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摘 要：连杆是汽车发动机的重要零件，连杆质量直接关系到发动机的使用性能。在发动机工作过程中，连杆需要承受复杂的荷载，因此，汽车连杆的制造需要确保足够的刚度和强度。汽车发动机的性能改革，对汽车连杆的制造与生产也提出了新的要求，钛合金等复合材料虽然能够有效减轻连杆质量，但是高昂的制造成本限制了其大批量应用。在综合考量和权衡之下，决定采用铁基材料作为连杆制备材料。本文将结合现有研究成果分析常规粉末冶金工艺在汽车连杆制造中的应用和发展前景。
关键词：粉末冶金；工艺；汽车连杆
轻量化是未来汽车发动机的发展趋势，同时也是汽车发展的主要目标，连杆作为汽车发动机中承受应力的主要零件，减轻其质量对于提高发动机的运转效率和减少燃料损耗具有重要意义，汽车连杆质量的减轻需要从制造工艺和材料改进上入手，虽然可供选择的减重材料较多，但是只有经济效益优良的生产工艺和新材料才能用于连杆的大批量生产。
一、粉末冶金温压工艺
（一）温压工艺及其致密化机理概述
在传统粉末冶金工艺中，为了提高制备零件的密度，往往采用渗铜、复压复烧、粉末锻造等工艺进行材料制备，但是这些生产工艺大都成本较高，不利于大批量生产，在这种生产背景下，温压工艺应运而生[1]。温压工艺是将具有一定温度的粉末倒入模具中压制成型，粉末温度一般控制在150℃左右，温压工艺不仅可以有效的提高零件密度，提高幅度在0.15-0.40g/cm3，而且生产成本更低，见表1。
表1 不同生产工艺成本-密度对比
温压致密化机理的关键在于温度，一般认为温度有利于提高金属粉末的塑性变形力和润滑性能，从而减少金属粉末压制过程中的重排阻力，从另一个角度分析，压制致密化的直接因素在于颗粒重排，而颗粒重排又受到润滑剂的影响，因此，通过选择性能优异的润滑剂可以提高金属材料的压制密度。以塑性较差的合金钢粉为例，在温压工艺下，选择优良的润滑剂，可以提高其密度至7.35g/cm3。润滑剂的主要作用在于降低粉末重排之间的摩擦阻力，从而提高压制密度，值得注意的是，由于润滑剂的性能直接关系到温压效果，应当谨慎选择润滑剂，确保达到优良的润滑重排效果[2]。
（二）温压工艺的应用现状
国外的温压工艺率先在汽车工业应用中实现了技术突破，采用新型温压工艺成功研制出了一种新的汽车连杆--温压烧结连杆。温压烧结连杆的发明公司--Federal Mogul也因此获得了欧洲粉末冶金协会颁发的创新奖。此外，高公司为了制造出型号尺寸更为复杂的冶金零件，还结合温压工艺的特点提出了一种流动温压工艺，这种温压工艺比较适合尺寸复杂的硬质合金和低合金钢连杆。温压烧结和流动温压工艺的提出大大拓展了温压工艺在汽车制造业中的应用范围，推动冶金工业的迅速发展。国内的温压工艺研究主要集中在工艺优化和模壁润滑温压技术开发方面，中南大学在温压系统优化的研究中发现温压密度对粉末温度的敏感性较弱，在70-110℃的试验温度内，不同温度下的压坯密度差异不会超过0.02g/cm3，这种特性将有利于温压工艺的推广，并否定了关于粉末加压温度需控制在±2.5℃這一技术论断。
二、常规粉末冶金温压工艺在汽车连杆制造中的应用
（一）常规粉末冶金工艺的研究现状和发展前景
常规粉末冶金工艺所制造的汽车连杆基本上能够满足发动机的性能需求，但是为了提高零件使用性能，在制备过程中仍需对样品进行热处理，这也导致了样品尺寸的不确定性，增加了后期加工难度，此外，经热处理的样品密度仅为7.1g/cm3，孔隙度较高，因此加工性较差，这也使得经常规粉末冶金工艺制造出的连杆难以在大批量生产和装车中得到应用，尽快提高粉末压制连杆密度是扩大其工业化应用范围的重要基础。温压技术的出现不仅提高了粉末压制连杆的密度，而且还增强了连杆的使用性能，从而免去复杂的后期处理工艺。法国Federal Mogul烧结公司于上世纪九十年代末着手温压工艺的连杆制造研究，试车结果表明，温压烧结连杆的使用性能与粉末锻造连杆相同，但是制造成本要更低（参考图1、图2），此外，其质量与粉末锻造连杆相比减轻了6.5%，在烧结状态下，连杆的抗拉强度超过1000N/mm2，屈服强度超过550N/mm2，波动幅度仅为±10N/mm2，一系列的数据表明烧结连杆的表面质量对疲劳强度的影响较小。
图1 不同制备工艺的总成本 图2不同制备工艺的机加工成本
（注：1-模锻法，2-裂痕断开法，3-粉末锻造法，4-温压法）
（二）温压烧结连杆技术的经济性分析
在国家“863”项目的支持下，华南理工大学联合中南大学对温压工艺进行了技术优化，并对温压产业设备进行了系统化研究。我国自主设计的温压专用粉末在压缩性能上更高，从而肯定了铁粉回收的可行性。自主设计的温压粉末加热系统所制造的连杆烧结密度高达7.46g/cm3，明显高于法国Federal Mogul烧结公司的7.4g/cm3。这一结果表明我国资产的温压粉末具有更加优异的压缩性能，对压机的容量要求也随之下降。可见，我国的温压技术和装备系统研究已日趋成熟，已具备高密度、高性能连杆零件的生产能力。
三、结语
温压工艺有助于提高铁基粉末的零件密度，从而为高性能烧结连杆的制备提供了新的发展契机。温压烧结连杆的优异性价比和可观的经济效益有望取代粉末锻造、模锻等传统连杆制备工艺。随着温压烧结连杆制备工艺的不断优化和技术革新，高性能粉末冶金加热系统将进一步降低连杆制造成本，实现粉末冶金连杆的工业化批量生产。
参考文献
[1] 孙世杰. 美国金属粉末工业联合会颁发2010年度粉末冶金设计竞赛奖[J]. 粉末冶金工业，2011，01：65-66.
[2] 徐燕茹，苏铁熊，龚玉霞，等. 发动机连杆材料、工艺以及表面强化的研究现状[J]. 内燃机与配件，2011，06：15-17.
关键词：粉末冶金；工艺；汽车连杆
轻量化是未来汽车发动机的发展趋势，同时也是汽车发展的主要目标，连杆作为汽车发动机中承受应力的主要零件，减轻其质量对于提高发动机的运转效率和减少燃料损耗具有重要意义，汽车连杆质量的减轻需要从制造工艺和材料改进上入手，虽然可供选择的减重材料较多，但是只有经济效益优良的生产工艺和新材料才能用于连杆的大批量生产。
一、粉末冶金温压工艺
（一）温压工艺及其致密化机理概述
在传统粉末冶金工艺中，为了提高制备零件的密度，往往采用渗铜、复压复烧、粉末锻造等工艺进行材料制备，但是这些生产工艺大都成本较高，不利于大批量生产，在这种生产背景下，温压工艺应运而生[1]。温压工艺是将具有一定温度的粉末倒入模具中压制成型，粉末温度一般控制在150℃左右，温压工艺不仅可以有效的提高零件密度，提高幅度在0.15-0.40g/cm3，而且生产成本更低，见表1。
表1 不同生产工艺成本-密度对比
温压致密化机理的关键在于温度，一般认为温度有利于提高金属粉末的塑性变形力和润滑性能，从而减少金属粉末压制过程中的重排阻力，从另一个角度分析，压制致密化的直接因素在于颗粒重排，而颗粒重排又受到润滑剂的影响，因此，通过选择性能优异的润滑剂可以提高金属材料的压制密度。以塑性较差的合金钢粉为例，在温压工艺下，选择优良的润滑剂，可以提高其密度至7.35g/cm3。润滑剂的主要作用在于降低粉末重排之间的摩擦阻力，从而提高压制密度，值得注意的是，由于润滑剂的性能直接关系到温压效果，应当谨慎选择润滑剂，确保达到优良的润滑重排效果[2]。
（二）温压工艺的应用现状
国外的温压工艺率先在汽车工业应用中实现了技术突破，采用新型温压工艺成功研制出了一种新的汽车连杆--温压烧结连杆。温压烧结连杆的发明公司--Federal Mogul也因此获得了欧洲粉末冶金协会颁发的创新奖。此外，高公司为了制造出型号尺寸更为复杂的冶金零件，还结合温压工艺的特点提出了一种流动温压工艺，这种温压工艺比较适合尺寸复杂的硬质合金和低合金钢连杆。温压烧结和流动温压工艺的提出大大拓展了温压工艺在汽车制造业中的应用范围，推动冶金工业的迅速发展。国内的温压工艺研究主要集中在工艺优化和模壁润滑温压技术开发方面，中南大学在温压系统优化的研究中发现温压密度对粉末温度的敏感性较弱，在70-110℃的试验温度内，不同温度下的压坯密度差异不会超过0.02g/cm3，这种特性将有利于温压工艺的推广，并否定了关于粉末加压温度需控制在±2.5℃這一技术论断。
二、常规粉末冶金温压工艺在汽车连杆制造中的应用
（一）常规粉末冶金工艺的研究现状和发展前景
常规粉末冶金工艺所制造的汽车连杆基本上能够满足发动机的性能需求，但是为了提高零件使用性能，在制备过程中仍需对样品进行热处理，这也导致了样品尺寸的不确定性，增加了后期加工难度，此外，经热处理的样品密度仅为7.1g/cm3，孔隙度较高，因此加工性较差，这也使得经常规粉末冶金工艺制造出的连杆难以在大批量生产和装车中得到应用，尽快提高粉末压制连杆密度是扩大其工业化应用范围的重要基础。温压技术的出现不仅提高了粉末压制连杆的密度，而且还增强了连杆的使用性能，从而免去复杂的后期处理工艺。法国Federal Mogul烧结公司于上世纪九十年代末着手温压工艺的连杆制造研究，试车结果表明，温压烧结连杆的使用性能与粉末锻造连杆相同，但是制造成本要更低（参考图1、图2），此外，其质量与粉末锻造连杆相比减轻了6.5%，在烧结状态下，连杆的抗拉强度超过1000N/mm2，屈服强度超过550N/mm2，波动幅度仅为±10N/mm2，一系列的数据表明烧结连杆的表面质量对疲劳强度的影响较小。
图1 不同制备工艺的总成本 图2不同制备工艺的机加工成本
（注：1-模锻法，2-裂痕断开法，3-粉末锻造法，4-温压法）
（二）温压烧结连杆技术的经济性分析
在国家“863”项目的支持下，华南理工大学联合中南大学对温压工艺进行了技术优化，并对温压产业设备进行了系统化研究。我国自主设计的温压专用粉末在压缩性能上更高，从而肯定了铁粉回收的可行性。自主设计的温压粉末加热系统所制造的连杆烧结密度高达7.46g/cm3，明显高于法国Federal Mogul烧结公司的7.4g/cm3。这一结果表明我国资产的温压粉末具有更加优异的压缩性能，对压机的容量要求也随之下降。可见，我国的温压技术和装备系统研究已日趋成熟，已具备高密度、高性能连杆零件的生产能力。
三、结语
温压工艺有助于提高铁基粉末的零件密度，从而为高性能烧结连杆的制备提供了新的发展契机。温压烧结连杆的优异性价比和可观的经济效益有望取代粉末锻造、模锻等传统连杆制备工艺。随着温压烧结连杆制备工艺的不断优化和技术革新，高性能粉末冶金加热系统将进一步降低连杆制造成本，实现粉末冶金连杆的工业化批量生产。
参考文献
[1] 孙世杰. 美国金属粉末工业联合会颁发2010年度粉末冶金设计竞赛奖[J]. 粉末冶金工业，2011，01：65-66.
[2] 徐燕茹，苏铁熊，龚玉霞，等. 发动机连杆材料、工艺以及表面强化的研究现状[J]. 内燃机与配件，2011，06：15-17.