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汽车曲轴用微合金化锻钢 1 前言 就当前工业状况而言，新材料的发展在过去的十年中，由于要维持高的产品质量，同时 减少制造成本，外加合金元素市场的周期性波动推动了冶金研究取得了重大的成果。高强度 微合金钢在热锻领域中的应用即是其中之一。 在上述产品领域，V 和Nb 被看作是首选的的微合金元素。目前，用V 或Nb 或二者结 合微合金化的钢材正在取代高合金化以及经过热处理的钢材，并已用于制造多种汽车零件， 包括那些高可靠性的零件，如连杆和曲轴。 对于一个有固定使役寿命的锻件而言，对其质量和可靠性的设计即是对其材料、热处理、 表面状态和形状的适当选择。影响最终产品质量的各种因素包括化学成分、热处理、机械加 工等等，而材料和所选用的热处理制度将决定最终的力学性能。这种情况是向钢中加入合金 元素的传统的制造工艺路线，耗费热处理操作时间和能量。这些路线随着现代钢铁发展和可 替换产品路线已经被克虏伯成功地用于 VW 型曲轴生产。VW 型曲轴可能用微合金钢热锻 制造。 2 历史前景 对于一个给定的产品质量标准，能够降低生产成本的冶金备选方案总结如下： 直接淬火的硬化钢； 钢材精锻造温度直接淬火； 贝氏体钢； 热锻珠光体微合金化钢。 在上述的可能方案中，值得注意的是热锻珠光体微合金化钢，该钢省略了热处理步骤， 减少了合金的加入量，并且在某些情况下与传统产品相比零件性能更好。利用该钢制造的锻 件已经用于制造大众汽车的曲轴。 在70 年代早期，德国锻造厂在汽车公司的压力下，开发用于制造曲轴的含V 的热锻珠 光体微合金钢。新的德国标准将这种产品命名为DIN 49MnVS3 （VW1450 执行大众内部分 类）。DIN 49MnVS3 钢在表 1 中详细说明。 上述钢材在锻造后控制冷却处理表现出相当于以前用于制造曲轴的DIN C-45 钢淬回火 后的力学性能。结果获得了一种更经济的产品。 在锻造后立即进行控制冷却处理的产品，由于它的显微组织主要是珠光体，在500 倍下 放大为铁素体和渗碳体片，被称为“锻造珠光体”钢。根据德国的统计分析，这种类型的显 微组织对于提倡在工具刃磨时有40 ％面缩的机加工来说是足够了。 前面总结了德国锻造珠光体微合金化曲轴的发展和目前在该国大范围的应用。 表 1 DIN 49MnVS3 的化学成分（％） 化学成分（％） C Mn P S Si V 0.42-0.50 0.60-1.00 ≤0.035 0.045-0.065 ≤0.60 0.08-0.13 图1 0.05Nb 对屈服强度的影响 3 用Nb 微合金化的锻造珠光体曲轴 Nb 在低碳钢中被认为是一种潜在的较好的强韧化元素。其强韧化作用在0.4-0.6 ％C 范 围内尤为明显，如图1[1]所示。 1972 年，大众研究所[2] 以成本-质量为基础对Sadan 和Kombi 车辆厂用于空冷的发动机 曲轴的铸铁、DIN C-45 （执行严格的Jiminy 要求）和V 和Nb 微合金化钢进行了调查。在 克虏伯冶金公司开发的Nb 微合金钢曲轴已经成为为大众巴西有限公司生产零部件的目标。 这是基于大众研究所的研究成果。关于微合金曲轴的这些结果接下来将做简短的讨论。 4 大众研究所的研究 最初，与传统产品相比，钢的含碳量从0.45%增加到0.54% 以补偿由于省略了热处理步 骤而导致的强度降低，但并没有获得期望的0.6 或更高的屈强比。随后通过进一步研究，钢 中加入了V 和Nb ，在不明显改变抗拉强度的情况下提高钢材屈服强度，对材料机加工性能 无恶劣影响。 对合金元素对这类钢强度的影响进行了研究，在下面的回归分析公式计算中，V 和Nb 对屈服强度的增加表现出很大的潜力。 2 Rp0.2(Kg/mm )=111V+110Nb+98Mo+66C+35Cr+14Mn-7 2 Rm(Kg/mm )=102C+98Mo+69Nb+52V+38Cr+12Mn+24 加热温度对用V