汽车主要零件选材与热处理技术

2023-08-18 理论教育版权反馈

【摘要】：表1-3汽车主要零件的材料选用情况（续)

1.发动机缸体、缸盖和缸套

考虑到发动机的缸体、缸盖要承受燃烧过程中高温、高压和高速运动件的振荡力和摩擦磨损，同时要承受重力以及螺栓拧紧时局部巨大的压应力等作用，其应具有较高的强度、良好的铸造性能和机械加工性能，缸体材料多采用灰铸铁（HT200或HT250)和铝合金等。轻型化和小型车的缸体、缸盖多采用铝合金，用铸铝件代替铸铁件。

缸套采用耐磨材料，一般采用高磷铸铁、硼铸铁、合金铸铁等耐磨铸铁等制造，采用镀铬、表面淬火、喷镀金属或其他耐磨合金的方法对缸套进行表面处理，目的是提高其耐磨性。

2.发动机曲轴

发动机曲轴在工作中承受弯曲、扭曲、剪切、拉压、冲击等交变应力的作用，其主要失效形式为疲劳断裂和轴颈磨损等，锻造曲轴和铸造曲轴采用的材料是不同的，锻造曲轴一般采用中碳钢和中碳合金钢制造，如30、45、35Mn2、35CrMo、40Cr等。铸造曲轴多采用铸钢、球墨铸铁、珠光体可锻铸铁及合金铸铁等，如ZG230-450、QT600-3、QT700-2、KTZ450-06、KTZ550-04等。

3.活塞组件

在发动机运转过程中，活塞组件受到周期性变化的高温高压燃气的作用，其工作温度高达2000℃，同时在气缸内高速往复运动时产生很大的惯性力，并承受交变侧向力，工作条件十分苛刻。

（1)活塞材料要求活塞材料具有耐热性和导热性好，吸热少，膨胀系数小，减摩性、耐磨性、耐蚀性和工艺性好的特点。由于铝合金导热性好、密度小，而硅能使膨胀系数减小，提高耐磨性和耐蚀性，并能提高强度、硬度和刚度等，故活塞材料常选用硅铝合金，并进行固溶处理和时效处理。

（2)活塞环材料要求耐磨性与耐热性好、韧性佳、易磨合，并具有良好的加工性能。目前活塞环多采用以珠光体为基体的灰铸铁，或采用在灰铸铁中加入一定数量的铜、铬、钼、钨等元素的合金铸铁，也可采用球墨铸铁或可锻铸铁。为了提高活塞环的使用寿命，还要进行镀铬、喷钼、磷化、氧化等表面处理，目前应用十分广泛的为表面镀铬，可提高寿命2～3倍。

（3)活塞销材料要求具有足够的刚度、强度和耐磨性，并具有较高的疲劳强度和韧性，一般选用20、20Cr、18CrMnTi等低碳合金钢（渗碳钢)，并进行渗碳或液体碳氮共渗的表面处理，以满足其工作需要。

4.气门

气门在发动机内工作时，承受较大的机械载荷、热负荷和相当大的冲击，要求具有良好的密封性，因此要求材料具有耐热性、耐磨性、耐蚀性等特点。因进、排气门的工作条件不同（进气门工作温度为300～400℃，排气门则达到650～850℃)，故选用的材料不同。按QC/T 469—2002《汽车发动机气门技术条件》可知，进气门采用合金结构钢和部分马氏体耐热钢，而排气门则选用马氏体耐热钢、奥氏体耐热钢以及高温合金等。

5.齿轮

汽车用齿轮数量较多，其受力较大、冲击频繁，主要失效形式为齿面磨损、疲劳断裂、齿面接触疲劳破损等，故要求材料具有很高的强度和疲劳强度，并具有良好的冲击韧度和耐磨性。目前国内汽车齿轮用材多选用20Cr、20CrMnTi等合金渗碳钢，并进行渗碳、淬火以及低温回火处理等，个别采用等温淬火球墨铸铁材料制造。

6.螺栓、铆钉等连接零件

螺栓、铆钉等连接零件主要起连接、紧固、定位等作用，连接零件不同，工作条件和受力也不同，故材料的选用是不同的。通常螺栓、铆钉等连接零件采用一般冷镦钢材，而高强度螺栓采用回火马氏体钢和贝氏体钢。

7.半轴

半轴主要承受扭转力矩和一定的冲击载荷，要求其材料具有较高的综合力学性能，即具有很高的抗弯强度、疲劳强度和良好的韧性。通常半轴采用调质钢，并进行喷丸处理及滚压凸缘根部圆角强化处理。一般中小型汽车半轴采用45和40Cr钢，重型汽车则采用40MnB、40CrNi、40CrMnMo等淬透性较高的合金钢。

汽车主要零件（发动机与底盘)的材料选用情况见表1-3。

表1-3汽车主要零件（发动机与底盘)的材料选用情况