Fe-C-Cu粉末锻造汽车发动机连杆的组织与力学性能<sup>*</sup>

doi:10.11900/0412.1961.2015.00486

金属学报

2016, Vol. 52

Issue (1): 41-50 DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00486

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Fe-C-Cu粉末锻造汽车发动机连杆的组织与力学性能^*

柏琳娜¹,刘福平^1,²,王邃¹,江峰¹(

),孙军¹,陈良斌¹,王丰元²

1 西安交通大学金属材料强度国家重点实验室, 西安 710049
2 青岛理工大学汽车与交通学院, 青岛 266520

MICROSTRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES OF Fe-C-Cu POWDER-FORGED CONNECTING ROD

Linna BAI¹,Fuping LIU^1,²,Sui WANG¹,Feng JIANG¹(

),Jun SUN¹,Liangbin CHEN¹,WANG,Fengyuan²

1 State Key Laboratory for Mechanical Behavior of Materials, Xi'an Jiaotong University, Xi'an 710049, China
2 School of Automobile and Transportation, Qingdao Technological University, Qingdao 266520, China

引用本文:

柏琳娜,刘福平,王邃,江峰,孙军,陈良斌,王丰元. Fe-C-Cu粉末锻造汽车发动机连杆的组织与力学性能^*[J]. 金属学报, 2016, 52(1): 41-50.
Linna BAI, Fuping LIU, Sui WANG, Feng JIANG, Jun SUN, Liangbin CHEN, , Fengyuan. MICROSTRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES OF Fe-C-Cu POWDER-FORGED CONNECTING ROD[J]. Acta Metall Sin, 2016, 52(1): 41-50.

全文: PDF(5844 KB) HTML

摘要:

对采用粉末锻造技术生产出的一款Fe-C-Cu汽车发动机连杆(H16)进行了微观组织分析及力学性能测试, 并研究了影响其疲劳性能的因素. 结果表明: H16粉锻连杆密度大于7.80 g/cm³, 接近全致密, 微观组织无氧化穿透或氧化物网络, 脱碳层厚度在70 mm以内, 微观组织在不同区域呈各向异性. 利用升降法得到H16粉锻连杆毛坯在不同存活率下的疲劳极限. 结果表明, 其疲劳性能及抗拉强度、屈服强度等力学性能超越钢锻连杆, 并且不低于国外同类粉锻连杆产品. 此外, 还发现连杆的弯曲度对疲劳寿命影响较大, 而表面喷丸情况及其微观组织特性对疲劳裂纹萌生的位置有一定影响.

关键词 ：粉末锻造, 连杆, 抗拉强度, 疲劳极限, 微观组织

Abstract：

Powder-forged (P/F) connecting rods have been widely used due to their advantages of high strength, less machining, light weight, and consistency etc.. Currently, P/F connecting rods were only supplied by GKN in Britain and Metaldyne in US in commercial quantities. In this work, the microstructure and mechanical properties of the P/F Fe-C-Cu automobile engine connecting rods (H16) were designed and manufactured domestically, and the factors affecting the fatigue performance were systematically analyzed. The Measured results indicate that the density of the connecting rod is greater than 7.80 g/cm³. Microstructure observation showed that there were no oxide penetrations or network near or at rod surface and the surface decarburization layer is thinner than 70 mm. Anisotropy at different locations inside the P/F connecting rod was revealed. Furthermore, the bending of connecting rods was found to affect the fatigue performance significantly. The microstructure and the surface shot-peening condition had certain influence on the sites of fatigue crack initiation. Most importantly, the fatigue strength of H16 P/F connecting rod was found to be superior to that of the wrought steel-forged connecting rod (C70), and similar to that of P/F connecting rods designed and manufactured by entities.

Key words： powder-forging connecting rod tensile strength fatigue limit microstructure

收稿日期: 2015-09-16

基金资助:国家自然科学基金资助项目51321003

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图1 H16粉末锻造连杆毛坯及成品图

图2 H型截面、水平切面、筋肋与筋板处拉伸试样的取样位置以及连杆毛坯疲劳试样

图3 H16粉锻连杆杆部上表面截面处未腐蚀的OM像

图4 H型截面各部位名称、MnS的形貌分布特点及其OM像

图5 H16粉锻连杆表面脱碳层及内部组织的OM像

图6 H16粉锻连杆显微组织的SEM像及Cu元素EDS分布图, 以及高倍SEM像及TEM像

表1 不同连杆力学性能对比

表2 应力比为-1.5时H16粉锻连杆毛坯的疲劳性能

图7 H16粉锻连杆毛坯疲劳升降图

表3 H16粉锻连杆毛坯疲劳升降图数据分析

表4 不同弯曲度粉锻连杆毛坯的疲劳性能

图8 全身喷丸的H16粉锻连杆和不同弯曲度局部未喷丸连杆毛坯试样的疲劳断口宏观照片

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