驗發現其屈服應力為743MPa，比傳統高強度鋼的674MPa約高10%。因此，可以確定新高強度鋼的使用不會影響連桿的使用，通過與傳統高強度鋼連桿對比發現，新高強度鋼連桿的橫截面面積減少了12%、強度提高了10%、質量減輕了8%，但其機械加工性能并沒有發生惡化。目前，這種新高強度鋼連桿已經在汽車發動機中開始應用。

Tatsushi Kaiho et al. SAE 2015-01-1975.

編譯：李臣