日本汽車發(fā)動機(jī)部件高強(qiáng)度化鋼鐵材料與技術(shù)
汽車的輕量化有利于節(jié)油，處于汽車重要部位的發(fā)動機(jī)對汽車的輕量化具有重大作用。發(fā)動機(jī)部件的高強(qiáng)度化，除可提高發(fā)動機(jī)的性能和有利于發(fā)動機(jī)的小型輕量化外，還有利于其它部件的輕量化。迄今，日本對發(fā)動機(jī)部件通過采用特殊鋼的高質(zhì)量化、低成本化和高強(qiáng)度化，對降低油耗的汽車技術(shù)進(jìn)步作出了巨大貢獻(xiàn)。鑒于我國已成為汽車產(chǎn)銷大國和石油進(jìn)口大國，同時亦是鋼鐵大國，鋼鐵業(yè)理應(yīng)為汽車輕量化節(jié)油作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
關(guān)于閥彈簧的高強(qiáng)度化
（1）高強(qiáng)閥彈簧所要求的疲勞強(qiáng)度和耐彈力衰減性。
發(fā)動機(jī)由數(shù)百件零部件組成，各種滑動組合的部件間由于摩擦而產(chǎn)生的能量損失，占發(fā)動機(jī)內(nèi)能量損失中除熱損失外的40％，其中損失最大的為活動閥系的損失�；顒娱y系為發(fā)動機(jī)中使排氣閥隨曲軸回轉(zhuǎn)而同步開閉機(jī)構(gòu)的總你。
動閥系中的閥彈簧，使閥在發(fā)動機(jī)和發(fā)動機(jī)回轉(zhuǎn)時得以和慣性力相抗衡而保持正常動作的作用，每分鐘反復(fù)承受數(shù)千次荷重變化的部件。隨著發(fā)動機(jī)的高回轉(zhuǎn)化，閥彈簧亦要求達(dá)到相應(yīng)高的疲勞強(qiáng)度。隨著高強(qiáng)度化使閥彈簧絲徑變小時，自然可實現(xiàn)輕量化、緊湊化，均有利于節(jié)油。最近為提高防沖撞安全性，要求當(dāng)步行者撞上發(fā)動機(jī)罩時亦不致和堅硬的發(fā)動機(jī)沖撞，采取了發(fā)動機(jī)小型化以確保上部空間的措施。
另作為閥彈簧的耐彈力衰減性亦很重要，即經(jīng)長期使用后彈簧的荷重降低時，將對發(fā)動機(jī)高回轉(zhuǎn)時的閥動作產(chǎn)生影響，并影響發(fā)動機(jī)的性能。
為實現(xiàn)上述高性能的閥彈簧，對所用彈簧鋼的性能要求亦高。過去多用鋼琴絲，上世紀(jì)80年代以后改用高強(qiáng)度Si－Cr油回火鋼絲。該鋼絲為在常溫下拉絲至規(guī)定直徑后，經(jīng)連續(xù)油淬火回火后的鋼絲，由于為微細(xì)碳化物析出的回火馬氏體組織，故具有較高的強(qiáng)度和韌性。
為提高閥彈簧用鋼的疲勞強(qiáng)度，多加入Si、Cr、V等合金元素，加上對組織內(nèi)部作為破壞起點(diǎn)致引起疲勞強(qiáng)度下降的硬質(zhì)非金屬夾雜物(Al2O3等)進(jìn)行控制，使之變?yōu)檐涃|(zhì)低熔點(diǎn)夾雜物，這種防止疲勞強(qiáng)度下降的技術(shù)已實用化。
（2）通過表面處理提高疲勞強(qiáng)度。在生產(chǎn)閥彈簧時采用噴丸硬化亦可有效提高疲勞強(qiáng)度。該法為利用多數(shù)硬質(zhì)小鋼球?qū)饘龠M(jìn)行高速噴擊處理，給表層以殘留應(yīng)力致使疲勞強(qiáng)度加大。最近噴丸硬化亦實現(xiàn)了多次化，即2次采用更小而硬的鋼球噴丸的方法，使壓縮殘留應(yīng)力提高更大而進(jìn)一步提高了疲勞強(qiáng)度。
氮化處理亦是提高疲勞強(qiáng)度的有效方法。該法為使彈簧表面滲氮擴(kuò)散以形成氮化合物，由此而使表層硬化的方法�，F(xiàn)疲勞強(qiáng)度最高的材料之一即為通過氮化處理的高強(qiáng)度閥彈簧用鋼。它為防止氮化加熱時產(chǎn)生的軟化，對Si－Cr－V鋼中加大Si、Cr含量，并為防止高強(qiáng)度化而降低韌性并對含C量降低等，通過細(xì)致的成分調(diào)整得以實現(xiàn)。
關(guān)于連接桿的高強(qiáng)度化
（1）對周圍效果大的連接桿的高強(qiáng)度化。發(fā)動機(jī)為通過燃料燃燒后的壓力變化使活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動，然后通過活塞銷、連接桿轉(zhuǎn)換為曲軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動。故連接桿等運(yùn)動部件的輕量化，有利于發(fā)動機(jī)的慣性量降低和性能提高，并可減輕曲軸的負(fù)荷，還可抑制發(fā)動的振動以降低噪音和使曲軸輕量化并減少振動時的摩擦等諸多效果，最終均有利于降低汽車油耗。由此，連接桿的輕量化成為汽車業(yè)多年重視的課題。通過各汽車生產(chǎn)廠的不斷努力，2500CC以上汽車連接桿的重量指數(shù)已由1980年的150降到2000年的80左右。2500CC以下汽車亦由200降到130左右，節(jié)油效果均十分顯著。
連接桿在將活塞的往復(fù)運(yùn)動傳遞給曲軸時，要求可承受發(fā)動機(jī)燃燒壓力所產(chǎn)生的壓屈強(qiáng)度和適應(yīng)慣性質(zhì)量產(chǎn)生的拉伸壓縮入力的疲勞強(qiáng)度。從而材料的高強(qiáng)度化是其輕量化所必要的根本條件。
連接桿使用的材料主要是特殊鋼制鍛件和粉末冶金產(chǎn)品，但從降低成本出發(fā)多使用鍛件。過去多用碳素鋼鍛造后經(jīng)淬火、回火的調(diào)質(zhì)熱處理產(chǎn)品，但現(xiàn)在多以非調(diào)質(zhì)鋼為主。這種非調(diào)質(zhì)鋼在熱鍛后的冷卻過程便可形成和調(diào)質(zhì)鋼同樣的硬度，從而可省去淬火回火處理，有利于降低成本和提高生產(chǎn)效率�，F(xiàn)在多采用在碳素鋼中加V，以利用V碳氮化物析出硬化的鐵素體·珠光化型非調(diào)質(zhì)鋼。
（2）利用熱裂加工法以簡化加工工序。在連接桿的生產(chǎn)技術(shù)方面受人們重視的為熱裂加工法。通常生產(chǎn)連接桿時采取連接桿和桿帽分別生產(chǎn)并經(jīng)機(jī)械加工后，每以螺栓連成一起的方式。而熱裂加工法則將連接桿和桿帽一起鍛造成型，并在機(jī)械加工后施大力從原接合部破斷分離，最終將曲軸納入后對接在一起。此法的最大特點(diǎn)是簡化了雙方對接端面的機(jī)械加工工序，同時還有利于連接桿總體的輕量化效果。因為在破斷面使連接桿和桿帽緊密接合而不會產(chǎn)生錯位，從而使過去決定對接位置的連接銷亦可不要，這樣并使接觸面積減少，亦為連接桿組件的輕量化創(chuàng)造了條件。
在北美，連接桿多為粉末冶金制品致基本未利用裂化加工法。在歐洲則多使用含C量為0．7％的高C鋼(DINC70SG)的熱裂加工法，但此材料的切削性較差，成為進(jìn)一步普及中的問題。日本則通過調(diào)整鋼的成分以改善鋼的切削性能，并開發(fā)成功強(qiáng)度提高且破斷面無塑性變形致適于熱裂加工法的非調(diào)質(zhì)鋼。
關(guān)于連接桿的輕量化方面，過去在競賽用車等處曾有應(yīng)用鈦合金和鋁合金等輕質(zhì)材料的實例，但從成本方面出發(fā)，預(yù)計今后將更多地應(yīng)用非調(diào)質(zhì)鋼的鋼鐵材料。今后對汽車既要求其走行性能提高，同時從社會要求看，還希望從防止地球變暖而減排CO2和提高防沖撞安全性，從而在鋼鐵材料的高強(qiáng)度化和輕量化的相關(guān)，仍具有重要的作用，需繼續(xù)進(jìn)行開發(fā)。據(jù)日產(chǎn)汽車提供的資料，該公司的連接桿采用熱裂加工法后，生產(chǎn)成本比舊方法降低了10％；同時并為連接桿組件重量減輕15％提供了條件，該公司正在實用化。
