排放标准持续升级对铁轴提出新挑战

 　　早在1999年北京举行的“全国技术创新项目交易洽谈会”上，贵州当时最新实用发明专利——球墨铸铁曲轴铸造新工艺就已经开发出来。资料介绍，这种主要应用于汽车领域的汽油和柴油发动机曲轴铸造行业工艺，最大特点是铸造原料不局限于高质生铁，使其推广应用前景广阔。以每年全国生产30万t汽车汽油机、柴油机曲轴计算，可为国家节约生铁7.5万t、锰铁1650t、稀土合金1650t、焦油1.5万t、电750万kW·h。

　　球墨铸铁具有很好的节能性和切削性，可获得较理想的结构形状，并且和钢质曲轴一样可以进行各种热处理和表面强化处理来提高曲轴的抗疲劳强度、硬度和耐磨性，成本只有调质钢曲轴成本的1/3左右。从理论上讲，球铁曲轴可以满足更大功率的发动机需求。例如，早在2007年，山东大学就曾刊登署名孙军的论文《获取最新 WD615球墨铸铁曲轴的开发》。文中指出，WD615系列柴油机是国内当前已经非常成熟的、应用最广泛、市场保有量最大的重型柴油机，该发动机的曲轴采用合金钢模锻锻造后加工而成，制造成本高，加工复杂，零件成本以及价格居高不下，而利用球墨铸铁铸造和热处理工艺，对曲轴关键部位的形状进行优化设计，利用气体氮化对曲轴进行表面处理，加上采用目前世界上最先进的圆角变力滚压对所有轴颈圆角进行滚压强化，使采用球墨铸铁铸造方式生产的WD615曲轴的疲劳强度以及使用寿命能够满足WD615系列发动机的使用要求，还能大大降低生产成本。

　　尽管铁轴具备这些优势，但从主机厂的态度看，因为需要大量的验证，并且在验证过程中可能出现太多的风险，所以谁也不愿冒这个风险。事实表明，多年来潍柴一直采用锻钢曲轴而非铁轴。同时，中国重汽、玉柴、锡柴、上柴、康明斯等主流柴油机生产企业从未在大功率机型上使用铁轴，也就造成这些已经开发成功的技术主要停留在实验室阶段，或者是在曲轴配件市场销售。

　　业内专家认为：随着载货车向大功率重型载重车发展，轿车向高速、轻量化发展，对发动机的各项性能要求也越来越高，铸造曲轴不得不面临严峻考验。因为曲轴大部分是由于弯曲疲劳而损坏，锻钢曲轴的最大优点是钢材具有较高的弯曲疲劳强度，而且基本上与抗拉强度成正比。而球墨铸铁曲轴由于存在石墨孔穴、磷化物与合金元素的晶界偏析，因此其疲劳强度较低，而不与抗拉强度成正比。随着高功率、低油耗、低排放的要求，发动机的爆发压力从8～9MPa上升到12MPa，甚至14MPa，球墨铸铁曲轴难以承受。

　　从曲轴的使用变化看，柴油机排放标准升级初期，面对柴油机厂要求变化，铁轴出现了种种不适应，使柴油机生产厂家对球铁曲轴的性能能否达到要求表示担忧，也使得他们在曲轴采购上开始有重点地向锻钢曲轴转移，例如，2003～2008年，一拖锻造厂在锡柴市场曲轴发货量从3万件提高到10万件，增长势头强劲，2009年之后快速回落，2012年回到10年前的发货量水平。锡柴曲轴出现如此大规模的减少，一个很重要的原因就是锡柴铁轴的替代。为了降低柴油机的成本，锡柴也学习其他柴油机生产厂家，大力度推广铁轴。

　　从轻型车发动机曲轴看，经过技术攻关，应用在锡柴轻型车上的球铁滚压曲轴已能满足国Ⅲ排放标准。锡柴将传统的4100、4102发动机系列命名为“富威”，将传统的485、490系列命名为“康威”，直接将增压技术用到了轻型发动机上，采用电控技术，使柴油机实现了柴油喷射量、喷射定时、喷射规律的最优控制，与传统喷射系统相比，大大改善了柴油机低速区、大负荷的性能，满足了国Ⅲ排放法规。2006年装机1万台、2007年4万台，2008年10万台，2009年达到21万台，与北汽福田、江淮汽车、山东凯马、一汽哈轻、沈阳金杯和山东时风等30余家知名轻型车厂成功配套。但从最近的市场反应看，在雾霾天气长时间横行、国家加快排放升级标准的情况下，在升级国Ⅳ、国Ⅴ标准中出现的种种不适应，使相关企业对铁轴能否达到新标准表示担忧，并开始再度尝试重新使用锻钢曲轴，以解决可能出现的新问题，这些变化对铁轴生产企业提出了新的挑战。

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