轴承盖

轴承盖是粉末冶金的大件，通常根据缸数决定数量，这文章接着上一篇公司新闻《连云港东睦拜访上海主机厂》上看到的六缸发动机上的轴承盖。

在汽车领域中使用的粉末冶金件非常多，也是粉末冶金行业的发展方向，粉末冶金技术的一项优势是能够制造近终形产品。然而，在一些场合，当需要公差精密或零件的形貌特征用常规粉末冶金工艺（压制与烧结）无法制造时，需要进行某些切削加工。主轴承盖就属于这一类产品，供应方和最终用户都需要进行一些切削加工。在供应方现场需要进行两项切削加工作业：镗孔（钻孔）与磨削。较大的挑战是，在最终用户现场需要进行在线双－金属材料（粉末冶金轴承盖和发动机的铝合金气缸体）钻孔作业。

在第一次将铸铁轴承盖转换成粉末冶金轴承盖时对这个重要的汽车零件已进行了许多改

进与设计工作。此后，将几种轴承盖从铸铁件转换成了粉末冶金件。为了使粉末冶金轴承盖

对最终用户更有吸引力，下一步是使粉末冶金轴承盖最佳化。为此，这项工作的焦点集中

在，除了为支撑较高的发动机荷载所要求的必要强度和用粉末冶金法容易制造外，还要研发

具有高水平切削性的廉价材料。

研发是分几步进行的：选择材料、切削性试验、冶金评价、静态与疲劳强度试验及制造

工艺改进。

对轴承盖的主要要求是，既要切削性优异，又要疲劳强度较高。在研制阶段考虑了几种

混合粉。如文献所指出的，发现选择的粉末冶金材料的切削性可与当今用于制造零件的铸铁

相比拟。将各种球铁与铸铁零件转换为最终形或近终形粉末冶金零件时，采用这种材料可提

高材料利用率，而且可消除或减少粗切削加工作业。另外，使粉末冶金零件生产方与最终用

户方比较容易进行某些切削加工作业。最后的结果，对于供应方与客户方双方是显而易见

的：大幅度节约。

1.材料选择

在对应用的需要进行考察之后，对研制的材料配方，选择了ATOMET29M作为基本铁

粉牌号。添加0.5%MnS的ATOMET29和ATOMET29M的烧结件强度与用

推力指数表示的切削性性状。结果得出ATOMET29M的切削加工性状优良，而

且烧结件的强度仍可与添加MnS的ATOMET 29 相比较。

ATOMET29M的切削性的改进，和1990年QMP开发的一种产品，即颗粒很

细的六方氮化硼（BN)的存在相关。BN在低于1800℃的温度下，于还原气氛

气体中是惰性的。和大多数其他粉末冶金切削性强化剂相反，BN无毒性，从而对

健康无害。另外，在烧结时，不会产生任何排放物。BN在烧结零件中的存在产生了几种

有趣特性。这些特性都可增高切削加工效率。BN的六方片状结晶结构很像石墨，这可促使

形成有利于切削性的适用显微组织，同时保持良好的烧结件强度。添加BN可防止刀具切削

面在低碳钢上擦伤，而且可减小切削高强度材料时刀具－切屑界面的摩擦。和其他切削性强

化剂不同，烧结适当时，通过利用BN.不但可改进切削性，而且并不一定会减低烧结件的强度。

这种意外的性状，除ATOMET29M的BN含量低与制造工艺外，还和BN的化学性能

相关。实际上，BN颗粒一般皆被封闭在铁粉颗粒的孔隙中，因此，在烧结时它与颗粒间的

界面是隔离的。

虽然，烧结时BN不会扩散到铁中，但在冷却时，它会影响奥氏体的再结晶。

BN以铁素体促进剂的作用而闻名，但在缓慢冷却速率下可使之形成比率较高的

铁素体，因此烧结体的强度略微减低。这种作用是能预测的，而且，其和870℃

与700℃间的冷却速率直接相关。如同在冷却速率为100℃/min时，

BN的存在并不影响FC-0205材料的烧结件强度，但却可减低30%的推力。

冷却速率较慢时，烧结体的强度略微减小（于40℃/min下，减低5%),

这可用铁素体含量较高的显微组织来说明。

添加铜于以ATOMET29或 ATOMET29M为基粉的混合粉中，可增高粉末冶金零件的

强度，而对切削性的性状没有重大影响。如同在关于含有以MnS作为切削强化剂的

ATOMET29的中添加2%Cu时，可显著增高烧结件的强度，而推力指

数几乎没有变化。实际上，为兼具高强度与良好切削性，最可取的是增加铜而不是碳的含

量。可是，由于有BN存在，为进一步改进强度，而对切削性的影响又最小，在ATOM-

ET29M配方中可采用较高的含碳量。

2.制造工艺改进与材料性能

利用选择的由 ATOMET29M与2.0%Cu.0.6%石墨（相当于烧结件含碳量的0.5%)

组成的材料制造的轴承盖，在发动机厂进行的切削加工试验得到的结果良好，但却因为在两

侧面产生了一些微小裂纹而未能通过发动机试验。为提高强度，

将含Cu量从2.0%增高到了2.5%,而将石墨含量从0.6%增高到了0.8%(这相当于烧结件含碳量的0.65%).

由这个新的混合粉配方（以下，将之称为“改性粉末－MP”）制成的材料强度较高，

而切削性却没有显著减低。生产工艺的改进有助于材料的力学性能进一步提高（以下，称之为“改性粉末与工艺－MPP”）。零件生产工艺的改进在于减

低整个轴承盖的密度梯度与显微组织均一化，从而得到较高强度。

经过切削性试验、静态性强度试验等试验方法，成功制造出的轴承盖顺利地通过

了GM于140%使用载荷下进行的闷头（bulk head)疲劳试验。此外，生产了数

以百万件计的这种轴承盖。这些轴承盖正在用于4.2L L6载重汽车

发动机中，4.2L.L6发动机用于Chevro-let Trail Brazer,GM C Envoy.及 Buick

Rainier.所有这些汽车都称作中型SUV（运动休旅车）。

总结

1.成功地开发了GML64.2L发动机的主轴承盖。轴承盖不但可满足切削性和强度二

者的要求，而且通过了于140%使用载荷下的发动机试验。

2.在第一次将铸铁轴承盖转换为粉末冶金轴承盖时评价了几种材料，而且选择了最适

于切削加工的粉末牌号。在第二次探讨这个问题时，鉴于对这项用途，切削性是主要要求之

一。为了在不减低切削性的同时，提供强度较高的材料，改进了材料配方。

3.在开发这个重要的汽车零件时，对一些生产工艺进行了改进，从而减小了整个零件

的密度变化，得到了较均一的显微组织与较高强度。而且，在这个开发阶段，巧妙地设计了

强度较高的材料（切削性略有减低）。这种材料可供发动机的载荷较高的零部件应用。

连云港东睦新材料有限公司设有独立的轴承盖生产线，根据客户的要求研制和生产轴承盖，起初就在模具的开发，对于生产轴承盖的工艺相对比链轮件来说比较简单。