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连杆是汽车发动机的核心零部件之一,传统机械锯切工艺已难以满足高性能连杆市场的需求。近年,日益成熟的裂解加工技术已逐渐应用于连杆批量生产,该技术通过可控断裂方式实现连杆体与连杆盖啮合面的加工,简化了两者配合面磨削和定位结构加工,极大的缩短了工艺流程短。但是,裂解技术对材料选择上要满足连杆强度性能指标,又要限制连杆韧性指标,使断口呈现脆性断裂特性。现阶段常用的裂解材料集中在粉末锻造材料、高碳钢、球墨铸铁和可锻铸铁,这些材料在裂解中也常存在撕裂、裂不开、掉渣、断裂面变形等缺陷,影响产品质量稳定性,制约了裂解技术的应用与推广。
本论文提出采用双金属复合技术制备裂解连杆毛坯。即连杆采用两种不同金属制备,连杆体与连杆盖采用高力学性能的2A14合金,而在连杆大头部设置裂解层,裂解层充填具有良好的脆断性的A390合金。通过复合挤压铸造工艺,使两种合金以冶金方式结合制造裂解连杆毛坯。本论文的主要研究结论如下:
(1)研究双金属界面形成的机理,建立一维传热模型,计算出合金浇铸温度、浇铸时间间隔、隔离板预热温度等参数间的函数关系。以上述函数关系为依托,通过试验方法研究界面质量,结果表明:随着两合金液的浇注间隔增大,主体区金属液在接触隔离板后凝固加剧,其表面氧化严重,不利于冶金界面的形成,对隔离板进行预热处理可在一定程度上防止金属液的激冷效应。
(2)预制连杆大头部的裂解层时,通过施加挤压力使两种金属紧密接触,表面的氧化膜被外力碎化,使纯净金属显露,促进两合金形成牢固的冶金结合。另外,裂解层在压力条件下凝固,组织致密,为后续裂解工艺实施奠定基础。
(3)研究了复合铸坯界面质量与连接性能。最佳工艺条件下制备的双金属试样,其结合界面清晰、平直,无裂纹、孔洞等缺陷;界面附近显微硬度均呈梯度过渡,界面两侧有硅、铜、锰元素较明显的扩散现象;通过单拉检测其抗拉强度可达90.16Mpa,体现出典型冶金结合性质。
(4)对双金属进行了裂解试验,结果表明:缺口槽的开设减小了裂纹起裂点的散布性,有效避免了裂纹分叉、偏移、外缘暴口等问题;U型缺口槽与V型槽相比,裂纹失稳时的临界应力更大,使得裂纹对裂解区材料的缺陷敏感性更强;随缺口槽深度、加载速率增加,脆断剖分所需的裂解载荷减小。裂解面的断口平坦,表面有大量光亮的准解理面,显示出良好的啮合性能,但局部有微小的内裂纹,表面残留着块状的碎片,对断裂面的重新装配产生一定影响。但总体而言,裂解面具有良好的重新啮合定位性能,满足裂解工艺要求。