1、發(fā)動(dòng)機(jī)上的新材料雖然現(xiàn)代材料技術(shù)發(fā)展迅速，但是金屬材料仍然是現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上使用最廣泛的材料曲軸上的新材料曲軸在工作中受到不斷變化的燃?xì)鈮毫?、慣性力及力矩作用，從而在各部分 產(chǎn)生彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切、拉壓等交變應(yīng)力。曲軸的重要性及其工作狀況的復(fù)雜性， 要求曲軸有較高的抗拉強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、表面強(qiáng)度、耐磨性”，同時(shí)心部要有一 定的韌性。 目前，國內(nèi)普遍使用的曲軸材料主要有鍛鋼和球墨鑄鐵兩類。（1）鍛鋼曲軸熱處理鍛鋼曲軸，這類曲軸多采用精鍛中碳鋼或中碳合金鋼，需要采用調(diào)質(zhì)（或正火）熱處理來提高強(qiáng)度并改善加工性能。鍛造曲軸由于需 要熱處理，工藝較復(fù)雜，需要時(shí)間多，而且能源消耗較大。另外，國外采用鈣鋼 經(jīng)鍛

2、造余熱淬火后，增加淬透性，以提高硬度、抗拉強(qiáng)度、沖擊韌性和延伸率， 從而降低毛坯成本。 微合金非調(diào)質(zhì)鋼曲軸是近年來發(fā)展起來的新鋼種，通過 添加 V、Nb、Ti 等合金元素細(xì)化晶粒，強(qiáng)化鋼的基體，提高鋼的強(qiáng)度。其優(yōu)點(diǎn) 是可省去調(diào)質(zhì)（或正火）處理工藝，具有明顯的簡化工藝、節(jié)時(shí)節(jié)能效果。同時(shí)可 改善切削加工性能，淺高勞動(dòng)生產(chǎn)率 6 微合金鋼與調(diào)質(zhì)碳鋼相比可降低成本 7%-11%，與調(diào)質(zhì)合盒鋼相比可降低成本 11%-19%。國外汽車應(yīng)用微合金非調(diào)質(zhì) 鋼曲軸已十分廣泛，德魯?shù)腂enz、意大利的Fiat、美國的Ford、日本的三菱和 豐田汽車公司都有部分汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸采用非調(diào)質(zhì)鋼。（2）球墨鑄鐵曲軸 球墨

3、鑄鐵比鋼輕約 10%，無殘留應(yīng)力，加工時(shí)產(chǎn)生的 缺陷少，面且球墨鑄鐵減振性、耐磨性、對缺口敏感性等優(yōu)于鍛鋼。鑄造曲軸與 鍛造曲軸相比，可使連桿軸徑中空，減輕回轉(zhuǎn)質(zhì)量，且可減少軸拐角處的應(yīng)力集 中。球墨鑄鐵曲，尤其是鑄態(tài)球墨鑄鐵曲軸，具有生產(chǎn)工藝簡單、能源消耗少、 生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。球鐵要取代鍛鋼，重點(diǎn)是提高韌性，尤其是動(dòng) 態(tài)韌性，可采用如下方法：細(xì)化晶粒租顯微組織；盡量降低有害雜質(zhì)含量；球化 或鈍化、分散弱相（如石墨）以減小應(yīng)力集中系數(shù)；生成或引入韌性好的不連續(xù)組 織（如 ADI 球鐵中的殘余奧氏體）來提高性能。 ADI 是近年來在鑄鐵冶金中的重大發(fā)現(xiàn)之一。將球鐵加熱到897C附近

4、，奧氏體化溶解碳，然后進(jìn)入247C-397 C 鹽浴中急冷，以防止出現(xiàn)珠光體，并保溫lh-2h，最后急冷到室溫，獲得基體為 奧氏體加貝氏體混合組織的 ADI 材料。通常在其中加入少量 Ni、Mo 或 Cu 來提 高硬度。富含碳的殘余奧氏體比較穩(wěn)定，韌性好且不連續(xù)，這極大地提高了材料 的性能。它的另外一個(gè)突出特點(diǎn)是加工感應(yīng)相變形成馬氏體。且僅是加工部分產(chǎn) 生硬化，提高了強(qiáng)度和耐磨性，此種硬化效果具有持續(xù)性。ADI材料可被用來制 造承受高負(fù)載的曲軸，而通常條件下；普通球鐵材料是達(dá)不到這么高的要求的。 ADI 材料的開發(fā)提高了球墨鑄鐵類材料的機(jī)械性能，拓展了球鐵材料的應(yīng)用空 間。由于其價(jià)格低廉，設(shè)計(jì)

5、自由度大，經(jīng)不同：溫度等溫淬火處理后，具有高強(qiáng) 度、高韌性、耐疲勞和耐磨性能，因此是一種非常有發(fā)展前途的材料。 球鐵 材料過去一直采用正火來提高強(qiáng)度。隨著生產(chǎn)技術(shù)的成熟，鑄態(tài)珠光體球墨鑄鐵 曲軸逐步代替了正火球墨鑄鐵曲軸。由于石墨球數(shù)增加、基體組織全為珠光體， 因而鑄態(tài)下就能獲得較高酌機(jī)械性能。鑄態(tài)曲軸不需正火熱處理，這樣不僅簡化 生產(chǎn)工序、降低能源消耗和生產(chǎn)成本，還避免了人為因素產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，從而減 少了曲軸在切削加工后進(jìn)行表面淬火強(qiáng)化處理時(shí)的變形傾向。以 EQl092 汽車曲 軸的生產(chǎn)為例，只要鑄態(tài)基體組織珠光體含量不少于 75%，軸頸表面淬火硬度就 高于鉑HRC,變形量小于0.3mm，而

6、原來采用正火球墨鑄鐵曲軸，表面淬火后， 曲軸變形很大且不穩(wěn)定，平均為15ma,最大達(dá)到3.5mm。目前，球鐵取代鍛鋼的最大障礙就是強(qiáng)度和韌性有限。但是隨著高強(qiáng)度二高韌性球鐵，尤其是奧 氏體等溫淬火球鐵(AD1)技術(shù)的日趨成熟，憑借其高強(qiáng)度、高韌性、成形性能好、 成本低、綜合機(jī)械性能優(yōu)良等諸多優(yōu)點(diǎn)，必將在更大范圍內(nèi)取代鍛鋼?；钊突钊h(huán)活塞及活塞環(huán)位于發(fā)動(dòng)機(jī)的心臟，其工作質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性?。 現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞多采用鋁合金作材料。其主要優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量輕二導(dǎo)熱性能好?；?塞與活塞環(huán)是一對摩擦。為使其工作性能達(dá)到最佳化，在選用原材料和工作面的 涂覆材料方面，首先應(yīng)考慮兩者間的匹配性。如：活塞環(huán)

7、端面進(jìn)行化學(xué)鈍化處理， 則活塞應(yīng)選用 AEB5 型共晶鋁(5%的 Cu 含量)作材料，且對活塞環(huán)槽進(jìn)行磷化處 理。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)功率的不斷提高和活塞工作壽命的不斷延長，普通的鋁合金活塞 難以滿足要求，許多性能更好的新材料應(yīng)用于活塞中。鋁基復(fù)合材料的性能已達(dá) 到使用的最好材料Ni-resist,鑄鐵的水平，而制成活塞和活塞環(huán)后質(zhì)量大大減輕， 與普通鋁合金材料相比其高溫強(qiáng)度和抗熱疲勞性能明顯提高，并具有較低的線膨 脹系數(shù)?？商岣呋钊褂脡勖?，降低油耗和廢氣排放量，提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率。日本 豐田汽車公司的發(fā)動(dòng)機(jī)巳廣泛采用這種材料，美國公司還研制出用以制作汽車發(fā) 動(dòng)機(jī)括塞的發(fā)泡石墨。這種材料具有比鋁高 4 倍

8、，比銅高 5 倍的傳熱系數(shù)，以及 相對密度低、質(zhì)量輕、制取成本不高等特點(diǎn)，既可減小質(zhì)量 40%（與金屑制材相 比），又可散熱制冷，可有效地增加發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率，改進(jìn)工作效率?；钊h(huán)是易損件，在工作中與缸套摩擦劇烈，其摩擦損失，占發(fā)動(dòng)機(jī)總摩擦 損失的 60%-70%，因此減輕摩擦和降低磨損是提高效率、延長壽命的重要途徑 研究表明，在活塞環(huán)（尤其是壓縮環(huán)）工作面上涂覆一層耐磨微小顆粒物質(zhì)可提高 其耐磨性能和載荷能力。例如；對柴油機(jī)壓縮環(huán)施以鉻和陶瓷涂層 （AI203 的含 量為2%-6%），其耐磨強(qiáng)度較普通環(huán)提高0.5-1.5 倍。有了這種涂層，活塞環(huán)的工 作面將永久存留一層潤滑油膜。有的活塞環(huán)的表面涂覆的不是氧化錳山類的微小 顆粒，而是極精細(xì)的鉆石微小顆粒（GDC），這可進(jìn)一步提高環(huán)的耐磨強(qiáng)度。缸套為減輕發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量，很多汽油發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體采用鋁合金作材料；而另外設(shè)置一 個(gè)灰鑄鐵缸套作為氣缸的工作面。由于兩種材料具有不同的熱膨脹特性，會(huì)影響 整個(gè)氣缸系統(tǒng)的工作和降低效率。目前巳開發(fā)出雙層材料缸套，即內(nèi)層為鐵，外 層為鋁合金，兩者構(gòu)成一個(gè)整體。 石墨鋁基復(fù)合材料具有較好的耐磨性、抗? 合性、自潤滑性。采用該材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鑄鐵缸套可大大提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。降 低線膨脹系數(shù)和油耗，改善導(dǎo)熱性。采用碳短纖維增強(qiáng)的鋁合金缸套取代鑄鐵缸 套，以A12O3與碳纖維的混合物作為