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qsywp

专家顾问 (著名写手)

[资源] 机车车辆有关配件制造的新材料、新技术、新工艺

1、碳/碳（C/C）复合材料活塞
碳/碳（C/C）复合材料（碳纤维增强碳基复合材料）是一种先进的战略材料，不仅广泛应用于航空航天和军工领域，在铸造以及其他交通装备制造中，也在逐步扩大应用。该材料具有很好的理化性能与力学性能。如：热膨胀系数低（1~5x10-6/℃），约为铝合金的1/10；导热率高(150~180W/m.K)；密度小（约为1.8g/cm3），是陶瓷的1/2~1/3；摩擦性能好（摩擦系数为0.2~0.3），且具有自润滑作用；热冲击性能好；高温性能优异（3D C/C复合材料在1700C及惰性环境下的抗弯性能为571.9Mpa）。在温度高于3000℃时，C/C复合材料具有比铝合金更高的强度。因此，C/C复合材料很适合用作内燃机的活塞材料。使用C/C复合材料活塞，具有3个明显的好处：1)减小了活塞的质量，由此可提高柴油机的热效率和机械效率；2)提高了活塞的使用温度，如在活塞顶镀敷CVR硅基涂层，其使用温度可更高。3)如汽缸套也用C/C复合材料制造，缸套与活塞的匹配间隙会很小，这有利于进一步提高柴油机的机械效率。
目前，C/C复合材料活塞在大功率内燃机车柴油机上应用的试验研究，国外已有相关报道。从短期发展来看，铸铁和铝合金在内燃机车活塞材料中仍将占主导地位。但从长远发展来看，随着柴油机功率的提高和C/C复合材料技术的日益成熟及成本的逐步下降，碳/碳（C/C）复合材料活塞肯定会取代当前其他材料的活塞，它必将成为未来内燃机发展的核心高新材料。
2、活塞环的复合陶瓷薄膜强化技术
长期以来，柴油机使用的是喷钼活塞环。实践表明，喷钼环存在活塞环节断、喷钼层剥离而造成拉缸、活塞环与环槽磨损大导致窜气等问题。采用先进的复合陶瓷薄膜强化技术，对活塞环进行表面处理，可有效改善其各项性能，经济效益显著。
复合陶瓷薄膜强化技术是采用低温等离子化学气相沉积（CVD）新工艺，在电场作用下，使含N、B、Si的有机烷类发生电离，在摩擦副的表面生成复合陶瓷薄膜，经陶瓷薄膜与基体材料间的相互扩散，在金属表面形成一种具有网络结构和微粒子结构的新的功能材料。它能提高金属基体表面的硬度、耐磨性、韧性、抗氧化性和耐腐蚀性，并可降低其表面的摩擦因数，达到高效、节能和节材的目的。
复合陶瓷薄膜强化的活塞环与喷钼环相比，具有下列优点：
① 提高了活塞环的表面硬度，约为母体环显微硬度的1.5~2.5倍，具有较高的耐磨性、抗氧化性和耐腐蚀性；
② CVD技术实现了低温下金属表面及镀层材料间的相互扩散，基体与镀层结合力强，活塞环表面不会产生剥离；
③ 它具有很好韧性，防止了活塞环的节断；
④ 因活塞环表面形成了微晶体与网络结构并存的薄膜，使其具有较好的储油性，改善了环与汽缸壁的润滑性能，增强了耐磨性，导热性，提高了密封性能，对节省燃油、机油、降低排放具有显著效果。
牵引齿轮渗碳后直接淬火工艺
齿轮渗碳后淬火一般有直接淬火与重新加热淬火2种方式。前者是渗碳后直接在油中淬火；后者是渗碳后先冷却到室温，然后在重新加热到奥氏体化温度保温后在油中淬火。直接淬火因只需加热1次，能耗少，成本低，且零件变形小，因此具有明显的优点。该工艺目前已在汽车齿轮行业得到了广泛的应用，但在铁路机车齿轮行业，因齿轮的金相检验标准比汽车的要求更高，故尚未推广应用。
中国南车集团戚墅堰机车车辆工艺研究所对机车牵引齿轮常用的6种渗碳钢：15CrNi6、17CrNiMo6、20CrMnMo(1)、20CrMnMo(2)、20CrNi2Mo、20Cr2Ni4，进行了大量的试验研究，并对地铁齿轮和DF7G从动齿轮进行了渗碳后直接淬火的试验。通过试验与分析以及实际应用后，得出如下结论：
1）采用渗碳后直接淬火工艺强化的齿轮，其原材料的奥氏体晶粒度应在8级以上，钢中的酸溶铝含量应在0.030%~0.045%之间，Al/N值在3~5之间，以确保齿轮具有较细的心部组织。
2）采用渗碳后直接淬火工艺强化的齿轮，其表面碳浓度应控制在低限，如：含钼钢20CrMnMo、20CrNi2Mo、17CrNiMo6，其表面碳浓度应在0.8%以下，而铬镍钢15CrNi6、20Cr2Ni4的表面碳浓度应不超过0.75%。
3）采用渗碳后直接淬火工艺强化的齿轮，其硬化层深度、组织、硬度均符合有关铁标的技术要求，且热处理变形小、工艺周期短。因此，该工艺值得在机车渗碳强化的牵引齿轮上推广应用。

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