一種球鐵合金曲軸的製作方法

2023-05-07 13:20:46 1

專利名稱：一種球鐵合金曲軸的製作方法
技術領域：
本發明涉及冶金和鑄鐵合金領域，具體地說是一種球鐵合金曲軸。
背景技術：
我們知道，曲軸是重要的機器零件之一，其結構和受力複雜，工作負荷大，對內部 冶金材料和鑄造質量以及成型精度要求都很高。傳統球墨鑄鐵曲軸與鋼軸相比具有易切 削、潤滑效果好的特點，目前用於正火態曲軸最好的材料為球鐵900-2，曲軸本體抗拉強度 彡900Mpa，延伸率彡2%，整體硬度低，在HB300以下。而等溫淬火球鐵ADI材料的金相組 織為奧貝球鐵，抗拉強度> 900Mpa，延伸率> 2%，整體硬度在HB300以上，導致ADI曲軸 加工困難且圓角滾壓效果不是十分理想，且成本比較高，因此用等溫淬火的方法生產高牌 號球鐵曲軸的工藝在我國一直難以推廣。本申請人專利一種曲軸用銅錫球鐵材料，專利號 為 99112243. 7，其化學成分為 C 3. 1-3. 3%, Si 2. 15-2. 35%, S ( 0. 03%, P ( 0. 04%, Mn 0. 25-0. 45%,Cu 0.5-0. 7%，Sn 0. 03-0. 05%，其餘為Fe。其採用錫代替鉬鑄造球鐵曲軸， 其成本低，加入錫後石墨球趨於圓整，個數增加，球徑變小，並能強烈的促進珠光體的形成， 使曲軸的強度提高穩定達到或超過標準。曲軸的破壞形式主要是彎曲疲勞破壞，曲軸疲勞裂紋幾何都起源於應力集中的部 位——曲軸曲柄至軸頸的過渡圓角處，因此，圓角滾壓是延長曲軸疲勞壽命的關鍵。圓角滾 壓用在鋼軸上效果不是很大，但用在球鐵曲軸上則大大提高了曲軸的強度。主要是因為球 鐵具有微觀塑性大，而宏觀塑性小的特點，微觀形變對強化作用甚大。利用滾輪的壓力作 用，在曲軸的主軸頸和連杆頸過渡圓角處很容易形成一條滾壓塑性變形帶。這條塑性變形 帶產生的殘餘壓應力可與曲軸在工作時的拉應力抵消或部分抵消，同時使圓角處形成高硬 度的緻密層，使圓角表面粗糙度達到RaO. 1以下，從而大大減小圓角處的應力集中，從而提 高曲軸疲勞強度和機械強度。經德國赫根塞特(HEGENSCHEID)公司測定，球鐵曲軸經滾壓 後壽命可增至100% 280%。在實際的生產過程中，由於球鐵曲軸某些元素或者機械性能 的影響，滾壓效果並不十分，在柴油機增壓過程中反而容易斷裂。隨著柴油機不斷增壓強化以及向大功率發展，對曲軸本體的機械性能提出了更高 的要求。即在抗拉強度高的基礎上延伸率也要提高。以便於曲軸的圓角滾壓生產，提高抗 疲勞性，用來代替45#、42CrM0Al、48MnV、38MnSiV等調質鋼和非調質合金結構鋼曲軸。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是為了克服上述現有技術的不足，提供一種適合於塑 性變形，具有良好的機械性能和綜合性能，可以達到良好的圓角滾壓強化效果，使疲勞彎矩 大幅提升，實現以鐵代鋼的球鐵合金曲軸。本發明解決上述技術問題採用的技術方案是一種球鐵合金曲軸，其以優質生鐵 為原料，用電爐熔煉，其特徵是在熔化中過程加入銅、鎳，經球化孕育處理、澆注、冷卻、清 理得到球鐵合金曲軸，球鐵合金曲軸的組成成分和含量(重量％)是C 3.50-4.00，Si1. 1-2. 0，Mn 0. 1-0. 8，P < 0. 040，S 900Mpa，屈服強度> 500Mpa，延伸率> 5%，衝擊值 AK彡40J/cm2，硬度為250-300HB，其具有優異的綜合性能，並且可以達到良好的圓角滾壓 強化效果，使疲勞彎矩大幅提升，可以製作高牌號WD615曲軸。其在繼承傳統球鐵曲軸的優 點下可替代鋼軸，工藝成熟，生產成本低，生產效率大大提高。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進一步的描述。本發明採用優質生鐵為原料，在15t的美國應達電爐熔煉，在電爐熔煉過程中加 入銅、鎳，進行球化孕育、澆注成型。澆注過程中進行二次隨流孕育，加入球鐵孕育劑，便於 進一步提高石墨球的圓整度，同時使組織更加細化。球鐵專用孕育劑為市購產品。所獲得合 金球鐵曲軸成分和含量(重量％ )是C 3. 50-4. 00，Si 1. 1-2. Ο,Μη 0. 1-0. 8，Ρ < 0. 040， S < 0. 03，Cu0. 35-0. 5，NiO. 25-0. 35，餘量為Fe。試驗表明，銅元素可以有效的提高曲軸的 抗拉強度，鎳元素則能抵消銅元素降低球鐵塑韌性的作用。通過對銅鎳合金成份進行綜合 優化，達到其複合作用。隨著銅含量的增加，球鐵的抗拉強度提高，當銅由0增至到0. 5%左 右，強度增加明顯，再由0. 5%提高，則強度值變化不大。而隨著銅含量的增加，試棒延伸率 逐漸降低。鎳加入量較低時，鎳改善球鐵塑性的作用發揮得不充分，造成延伸率波動較大； 鎳合金加入量較高，延伸率普遍提高，可見鎳不但具有提高延伸率的作用而且能夠穩定延 伸率。本發明中，銅-鎳複合作用的最佳加入量範圍為銅0.35-0.5%、鎳0.25-0. 35%。實驗數據表明銅鎳複合時，合金量(銅+鎳)％為0. 8%時，試棒強度可達960Mpa 左右ο本發明WD615鐵軸本體抗拉強度彡900Mpa，屈服強度彡500Mpa，延伸率彡5%，衝 擊值AK彡40J/cm2，硬度250-300HB。進行圓角滾壓，其疲勞強度和安全係數可以與鋼軸相 媲美，足以實現以鐵代鋼。實施例1 在熔煉過程中首先挑選優質生鐵，優質生鐵(成分中C 4.0%, Sil. 12%,Mn 0. 1%,P 0. 04%,S 0.03%)，在熔化中過程加入銅、鎳，進行球化孕育、澆注成型。所獲得合 金球鐵曲軸成分和含量(重量％)是:C 4. 0%,Si 1. 12%,Mn 0. 1%,P 0. 04%,S 0. 03%, Cu 0. 35%, NiO. 35%，餘量為 Fe。實施例2 採用優質生鐵，電爐熔煉，在熔化中過程加入銅、鎳，進行球化孕育、澆 注成型。所獲得合金球鐵曲軸成分和含量(重量％ )是C 4. 0%、Si 2.0%, Mn 0.8%, P 0. 01%, S 0. 02%, Cu 0. 50%，NiO. 3%，餘量為 Fe。實施例3 採用優質生鐵，電爐熔煉，在熔化中過程加入銅、鎳，進行球化孕育、澆 注成型。所獲得合金球鐵曲軸成分和含量(重量％)是C 3. 5%、Si 1.8%, Mn 0.7%, P 0. 03%, S 0. 03%, Cu 0. 40%，NiO. 25%，餘量為 Fe。上述各實施例得到的合金球鐵曲軸具體性能指標如表1 表1
實施例2生產的WD615鐵軸，進行圓角滾壓，其疲勞強度和安全係數可以與鋼軸相 媲美，足以實現以鐵代鋼。結果見表2。表權利要求
一種球鐵合金曲軸，其以優質生鐵為原料，用電爐熔煉，其特徵是在熔化中過程加入銅、鎳，經球化孕育處理、澆注、冷卻、清理得到球鐵合金曲軸，球鐵合金曲軸的組成成分和含量(重量％)是C 3.50 4.00，Si 1.1 2.0，Mn 0.1 0.8，P＜0.040，S＜0.03，Cu 0.35 0.5，Ni0.25 0.35，餘量為Fe。
2.根據權利要求1所述合金球鐵曲軸，其特徵是合金球鐵曲軸的組成成分和含量 (重量％ )是C 4.0%、Si 2. 0%,Μη 0. 8%,P 0. 01%,S 0. 02%, Cu 0. 50%，NiO. 3%，餘 量為Fe。
全文摘要
本發明涉及一種合金球鐵曲軸，其以優質生鐵為原料，用電爐熔煉，在熔化中過程加入銅、鎳，經球化孕育處理、澆注、冷卻、清理得到球鐵合金曲軸，球鐵合金曲軸的組成成分和含量(重量％)是C 3.50-4.00，Si 1.1-2.0，Mn 0.1-0.8，P＜0.040，S＜0.03，Cu 0.35-0.5，Ni 0.25-0.35，餘量為Fe。銅元素可以有效的提高曲軸的抗拉強度，鎳元素則能抵消銅元素降低球鐵塑韌性的作用。本發明球鐵合金曲軸抗拉強度≥900MPa，屈服強度≥500MPa，延伸率≥5％，衝擊值AK≥40J/cm2，硬度為250-300HB，可以達到良好的圓角滾壓強化效果，使疲勞彎矩大幅提升，用來製作高牌號WD615曲軸。
文檔編號C22C33/08GK101893033SQ20091001560
公開日2010年11月24日 申請日期2009年5月19日 優先權日2009年5月19日
發明者叢建臣, 於建波, 於海明, 孫軍, 李首鋒 申請人:天潤曲軸股份有限公司