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Die Entwicklung von Pleuelmaterialien
Vergütete und angelassene Stahlmaterialien
Bei vergüteten Stählen handelt es sich meist um herkömmliche Werkstoffe wie 45, 42CrMo, 40Cr, 35CrMo usw. Die Vorteile liegen im niedrigen Preis und in der breiten Anwendung der Werkstoffe. Der Nachteil besteht darin, dass der Pleuelrohling nach dem Schmieden einer Wärmebehandlung unterzogen werden muss, was zu Umweltverschmutzung führt und die Herstellungskosten hoch sind. Aufgrund seiner Materialeigenschaften sind vergütete Stähle nur für flach geschnittene Pleuel geeignet, sodass ihre derzeitigen Anwendungsmöglichkeiten zunehmend eingeschränkt werden.
Nicht vergütete Stahlwerkstoffe
Nicht vergütete Stahlmaterialien werden durch Zugabe von Spurenelementen wie Vanadium, Titan, Niob und Schwefel zu mittelkohlenstoffhaltigem Stahl hergestellt. Durch Anpassen der Abkühlrate während des Walzens und Schmiedens entstehen Kohlenstoff- und Stickstoffverbindungen in den Grundelementen, die das Material verstärken. Derzeit sind die Pleuelstangenmaterialien meist Spezialmaterialien wie 35MnV, C70S6, 36MnVS4, 46MnVS5 usw. Ihre Vorteile bestehen darin, dass sie die Wärmebehandlung nach dem Schmieden des Rohlings reduzieren, keine Umweltverschmutzung verursachen und die Kosten des Produktionsprozesses senken; Der Nachteil besteht darin, dass der Preis relativ hoch ist und nur in bestimmten Branchen angewendet werden kann.
Das Material 35MnV ist eine Verbesserung auf der Basis von vergütetem Stahl, der eine hohe Schlagzähigkeit aufweist und nicht als Bruchmaterial geeignet ist. Das Material C70S6 ist das erste Forschungsergebnis für Pleuelstangen mit Dehnungsbruch, mit guter Dehnungsbruchleistung, durchschnittlichen mechanischen Eigenschaften, Zugfestigkeit größer oder gleich 900 MPa, Streckgrenze größer oder gleich 550 MPa. Das Material 36MnVS4 ist eine Leistungsverbesserung auf Basis des Materials C70S6 mit einer Zugfestigkeit größer oder gleich 1000 MPa und einer Streckgrenze größer oder gleich 750 MPa. Aufgrund seines geringen Kohlenstoffgehalts ist seine Dehnungsbruchleistung jedoch schlecht. 46MnVS5 ist eine Verbesserung der Dehnungsbruchleistung auf Basis von 36MnVS4. Ebenso ist seine Zugfestigkeit größer oder gleich 1000 MPa und seine Streckgrenze größer oder gleich 750 MPa, was es zum neuesten Material für Dehnungsbruchpleuel macht.
Pulvermetallurgische Werkstoffe
Die Materialzusammensetzung von Pleuelstangen für Automotoren kann grundsätzlich in zwei Typen unterteilt werden: Pulvermetallurgie (Abbildung 3) und Schmiedestahl. Pulvermetallurgiematerialien werden in nordamerikanischen Ländern häufig bei der Herstellung von Automotoren verwendet. Derzeit werden in China hauptsächlich Schmiedestahlmaterialien verwendet, und verschiedene Materialien haben ihre eigenen Vorteile in Bezug auf ihre Eigenschaften. Es gibt jedoch einen erheblichen Unterschied im Anteil der Produktionskosten zwischen den beiden Materialien. Bei der Rohfertigung macht Schmiedestahl etwa 35 % und metallurgisches Pulver etwa 60 % aus. Bei der mechanischen Verarbeitung macht Schmiedestahl jedoch etwa 48 % und metallurgisches Pulver etwa 40 % aus. Basierend auf einer umfassenden Kostenkalkulation werden in der gegenwärtigen Industrie häufig Schmiedestahlmaterialien verwendet, und bei pulvermetallurgischen Materialien sind noch weitere Kostenforschungen erforderlich.
Im Vergleich zu Pleuelstangen aus geschmiedetem Stahl haben Pleuelstangen aus Titanlegierung ein deutlich geringeres Gewicht. Daher wird während der Kolbenbewegungsphase des Motors die hin- und hergehende Trägheitskraft der Pleuelstange stark reduziert. Während der Drehzahlprüfung von Motoren mit unterschiedlichen Eigenschaften beobachten Unternehmen die Mindestölfilmdicke der Pleuelstange auf der Kurbelwelle. Den Messergebnissen zufolge ist die Motordrehzahl von Pleuelstangen aus Titanlegierung unter der Voraussetzung, dass die Ölfilmdicke bei Pleuelstangen aus Titanlegierung und Pleuelstangen aus Stahl grundsätzlich gleich ist, offensichtlich viel höher als bei Pleuelstangen aus geschmiedetem Stahl, sodass auch die Gesamtübertragungsfrequenz des Motors ansteigt. Praktische Untersuchungen haben gezeigt, dass Pleuelstangen aus Titanlegierung auch Geräuschprobleme während des Motorbetriebs kontrollieren können. Das Hauptproblem der aktuellen industriellen Entwicklung besteht jedoch darin, dass die Kosten für Titanlegierungen im Vergleich zu allgemeinen Metallmaterialien zu hoch sind und ihre Anpassungsfähigkeit an die Herstellung von Automotorteilen ebenfalls begrenzt ist. Sie wird häufig in einigen Hochleistungsrennwagen verwendet, die hohe Leistungs- und Qualitätsstandards erreichen können. Daher hinken Pleuelstangen aus Titanlegierungen hinsichtlich der Gewichtsreduzierungsfähigkeit und Kostenkontrolle weit hinter Pleuelstangen aus geschmiedetem Stahl zurück.
Der Entwicklungstrend der Motorpleuel
Derzeit besteht der Hauptentwicklungstrend bei Pleuelstangenmaterialien für Automotoren in der Verwendung von leichten Metallmatrix-Verbundwerkstoffen. Metallmatrix-Verbundwerkstoffe haben im Vergleich zu anderen Pleuelstangenmaterialien erhebliche Vorteile in Bezug auf Festigkeit, Qualität und andere Aspekte. In dieser Phase sollte der Schwerpunkt auf der Lösung des spezifischen Kostenproblems des Produktions- und Herstellungsprozesses von Metallmatrix-Verbundprofilen für Pleuelstangen liegen.
Die strukturelle Leistung von Pleuelstangen beruht hauptsächlich auf reibungsarmen Bearbeitungstechniken, wie z. B. einer hohen Härte der kleinen und großen Pleuelkopflöcher und der Verwendung von Wälzlagern, um vorhandene Gleitlager durch Auskleidungsplatten zu ersetzen. Das Pleuelloch wird in eine Taillentrommelform verarbeitet, mit Linienkontakt bei geringer Belastung und Oberflächenkontakt bei hoher Belastung, wodurch die Reibung während des Betriebs verringert wird.
Dieser Artikel beschreibt die Entwicklung der Pleuelstangenproduktion in China aus der Perspektive der Fertigungstechnologie, Materialien und Konstruktionsmethoden. In den letzten Jahren haben sich Chinas Wirtschaft und Technologie rasant entwickelt, insbesondere die Automobilindustrie. Basierend auf den Anforderungen des Umweltschutzes und der ökologischen Führung ist die Arbeit zur Energieeinsparung und Emissionsreduzierung in der Automobilindustrie auch ein notwendiger Weg zur Förderung der industriellen Entwicklung. In Bezug auf die Produktion und das Design verwandter Materialien gibt es Widersprüche und Chancen bei neuen Materialien, neuen Technologien und Kosten. Unternehmen müssen ihre Kontrolle über die Gesamtleistung und die technischen Standards der Materialien verstärken. Für die normale Produktion von Pleuelstangen für Automotoren ist es notwendig, vernünftige Materialauswahl- und Produktionsverfahren zu verwenden, die relevanten Indikatoren für Metallmaterialien umfassend zu kontrollieren und die Energiespar- und Umweltschutzkonzepte der modernen Gesellschaft zu kombinieren, um kontinuierlich neue Arten von Pleuelstangenmaterialien und fortschrittliche Technologien für Motoren zu entwickeln.

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