[发明专利]一种复合双金属裂解连杆的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合双金属裂解连杆的制造方法，属于发动机零部件制造领域。

背景技术

连杆是发动机的关键零部件之一，其工作过程中主要承受燃烧爆发力和往复惯性力所产生的拉伸、压缩、弯曲等高频交变载荷，工作条件恶劣，运动状态复杂，疲劳、磨损、震动等影响连杆的使用寿命。因此连杆必须具有足够高的强度、刚度与综合机械性能。

传统连杆采用分体加工法，整体锻造连杆坯件后用锯、铣、磨等方法加工连杆体和连杆盖的结合面，精加工连杆盖的定位销孔和连杆体螺栓孔后完成两者的合装。传统方法工序繁多，效率低、产品废品率高，且承载能力与质量稳定性都较差。目前，连杆裂解加工技术是连杆制造领域最具前景的加工技术，但是，裂解技术对连杆材料性质要求很高，保证其强度条件下限制其韧性指标，要求断口呈现脆性断裂特性。工程上裂解型连杆常用的材料局限于粉末锻造、高碳钢、球墨铸铁和可锻铸铁，这类材料制备条件苛刻，成本高昂，使连杆裂解加工技术的应用与推广受局限。

申请号为200820040497.X，名称为“发动机胀断连杆坯件”的专利提出了采用粉末锻造材料、可锻铸铁、70高碳钢或C70S6高碳钢作连杆材料，连杆毛坯采用锻造成型，连杆大头孔内侧预加工应力槽后采用裂解工艺完成连杆裂解。这类连杆对材料强韧性具有严格要求，材料制备困难，价格高昂，给裂解技术应用与推广带来局限。

申请号为200580013038. 1，名称为“连杆及其制造方法”的专利提出采用激光或等离子体对连杆大头部的分割区进行照射，在真空中冷却，使分割区域的材料由奥氏体组织变为马氏体组织，在胀断载荷作用下奥氏体组织发生脆性断裂，实现连杆体与连杆盖的分离。这种工艺方法存在的最大问题是：激光或等离子体照射的区域不能有效控制，这样除了断裂区域外，断裂区附近部位也发生脆化，它不仅减弱了连杆局部机械强度，而且不能有效的保证连杆在预定的分割部位断裂，裂解面易出现偏移等问题，这种工艺也不适合其他材料。

申请号为200710300307.3，名称为“高强度合金钢连杆深冷脆化胀断工艺”的专利提出将连杆放入液氮中深冷5分钟以上，改变材料的延展性，使连杆进入脆性状态，实现连杆的脆性断裂。该工艺方法使整个连杆脆化，使连杆存在机械强度降低的危险；连杆脆性增加，要将其大头部分割开需要很大的断裂载荷，使断裂装置本身大型化，设备投入增加，这种工艺不适合其他材料。

美国专利号：US20020148325A1，名称为“Semi-solid Formed, Low Elongation Aluminum Alloy Connecting Rod”的专利提出采用半固态成型技术制造连杆毛坯，后续经淬火热处理、人工时效调节铝合金连杆的强韧性，使其满足裂解加工的技术要求。它存在如下不足：半固态铝合金原料的制备工艺复杂，成本高昂，其冷却后形成的晶粒过大或过小均影响连杆的强韧性，后续的热处理对连杆性能的影响复杂，使连杆裂解加工时易出现大头撕裂、裂不开、掉渣、断裂面变形等问题。

为了克服上述裂解连杆制造工艺存在的问题与不足，本发明提出一种复合双金属裂解连杆的工艺方法，其利用复合技术使两种物理、化学、力学性能不同的金属在界面上实现冶金结合而形成整体复合铸件，它弥补了各组元材料的不足，综合了各种材料的优点，实现整体性能的多样性。由于连杆主体采用了高强韧性优质材料，连杆大头部的裂解区采用裂解用材质，从而使连杆既具有高的强度和抗疲劳性能，又具有足够的刚度和韧性，且在外载作用下满足裂解剖分的要求，利用两断裂面上自然的犬齿交错结构，保证分离后的连杆体与连杆盖重新定位、精确合装，无需在机械加工配合面，使得连杆具有高的承载能力与高装配精度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是裂解用连杆材料可选种类少、材料制备困难、价格高昂。

本发明的技术方案是：制造裂解连杆的毛坯时在裂解区设置裂解层，使裂解层充填不同于连杆主体的材料，制造裂解连杆毛坯，然后在裂解层实施裂解加工。两种不同金属材料以冶金方式结合，获得的复合连杆即有优异的综合性能，其裂解区又满足裂解加工的技术要求。

通过在连杆型腔内位于连杆体与连杆盖连接部位设置活动的隔离板，将连杆型腔分成两独立部分，先铸造连杆体与连杆盖，待其大部分凝固时将隔离板抽离型腔，再将裂解区用材料注入隔离板抽离后形成的空腔，使其在重力或压力条件下充满空腔，两种材料以冶金方式结合形成复合铸件。