高速大功率柴油機活塞銷材料加工工藝優化

林 振

(廣西嘉德機械股份有限公司，廣西 玉林 537000)

1高速大功率活塞銷材料和加工工藝分析

1.1原材料對活塞銷性能的影響分析

1.1.1 材料的成分與淬透性

在相同的硬度條件下，材料的硬度深度一般可以反映材料的總硬度。例如鉻、錳、鎳、鉬等合金元素含量的增加，會影響材料的硬度，促進其硬度提高，使材料的硬度達到規定的范圍，當材料的芯部能量被去除時，馬氏體組織完全硬化，馬氏體組織具有威懾力，而馬氏體組織均為低碳板條馬氏體組織，在一定程度上可提高材料的整體強度[1]。高速、高性能柴油機活塞螺栓常用材料的化學成分見表1。

表1 高速大功率柴油機活塞銷常用材料的化學成分

1.1.2 材料純凈度

我們所說的材料純度，其實就是鋼中非金屬夾雜的種類和數量。金屬中的非金屬夾雜物主要是鋼的二次氧化產物，其主要成分為脫氧物和澆注過程中產出的。主要根據其形態和分布，如高韌性硫化物、氧化物(如硅酸鹽)或具有鏈狀顆粒的氧化物(如氧化鋁)等非金屬夾雜物的類型相對不同進行分類。它還具有一定的變形特性。結果表明：材料的接觸疲勞與高韌性硫化物關系不大，對氧化物放電的影響較小；保持活塞銷的高可靠性是提高其疲勞壽命的關鍵。要達到這一要求，必須控制非金屬夾雜，更重要的問題是氧化物的含量。

1.2滲碳淬火組織對活塞銷性能的影響分析

實際上，在由碳合金鋼制成的滲碳淬火工序中，在滲碳淬火作用下，會含有許多種物質元素，如細針狀馬氏體、粒狀碳化物和少量奧氏體。一般而言，合金元素的含量與材料的硬度及活塞銷的強度成比例關系，即活塞銷的硬度及強度隨合金元素的含量增加而增加，鎳的含量增加，鉬等元素的溶解量也明顯增加，從而提高奧氏體的穩定性。碳勢和滲碳淬火工序內氣氛溫度越高，奧氏體的含碳量越大，奧氏體含量也越高。相對而言，若增加活塞銷表面顆粒體積，則有利于提高活塞銷表面的耐磨性和接觸疲勞性，但若過大，則會引起張力的集中，在一定程度上降低抗沖擊能力和疲勞能力。為提高活塞銷的承載力和接觸強度，必須對滲層的材料成分給予足夠的重視[2]。

1.3表面粗糙度和加工精度對活塞銷性能的影響

連桿和活塞銷的配合自由度易受活塞銷圓度、圓柱慣性等因素的影響。若間隙過大，則會損壞油膜，從而引起活塞銷磨損或加劇磨損。而且如果間隙較小，則會使活塞銷摩擦面產生咬死現象。此外，雖然表面粗糙度不影響材料的輕度，但對活塞銷疲勞輕度的影響就比較明顯，尤其是材料強度提高后，粗糙度對疲勞強度的影響更大。

2原材料技術要求與加工工藝優化研究

2.1在設計階段注重提升原材料質量

2.1.1 連續熔融電渣增純增密技術

一般而言，低碳合金鋼在電爐熔煉過程中很難脫氧，主要原因在于它的含碳量較低。對此問題，在應用電爐的基礎上，采用熔融工藝達到目的，通過減少偏析優化來提高材料的純度、密度和均勻性。電渣熔煉可顯著提高非金屬夾雜物的熔煉能力，渣層分布規律可使鋼液洗渣，降低鋼中雜質的濃度，有效地改善夾雜物的分布特性，同時還可使鋼液達到脫氧化、脫硫和定點固化的目的。電渣熔化后，材料的晶粒尺寸變小，變得更加均勻，這對降低宏觀和微觀凝結，在一定程度上提高碳合金鋼的純度要求，具有非常重要的意義。

2.1.2 提高鍛制比，減輕帶狀組織，細化晶粒

根據實際情況，高溫高變形熱軋可產生溶解元素，分離帶延伸形成一條帶，使聚集區與貧化區的溶質距離不斷減小，有利于均勻分布奧氏體區域。尤其在此過程中，一方面降低了兩者的濃度差，另一方面通過軋制工藝提高了組織密度，細化了晶粒。但是由于軋制時采用了較高的鍛制比，所以一般不低于6。與此同時，軋制過程中的溫度和軋后的冷卻功率應根據實際情況加以調整，以使材料的力學性能得到一定的改善，并能在很大程度上消除帶狀組織，滿足晶粒加工的要求。

2.2對滲碳淬火工藝進行優化

有3種方法來確定滲碳和脫硫工藝參數。滲碳對化油器溫度和大氣溫度的影響主要是：阻隔后殘余奧氏體會明顯增加，甚至形成相應的碳化物，這與滲碳器溫度過高、大氣碳勢有關，而我國化油器溫度和大氣碳勢的選擇和控制，必須結合實際材料的性能，在此基礎上，對化油器層碳含量進行分析時，應合理控制，使活塞銷碳含量在完成后，達到實際要求和標準。合理控制溶劑的冷卻能力，坩堝溶液溫度和殘余奧氏體含量的對應比例是控制該工藝用量的主要原因。一般情況下，坩堝溶液溫度較高或流動能力較差，導致奧氏體不能有效地轉化為馬氏體，殘余含量增加。所以需要不斷地提高威懾解決方案的冷卻能力。熄火溫度的降低使合金在奧氏體中的含量減少，化油器層中殘余奧氏體含量降低，淬火溫度下降低。

2.3合理提高加工精度

在活塞的加工過程中，由于加工精度將在一定程度上影響活塞的性能，所以在優化加工工藝時，需要進行相應的優化和提高。一般而言，為了保證圓度、缸性及其它幾何公差也有較低的粗糙度，需要對活塞銷的粗糙度進行最終處理，以確定高性能活塞銷的粗糙度不能超過外表面0.000008 mm，由此確定內外圓表面無任何缺陷或其它問題等，從而提高活塞銷的可靠性。

3總結

從總體上看，柴油機活塞銷的性能受原材料質量、加工工藝等多種因素的影響較大，為保證柴油機活塞螺栓的性能，必須在設計階段對原材料的質量進行改進。生產過程中，應根據不同材料的特點，選擇合理的加工工藝，不斷改進和優化工藝，使活塞螺栓表面具有較強的硬度，而芯部具有較好的強度，并在此基礎上進一步提高其體積穩定性和降低疲勞強度。