汽车制造技术发展研究_二_朱伟成

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1、F E A T U R E S 汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M2008年第9期 1 专题报道 6 汽车防护性电镀技术 现代汽车技术的发展对汽车防 护性电镀提出了更加严格的要求， 汽车零件的防护性电镀由原来单一 的镀锌钝化工艺，向耐蚀性能更 好，而且具有耐热、低氢脆性、良 好加工性能和环保性能的锌合金镀 层及无铬达克罗工艺发展。在镀层 的耐腐蚀性能大幅度提高的同时又 提出了镀层耐热性能、摩擦因数的 要求，以适应现代汽车发动机的工 况环境及满足现代汽车装配技术发 展的需要。 （1）达克罗防护性电镀 镀锌工艺已跟不上现代汽车严 酷的使用环境与苛刻的质量要求， 一批耐蚀性能更好，耐热、低氢脆 性

2、、良好加工性能的锌合金镀层， 如电镀Zn-Ni、Zn-Fe、Zn-Ti、Zn- Co、Zn-Sn在现代汽车上获得应 用。Zn-Al、Zn-Mg合金镀层的耐腐 蚀性能更加优良，作为汽车钢板的 镀层正在研究开发中。 达克罗技术曾被誉为“彻底消 除污染的高新技术”、“绿色电镀”。 “达克罗”其实是一种水性无机涂料 施工工艺将零件浸涂或喷涂由 片状锌粉、铝粉、醇类、增粘剂、 CrO3、 ZnO 、H3BO3等组成的pH值 在34的浆液。通过320 的烘烤, 在高温下浆液中的氧化性物质与锌 粉、铝粉及基体金属发生钝化反应, 生成Cr2O3胶体，将锌粉、铝粉及基 体金属连接成一体,成为金属表面的 防护膜。

3、吸附在膜层表面的腐蚀介 质要腐蚀掉基体金属表面几十层经 过钝化的片状锌粉、铝粉，对基体 金属产生腐蚀，是十分困难的；而 且达克罗涂层中还存在约2%的未反 应完全的CrO3，在发生腐蚀时具有 自动修复钝化膜的机能；对于钢铁 而言，达克罗涂层中的锌粉具有电 化学保护作用。因此，达克罗涂层 具有优良的耐腐蚀性能。因为达克 罗涂层中含有未反应完全的Cr6+，在 潮湿的环境里，膜中的Cr6+会溶出， 既污染环境又丧失自钝化能力，使 涂膜的耐腐蚀性能下降。 （2）NDS无铬达克罗防锈系统 (NDS Geomet)交美特工艺 交美特工艺是改进的达克罗工 艺。用水性无机交联剂代替CrO3， 实现环保的目的。与

4、常规有机涂层 不同，具有膜层薄、致密度高、耐 热性能优良、对基体不但有机械保 护作用，还有电化学保护作用。因 此，交美特锌系无铬达克罗 涂层具有良好的防锈性能。但体系 的稳定性与耐腐蚀性能不如有机体 系。 （3）Magni无铬达克罗防锈系统 （Magni Coating System）美 加力工艺 美加力是一种水性富锌/铝防锈 涂层。涂层由无机富锌底层和有机 富铝面层组成。完全不含六价铬、 无环境污染问题。涂料安定性好， 可以存放6个月左右不会变质。涂层 汽车制造技术发展研究（二） 中国第一汽车集团公司副总师 朱伟成 中国汽车制造业的发展目标是通过自主创新、 掌握核心技术，使中国从一个制造大国

5、向产业强国 迈进。把握世界汽车制造技术发展动态、关注世界 汽车制造技术的发展趋势，可及时为企业发展决策 提供信息。实践证明，最先进的技术不一定是最适 用或最好的技术，只有那些用成本最低、环境污染 最小的方式生产出满足产品质量要求的制造技术才 是最好的。 汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M2008年第9期2 F E A T U R E S 专题报道 含有润滑成分，具有满足耐高温、 标准件低膜厚、高防护及扭矩拉力 的需求。是具有双金属防蚀保护 且可提供多种颜色的面涂。如果配 合纳米面涂，可以进一步满足耐酸 雨、化学品和标准件扭矩拉力的需 求。 （4）德尔康防锈系统(Dorken Coating

6、System) 德尔康公司原是美国Magni集团 公司的子公司。德尔康防锈系统基 本是美国Magni公司的早期产品或改 进版。主要为有机体系，对有尺寸配 合要求的零件膜层的厚度与摩擦因数 方面不易控制。Magni在紧固件、供 油系统、消声器上都有应用实例。加 工成本比较：达克罗为23元/kg； 交美特无铬达克罗为45元/kg； Magni565为3元/kg左右。 传统的镀锌钝化工艺正在被耐 腐蚀性能、环保性能更好的锌合金 电镀、无铬达克罗工艺所代替。 我国汽车企业已开始采用锌合 金电镀、无铬达克罗工艺，但不够 普及。无铬达克罗工艺用材料还处 在研发阶段。 7 汽车零件热处理技术 热处理是产品获

7、得所要求的强 韧性、耐磨性、抗疲劳性能的主要 技术手段，热处理质量是产品实现 使用性能的可靠性、耐久性、安全 性的重要保证。几年来，随着我国 汽车工业产品技术的大量引进，热 处理技术水平有了全面提升和快速 发展。市场的竞争使企业更加重视 产品热处理质量，各种先进的热处 理技术在汽车零件热处理生产中得 到广泛应用。 （1）渗碳齿轮钢 富康、奥迪、捷达、桑达纳等 轿车以欧洲广泛采用的Cr钢、Mn- Cr系列齿轮钢为主，如16MnCr5、 20MnCr5、27MnCr5等。从日 本引进的车型，如日产、丰田、 五十铃，其汽车齿轮钢大多采用 SCr420H、SCM420H、SCM822H 等Cr钢、Cr

8、-Mo系列钢。对承受冲击 载荷较大的齿轮，选用Ni-Cr-Mo渗 碳齿轮钢。对汽车渗碳齿轮钢的冶 金质量要求，除了一般的强度、塑 性和韧性外，还对钢的淬透性、淬 透性带宽、纯净度和晶粒度提出了 特别的要求。国外对渗碳钢的淬透 性要求很窄，对同一批材料要求在 4HRC以内。 钢的纯净度主要指钢的氧含 量，反映了钢中的氧化性夹杂物含 量。研究表明， 20CrMnTi钢，氧含 量从13010-6降至2310-6，齿轮弯 曲疲劳强度提高了119%，接触疲劳 强度提高了143%。齿轮钢的纯净度 （氧含量）要求小于2010-6，国外 齿轮钢氧含量可以控制在1510-6以 下。 齿轮钢由于在高温下长期渗 碳

9、，对齿轮钢的晶粒度也提出了较 高的要求。细晶粒钢能够保证齿轮 在长时间高温渗碳时奥氏体不易长 大，渗碳后直接淬火也可以得到强 韧性良好的渗层组织和心部组织。 一般齿轮钢的晶粒度要求小于6级。 （2）齿轮渗碳热处理 这几年，国内汽车齿轮生产企 业大量引进了国外先进的热处理生 产装备，如上海汽车齿轮总厂、北 京华纳汽车齿轮厂、陕西汽车齿 轮总厂、大同齿轮厂等单位分别 引进了易普森（Ipsen）和爱协林 （Aichelin）、Surface公司的密封 箱式多用炉、转底炉和连续渗碳生 产线，一汽、二汽也同期引进了美 国Holcroft公司的双排无罐炉渗碳生 产线，使国内渗碳热处理工艺装备 技术水平有了

10、显著提高。几年来， 围绕引进装备关键技术的国产化工 作，进行了许多技术攻关。如氧探 头和多通道碳势控制系统；加热元 件和辐射管的成形及制造技术；可 变时基调功器的应用技术；程序控 制和计算机集散管理技术等。目 前，国内辐射管制造技术、氧探头 制造技术、多通道碳势控制技术、 计算机控制及集散管理技术已达到 一定的水平。国内自行设计、制造 的单、双排无罐炉渗碳自动线，其 控制系统具有20世纪90年代世界先 进水平。 （3）调质热处理 汽车紧固件调质热处理技术的 发展主要有以下几方面。 a.炉型。由于震底炉长期使用 中存在震底板变形，零件在炉内布 料、加热不均，淬火质量散差大， 同时振动噪声大、环境

11、差，震底炉 已逐渐退出生产线。网带炉、铸链 炉得到普遍应用。 b.碳势控制技术的应用。碳势控 制技术在保护气氛调质生产线上得 到普遍应用。炉内碳势控制精度可 达到0.03%，保证了零件淬火后的 表面质量。 c.计算机技术的应用。通过计算 机能够按照工艺设定自动完成工件 的生产全过程，记录、保存工件生 产中的各种工艺参数，具有完善的 故障诊断、显示、安全警示及连锁 功能。快速淬火油和水基淬火介质 得到应用，保证了高强度螺栓件的 热处理内在质量。水基淬火介质的 应用解决了零件淬油不硬，淬水开 裂以及零件淬火变形的生产问题。 （4）感应热处理 感应热处理具有以下特点。a.根 据产品性能要求只对零件表

12、面或局 部加热，实施表面或局部强化，因 F E A T U R E S 汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M2008年第9期 3 专题报道 此是一种节能热处理。b.生产过程污 染少，是清洁热处理。c.感应加热时 间短，速度快，有利于淬火组织的 细化，获得耐磨性、抗扭转弯曲疲 劳性能俱佳的强化效果。d.感应淬 火装置可以方便地安装在流水生产 线上，便于生产管理，减少物流成 本。e.生产节拍快、效率高，能够实 现完全自动化。 实施感应淬火的汽车零件主要 是传递动力扭矩的汽车轴类零件， 如曲轴、半轴、花键轴、传动轴、 凸轮轴以及各种销轴类零件。此 外，东风汽车公司从建厂起，对汽 车钢板弹簧也全部采用

13、了感应加热- 成型-淬火技术。东风汽车公司、一 汽集团的感应热处理零件，按质量 计算已占到全部热处理零件的50% 以上。就应用范围而言，我国感应 热处理技术在汽车生产中的应用在 国际上处于先进水平。 横向磁场矩形感应器的应用是 感应热处理技术上的一大突破。从 此彻底解决了阶梯轴类零件连续加 热出现的淬火质量问题。采用横向 磁场矩形感应器一次大功率对汽车 半轴表面和圆角同时实施加热淬 火，不但大大节省了电能，而且生 产节拍由6 min降至40 s，生产效率 提高了数倍。对横向磁场和纵向磁 场加热淬火的半轴性能进行比较， 结果前者抗弯、扭疲劳强度比后者 高10倍以上。东风汽车公司成功 研制出集零件

14、上下料、整体加热、 淬火、自热回火、自动校直的汽车 半轴专用淬火机床，该线由微机自 动控制，具有故障诊断和报警等功 能，已稳定投入生产应用多年。 此外，东风公司自行研制的康 明斯6BT发动机气缸盖进、排气门座 高频淬火自动装置布置在气缸盖加 工自动线上，与冷加工保持同步， 其产品淬火质量达到美国康明斯公 司同等水平。一汽开发的轿车转向 齿条电阻加热专用机床在生产中也 稳定投入使用。 除了常规的轴类零件的感应加 热淬火外，现正在研究开发低淬透 性钢和限制淬透性钢用于汽车转向 蜗杆、十字轴、万向节等零件的感 应淬火技术及汽车齿轮零件的双频 感应淬火技术等。 十几年来，感应电源也有了迅 猛发展。现在

15、，美、英、日、德、 西班牙等工业发达国家生产的SIT、 1GBT、MOSFET全固态晶体管电 源已达几十种，产品规格齐全，体 积小，电能转换效率可达92%， 功率、频率可以覆盖整个感应加热 的领域。机械式中频发电机组已遭 淘汰，晶闸管中频电源得到广泛应 用，电子管式高频电源也逐步被晶 体管电源所取代。感应淬火机床正 朝柔性化、自动化、智能化控制方 向发展。具有零件识别、能量控 制、工艺参数显示及故障诊断、显 示、报警的感应淬火装置在生产中 逐步得到应用。 （5）节能热处理 热处理是能耗巨大的工艺之 一，从能耗指标来看，我国与工业 发达国家仍存在较大的差距。1999 年我国热处理平均单位能耗为1

16、 000 kWh/t, 专业化、规模化程度较高的 汽车工业其热处理单位能耗一般为 500750 kWh/t，而欧美等工业发 达国家仅为300450 kWh/t，日本 仅323 kWh /t。 热处理节能措施和技术主要 有：实现更高程度的专业化、规模 化生产是降低热处理单位能耗的 重要保证；采用新型节能筑炉材 料，如陶瓷纤维材料、矽酸钙板、 红外炉内涂料等，可以大大减少炉 衬蓄热量，降低炉壁热损耗，节能 效果可达10%20%；与电加热相 比，采用燃气加热具有更高的加热 效率。日本中外炉公司对两种热源 热效率对比得出，采用燃气辐射管 加热，能源利用率可达70%，而 采用电加热方式，其热能利用率仅 35%40%。鉴于此，日本的炉子 公司在热处理连续生产线的加热区 采用燃气加热，在保温区采用电加 热，充分发挥了燃气加热和电加热 的优点。国内部分企业和炉子公司 也开始重视燃气加热技术的研究和 应用，在我国天然气资源丰富的地 区，这一技术将会得到推广应用。 热处理生产过程中的余热利用 是热处理节能的重要途径，如采用 燃气辐射管加热时，利用排出的废