汽车连杆制备工艺

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粉末锻造连杆汽车工业与粉末冶金制品（二）演讲者：李福成Contents粉末锻造的前世今生1为什么选择粉末锻造2机遇与挑战3粉末锻造工艺4粉末锻造技术粉末锻造技术：粉末冶金+锻造充分结合了粉末冶金的近终成形与锻造技术的致密加工鉴于粉末锻造零件，力学性能高，形状与尺寸精度好，生产工艺可靠性高，价格可行，用粉末锻造制造高强度结构零件受到了广泛的肯定。其中，最重要的一个标志性产品是汽车发动机连杆。粉末锻造连杆的前世今生最早的粉末锻造连杆是由GKN于1970年代为Porshe928发动机研发的。原料粉为完全预合金化合金钢粉，生产成本高，未能进入市场。1981年，日本丰田汽车公司．以Fe—Cu—C混合粉为原料粉，开始生产S型发动机的粉末锻造连杆。美国一些公司，于1980年代中从日本引进了粉末锻造连杆生产技术。1986年Ford汽车公司率先采用了粉末锻造连杆，1990年代初GM（通用公司）与Chrysler（克莱斯勒）也都相继采用了粉末锻造连杆。上世纪90年代，GKN发动粉末冶金行业大兼并，粉末锻造连杆的生产厂家，除日本丰田汽车内部的粉末锻造生产线外，全球的粉末锻造连杆由几十家生产变为现在的仅由GKN烧结金属与美国的MetaldyneCorp(戴恩金属有限公司）两家独家生产供应．MetaldyneCorp.有四家工厂生产粉末锻造连杆，该公司从1987年第一次为福特汽车公司大量供应Escort发动机用的粉末锻造连杆，15年已经连续生产粉末锻造连杆2.3亿根；GKN烧结金属公司有三家工厂16条生产线在生产粉末锻造连杆，供五家汽车制造厂的20种不同型号的发动机装机使用，年计划产量不少于2500万根GKN在中国

GKN集团创建于1759年，至今已有251年的历史。目前已发展为英国第二大工程技术型生产商。集团在全世界有280多个子公司和分支机构。下列产品的制造业务为全世界第一：汽车传动系统独立的飞机结构件和航空航天复合材料部件供应商粉末冶金制件新型合金粉末

汽车用金属催化转化器抗排污过滤器GKN在中国吉凯恩粉末冶金部是全世界最大的粉末冶金部件制造商，为汽车发动机，变速箱，车身及底盘提供精密烧结的粉末冶金部件。同时也为电动工具，轴承，白色家电以及花园设备提供工业及消费类粉末冶金部件。吉凯恩粉末冶金部在中国江苏省丹阳市有两个工厂。吉凯恩粉末冶金中国公司为汽车发动机和变速箱提供烧结部件，如烧结锻造的发动机联杆，同步轮和行星带轮等。GKN在中国为什么选择粉末锻造？粉末锻造

下料→加热(1150℃)→多道制坯辊锻→压力机上预锻和终锻→切边→大、小头冲孔→热校正→冷精压→机械加工。该种方法存在质量偏差大、精度低(尺寸精度靠机械加工保证)、材料利用率低及成本高等缺点。工艺比较普通模锻和机械加工预合金钢粉配料及混料→预成形坯压制→烧结成锻坯→致密化闭式模锻→热处理→喷丸强化→撑断法剖分连杆体与盖工艺流程短、生产工序少，但每道工序的要求较高。粉末锻造工艺

决定粉末锻造优越性的因素原材料的开发：普遍采用Fe—Cu—C合金日本丰田公司采用的原料配比为：Fe—2Cu—0.55C；Metaldyne为：Fe—2Cu—（0.5~0.8）C—0.32MnS，加入S或者MnS是为了改善合金材料的切削性

2000年美国MPIF标准：致密化闭式模锻粉末锻造连杆产业快速成长的关键因素是于1990年前后研发并得到成功应用的断裂剖分(FractureSplitting)工艺。这项新工艺的采用，由于切削加工费用大大减低，显著增强了粉末锻造连杆对铜锤锻连杆的价格竞争优势。据文献报道，锻钢连杆的切削加工费用占总成本的62％，而粉末锻造连杆仅为42％连杆粉末锻造剖分工艺如右图左上方，在预成形坯大头内侧两边各开一“V”行切口，这个切口要相当尖锐，右下图为锻造后残留的切口，后续加工只要在大头孔内施加以较小的液压胀大压力就能使连杆体与连杆盖分开，这样的加工方式能是两部件很好的吻合，且较少的后续加工粉末锻造设备粉末锻造清洗机粉末锻造成形压力机粉末锻造液压机粉末锻造连杆的优势北美三大汽车制造公司为什么相继采用粉末锻造连杆？汽车制造厂家从精锻钢连杆改用粉末锻造连杆时可获得以下益处：（1）切削工序大量减少（2）基建投资费用大大减少（3）可腾出大量设备占有的场地（4）可减少切削加工生产线的劳动力（5）节省能源，切削液/润滑剂等费用（6）简化后勤管理（7）不需要为断裂分开而进行切割切口作业（8）由于切削性改进，降低工具费用（9）单一的质量分级（10）断裂剖分与在组装的可靠性高（11）因材料强度高，可减轻连杆质量，（12）质量偏差小，可改进NVH特性和耐久性

挑战与机遇为什么国内一直无法在粉末锻造连杆上有大的发展？（1）市场需求决定粉末锻造连杆无法突破。相对于占有大量市场份额的GKN和Metaldyne来说，国内企业所能获得的订单量远远小于他们，这就大大降低了该领域的利润（数量越大，成本越低）（2）汽车制造企业只向指定的汽车零件企业购买汽车零件福特公司从1987年就一直从Metaldyne获得连杆，这是因为Metaldyne等不仅提供连杆，还会连带提供汽车所需的一系列零件（3）中国企业所生产的连杆在稳定性等远不及GKN等……..挑战与机遇如何能迎头赶上呢？关键不在于“追”，而在于“新”，如果国内企业能在新的工艺上有大的发展，使连杆的制造成本再一次大大的降低，就像粉末锻造替代锤锻一样，引发新一轮的技术革命，那么国内企业就能超越老牌企业…….新工艺包括：材料上的改进

（1）C-70引发大论战：2005年4月在底特律市举行的SAE100周年世界大会上，美国AISI的条钢与圆钢组和粉末冶金产业就“粉末锻造和C一70钢锻造连杆的性能与价格”进行了一场“论战”。（具体见：《粉末锻造与C-70钢锻造发动机连杆——2005年4月美国SAE100周年世界大会“论战”纪要》

（2）粉末冶金铝合金连杆

2003年，在LasVegs．召开的PM2TEC2003会议上Metaldyne的ScottBrennan报告了PMPRA(采用颗粒增强粉末冶金铝合金)计划中粉末锻造连杆的进展。早在1999年就有报道，日本的日立粉末冶金公司在用粉末锻造，由混合粉制作Al—Si—Cu—Mg—Ni合金的通用发动机连杆。机遇与挑战新技术的替代——一次压制／烧结连杆（1