金属加工技术

高性能钢——发动机高应力应用的理想选择

转载 :  ytvip03.com   2020年07月02日

       混合钢(Hybrid steel)作为用于发动机开发过程的1种新型钢材,能满足高应力、高温条件下的内燃机工况需求。近年来,现代钢材被分为工具钢(tool steel)、不锈钢(stainless steel)和低合金工程钢(engineering steel),还有更加复杂的马氏体实效钢(maraging steel)。研究人员针对混合钢的开发过程进行研究,并对钢材的材料界限提出了挑战,从而将各类特性合并成1种高性能钢,结果形成了1个全新的钢材体系,由此可满足高应力和高温条件下的强度要求,且无需刻意满足昂贵的小批量过程需求。同时,这些钢材也具有良好的抗腐蚀性、抗氧化性和可焊性。该类材料被称为混合钢,是因为该类材料通过2种析出相(precipitate phases)结合而成。

 

                   

       先进的零部件需要通过高性能钢制成,不仅能承受较高负荷,而且也应有着较高的可靠性。对于通过超高强度钢制成的任何零部件而言,抗疲劳性是1个非常重要的因素,在开发和生产混合钢的过程中都应对此进行重点优化。

       奥沃科(Ovako)是纯净钢材生产领域的知名企业,同时作为轴承行业的供应商,其具有超过上百年的技术经验。其旗下的研究人员认为,提高抗疲劳性的最重要标准是当材料在高温和高负荷环境中,微观组织不应出现弱化现象。由于发动机长期在高负荷和高温条件下运行,有效地提供了1个能量输入过程,从而引起了钢材的微观结构降解。混合钢通过高温回火后具有较高强度,其结果是微观组织极其稳定。这种钢材因此在高温条件下实现了更高的抗疲劳性。
       除了较长的疲劳周期,混合钢还具有许多其他优势。包括较高的抗腐蚀性,同时适合进行渗氮处理。此外,此类钢材具有较高的硬度,所以不需要进行淬火处理,经热处理后的零件也仅会出现轻微的变形现象。研究人员通过技术优化使该制造过程得以简化,从而有效降低了成本。

       在品种持续增长的混合钢系列中,混合钢60、55和50是首次投入市场销售的3种钢材级别。第1个设计级别为60 洛氏硬度(HRC),这是1种独特的轴承钢,可用于增加材料强度。第2个设计级别为55和50 HRC硬度,由此提供了1个工程钢的能力排序。所有3种级别的钢材能通过大型自动化铸锭过程生产,1次熔化可以生产约100吨混合钢,比重熔工具钢的规模大10~100倍。目前,混合钢已成功交付于全球范围的客户、试验团队和研究机构。

 

      

       试验表明,相比经过高温回火处理后的标准工程钢和工具钢,混合钢具有更高的强度。混合钢所保持的高强度水平是1个重要的技术特性。对于1个经历了高温工艺的零部件而言,在短期接触的情形下,研究人员首先应考虑的性能就是强度。对于钢制零部件的机械设计过程而言,短时间的抗拉性能通常可满足要求。混合钢有许多有趣的潜在用途。部分混合钢应用于发动机及相关附件中,因为受高温、氧化、腐蚀(corrosion)和疲劳(fatigue)等过程影响,环境较为恶劣。混合钢提供的高强度和抗腐蚀性的结合有利于缓解上述问题。
       由于经常承受高温和高燃烧压力,活塞顶应采用特殊材料,从而需要通过42CrMo4钢或铝合金进行锻造或铸造。高强度的混合钢在高温条件下,能实现更轻量化的活塞设计方案,并有效提高燃油经济性。
       Ovako方面期望混合钢可应用于具有较高要求的发动机零部件中,让其成为未来提升发动机效率方案的1个关键部分。由于新材料具有一系列良好性能,包括高温下的强度、有利于降低变形的高淬透性与高洁净性、高温下的高疲劳性、显微组织偏析的高均匀性、良好的可焊性、优质的表面处理可能性,以及良好的抗腐蚀性。

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