机械方法强化技术在汽车零件上的应用

于 洪

(海林农场交通科)

1 镶嵌配套强化

(1)汽缸套。

汽缸套通常有湿式、干式两类。湿式缸套壁厚一般为5～9mm属原结构设计，干式缸套原设计上未留壁厚的，只在修理搪缸中配制的，此类缸套的壁厚一般为1.5～3mm、此类缸套为了强化目的尽可能选用优质铸铁或合金铸铁、砌铸铁缸套，现已普遍采用、其化学成分常用如表1所示。

表1 汽车缸套化学成分表

(2)气门座圈。

汽缸体或缸盖上的气门座部位工作很辛苦，在承受高温条件下，每分钟高达千余次的敲击和摩擦的损伤。为了延长寿命必须镶嵌特殊要求的座圈。这种座圈通常采用的合金铸铁化学成分为:2.5％～3.5％、1.5％～2.0％Si、2.75％～3.75％Cr、4％～5％Mn、0.5％～0.8％Mn、0.2％以下P、0.1％以下S。硬度HRC53-58。

(3)气门导管。

气门导管材料大多为灰铸铁、球墨铸铁、粉末冶金。大修中均可周期更换。

(4)顶置式气门的凸轮轴轴承孔可直接用减摩功能材料镶嵌配套。

(5)可锻铸铁的桥壳轴颈可镶嵌套管和强化钢套的油封顶。

(6)凸轮轴的机油泵传动齿轮损坏在大修中可用镶嵌法修复。

诸如类似的镕按法修复和强化汽车零件部位均可举—反三的进行修复和强化。

2 表面滚压强化

滚压工艺是机械法强化的重要措施之一、是表面形变强化的一种。工艺简单而效果显著、可明显提高表面几何尺寸精度、硬度，降低粗糙度、抗拉强度也有所提高。当材料表面经过液压后使表面金属受到挤压，不仅表面产生形变硬化层，并引入高的残余压力，获得强化的表面效果，提高应力腐蚀开裂抗力和疲劳断裂强度，汽车零件经过表面形变强化处理后，工作疲劳寿命提高一倍以上。由于提高几何尺寸精度、降低粗糙度，从而提高了机械装备精度，延长了使用寿命。

汽车零件采用滚压工艺的活塞肖孔(铝合金)其孔径偏差提高0.001mm，圆度、圆柱度提高0.0005mm，表面硬度提高5～6个布氏单位、粗糙度Ra由3.04降至0.81、Rz由19.7降至5.92。曲轴轴颈拐根部圆角经过滚压提高了曲轴强度减少断裂。

3 喷丸强化

3.1 概况及用途

喷丸形式上将钢丸以压缩空气喷射于金属表面或以离心式喷丸机借离心力甩到金属表面。习惯上前者叫做喷丸，后者叫做抛丸。在具体喷丸设备上则有大型的汽车车架喷九设备，列车车厢外皮抛丸设备，中小型的则有机械密封式离心喷丸机，滚筒式喷丸机，弹簧专用喷丸机等。

喷丸的用途可分为两大类:(1)用于清洁零件表面，即清除零件表面的污物，漆皮、铁锈以及锻铸件毛坯的氧化皮等。(2)强化金属表面，使零件表面生成0.1～0.4mm深的硬化层，并使表层产生压应力，提高其疲劳强度。还可使零件表面上缺陷，机加工的切削痕损伤减少，从而降低应力集中。

3.2 强化原理及特点

使金属获得强化原理是:金属表面承受剧裂的弹丸冲击产生形变硬化层，在硬化层内产生的变化，即组织上使金属晶粒细化，位错密度增高，晶格畸变度加大。宏观上喷丸过程在零件表面产生残余应力层，当零件受到交变负荷时残余应力起到抵消外加应力的作用。尤其形成的残余压应力对提高零件的疲劳强度发挥到绝对作用，而残余拉伸应力则相反。同时对切削加工表面的尖锐刀痕圆滑化，从而明显的提高材料的疲劳性能和应力腐蚀性能。

喷丸效果特点:材料的强度越高，效果越明显，钢的效果高于其他金属和合金，有缺口零件的效果高于光滑零件，对于弯曲的板簧凸面上进行喷丸可获得更高的残余压应力，显著提高疲劳强度和寿命。

3.3 喷丸的应用及实例

汽车各部弹簧，尤其是发动机气门弹簧和承载的钢板弹簧或螺旋状弹簧，以及扭杆弹簧。这些弹簧零件在汽车运行中，负荷很辛苦，其功能作用重要。

气门弹簧虽然零件小，但却是发动机中的一个重要零件，现代发动机的转速不断提高，比功率也不断加大，疲劳寿命要求不得低于l07次，因此气门弹簧钢丝要求不仅是抗拉强度，断面收缩率，扭转性能。还要求疲劳性能，所以，气门弹簧要进行喷丸处理，喷丸后残余压应力应达到-500MPa，最好能达到-600MPa。在修理中气门弹簧整形后也必须喷丸处理，具体要求应在机械密封式离心喷丸机中进行，喷丸时间20min，表面覆盖率90％。

钢板弹簧在非对称的交变弯曲载荷下工作，疲劳性能直接影响到整个扳簧总成的质量，试验表明，应力在640～930MPa之间，硬度在HRC-HRC48，随硬度增加，疲劳次数显著增加，尤其HRC46时效果明显，喷丸强化是改善疲劳有效方法。板簧的设计寿命一般在5万km以上，汽车运行一个大修间隔里程大多在10万km以上。因此汽车在大修中应予整形、热处理、喷丸恢复疲劳。值得注意的、在淬火、回火中必须防止脱碳问题，脱碳层直接影响疲劳性能。

汽车的弹性元件除钢板弹簧、螺旋弹簧之外，还有拉杆弹簧。扭杆弹簧与板簧不同之处是利用扭转变形起缓冲减震作用，所以在轻型汽车上采用较多。扭杆弹簧的喷丸强化覆盖率应大于95％。

汽车车架在长期运行中承受着复杂的交变载荷和不同程度的应力腐蚀环境工作，在一个大修期中疲劳强度均有一定程度的下降，应予喷丸处理，车架喷丸不仅得到强化、改善疲劳，也是大修前的清除污物、铁锈、漆皮工作。

前轴、俗称工字梁。它承受载荷来自垂直载荷、水平纵向载荷和侧向载荷。尤其垂直方向的载荷最大，是引起前轴发生疲劳破坏的主载荷。

喷丸是改善疲劳性能的有效方法，但在修理中的零件大都是加工面，不同于制造的新件毛坯，故此对有些加工表面不宜喷丸，以免破坏加工表面。

[1] 邓汉清.NKR型汽车前桥装配线的重组与优化设计[J].西安理工大学，2002.

[2] 卢曦，郑松林.小载荷强化对汽车零件表面强度的影响[J].农业机械学报，2008，(5).