專利名稱：一種球鐵合金曲軸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金和鑄鐵合金領(lǐng)域，具體地說是一種球鐵合金曲軸。
背景技術(shù)：
我們知道，曲軸是重要的機(jī)器零件之一，其結(jié)構(gòu)和受力復(fù)雜，工作負(fù)荷大，對(duì)內(nèi)部 冶金材料和鑄造質(zhì)量以及成型精度要求都很高。傳統(tǒng)球墨鑄鐵曲軸與鋼軸相比具有易切 削、潤滑效果好的特點(diǎn)，目前用于正火態(tài)曲軸最好的材料為球鐵900-2，曲軸本體抗拉強(qiáng)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(qiáng)度> 900Mpa，延伸率> 2%，整體硬度在HB300以上，導(dǎo)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(chǎn)高牌 號(hào)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(hào) 為 99112243. 7，其化學(xué)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%，其余為Fe。其采用錫代替鉬鑄造球鐵曲軸， 其成本低，加入錫后石墨球趨于圓整，個(gè)數(shù)增加，球徑變小，并能強(qiáng)烈的促進(jìn)珠光體的形成， 使曲軸的強(qiáng)度提高穩(wěn)定達(dá)到或超過標(biāo)準(zhǔn)。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于應(yīng)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(guān)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(qiáng)度。主要是因?yàn)榍?鐵具有微觀塑性大，而宏觀塑性小的特點(diǎn)，微觀形變對(duì)強(qiáng)化作用甚大。利用滾輪的壓力作 用，在曲軸的主軸頸和連桿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(chǎn)生的殘余壓應(yīng)力可與曲軸在工作時(shí)的拉應(yīng)力抵消或部分抵消，同時(shí)使圓角處形成高硬 度的致密層，使圓角表面粗糙度達(dá)到RaO. 1以下，從而大大減小圓角處的應(yīng)力集中，從而提 高曲軸疲勞強(qiáng)度和機(jī)械強(qiáng)度。經(jīng)德國赫根塞特(HEGENSCHEID)公司測定，球鐵曲軸經(jīng)滾壓 后壽命可增至100% 280%。在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，由于球鐵曲軸某些元素或者機(jī)械性能 的影響，滾壓效果并不十分，在柴油機(jī)增壓過程中反而容易斷裂。隨著柴油機(jī)不斷增壓強(qiáng)化以及向大功率發(fā)展，對(duì)曲軸本體的機(jī)械性能提出了更高 的要求。即在抗拉強(qiáng)度高的基礎(chǔ)上延伸率也要提高。以便于曲軸的圓角滾壓生產(chǎn)，提高抗 疲勞性，用來代替45#、42CrM0Al、48MnV、38MnSiV等調(diào)質(zhì)鋼和非調(diào)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼曲軸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種適合于塑 性變形，具有良好的機(jī)械性能和綜合性能，可以達(dá)到良好的圓角滾壓強(qiáng)化效果，使疲勞彎矩 大幅提升，實(shí)現(xiàn)以鐵代鋼的球鐵合金曲軸。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是一種球鐵合金曲軸，其以優(yōu)質(zhì)生鐵 為原料，用電爐熔煉，其特征是在熔化中過程加入銅、鎳，經(jīng)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 < 0. 03，Cu 0. 35-0. 5，NiO. 25-0. 35，余量為 Fe。本發(fā)明由于合金球鐵以優(yōu)質(zhì)生鐵為原料，電爐熔煉過程加入銅、鎳，銅元素可以 有效的提高曲軸的抗拉強(qiáng)度，鎳元素則能抵消銅元素降低球鐵塑韌性的作用。對(duì)照現(xiàn)有 技術(shù)，本發(fā)明球鐵合金曲軸抗拉強(qiáng)度> 900Mpa，屈服強(qiáng)度> 500Mpa，延伸率> 5%，沖擊值 AK彡40J/cm2，硬度為250-300HB，其具有優(yōu)異的綜合性能，并且可以達(dá)到良好的圓角滾壓 強(qiáng)化效果，使疲勞彎矩大幅提升，可以制作高牌號(hào)WD615曲軸。其在繼承傳統(tǒng)球鐵曲軸的優(yōu) 點(diǎn)下可替代鋼軸，工藝成熟，生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)效率大大提高。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。本發(fā)明采用優(yōu)質(zhì)生鐵為原料，在15t的美國應(yīng)達(dá)電爐熔煉，在電爐熔煉過程中加 入銅、鎳，進(jìn)行球化孕育、澆注成型。澆注過程中進(jìn)行二次隨流孕育，加入球鐵孕育劑，便于 進(jìn)一步提高石墨球的圓整度，同時(shí)使組織更加細(xì)化。球鐵專用孕育劑為市購產(chǎn)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，余量為Fe。試驗(yàn)表明，銅元素可以有效的提高曲軸的 抗拉強(qiáng)度，鎳元素則能抵消銅元素降低球鐵塑韌性的作用。通過對(duì)銅鎳合金成份進(jìn)行綜合 優(yōu)化，達(dá)到其復(fù)合作用。隨著銅含量的增加，球鐵的抗拉強(qiáng)度提高，當(dāng)銅由0增至到0. 5%左 右，強(qiáng)度增加明顯，再由0. 5%提高，則強(qiáng)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(shí)，鎳改善球鐵塑性的作用發(fā)揮得不充分，造成延伸率波動(dòng)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(wěn)定延 伸率。本發(fā)明中，銅-鎳復(fù)合作用的最佳加入量范圍為銅0.35-0.5%、鎳0.25-0. 35%。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明銅鎳復(fù)合時(shí)，合金量(銅+鎳)％為0. 8%時(shí)，試棒強(qiáng)度可達(dá)960Mpa 左右ο本發(fā)明WD615鐵軸本體抗拉強(qiáng)度彡900Mpa，屈服強(qiáng)度彡500Mpa，延伸率彡5%，沖 擊值A(chǔ)K彡40J/cm2，硬度250-300HB。進(jìn)行圓角滾壓，其疲勞強(qiáng)度和安全系數(shù)可以與鋼軸相 媲美，足以實(shí)現(xiàn)以鐵代鋼。實(shí)施例1 在熔煉過程中首先挑選優(yōu)質(zhì)生鐵，優(yōu)質(zhì)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(jìn)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%，余量為 Fe。實(shí)施例2 采用優(yōu)質(zhì)生鐵，電爐熔煉，在熔化中過程加入銅、鎳，進(jìn)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%，余量為 Fe。實(shí)施例3 采用優(yōu)質(zhì)生鐵，電爐熔煉，在熔化中過程加入銅、鎳，進(jìn)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%，余量為 Fe。上述各實(shí)施例得到的合金球鐵曲軸具體性能指標(biāo)如表1 表1
實(shí)施例2生產(chǎn)的WD615鐵軸，進(jìn)行圓角滾壓，其疲勞強(qiáng)度和安全系數(shù)可以與鋼軸相 媲美，足以實(shí)現(xiàn)以鐵代鋼。結(jié)果見表2。表權(quán)利要求
一種球鐵合金曲軸，其以優(yōu)質(zhì)生鐵為原料，用電爐熔煉，其特征是在熔化中過程加入銅、鎳，經(jīng)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，余量為Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述合金球鐵曲軸，其特征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%，余 量為Fe。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種合金球鐵曲軸，其以優(yōu)質(zhì)生鐵為原料，用電爐熔煉，在熔化中過程加入銅、鎳，經(jīng)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，余量為Fe。銅元素可以有效的提高曲軸的抗拉強(qiáng)度，鎳元素則能抵消銅元素降低球鐵塑韌性的作用。本發(fā)明球鐵合金曲軸抗拉強(qiáng)度≥900MPa，屈服強(qiáng)度≥500MPa，延伸率≥5％，沖擊值A(chǔ)K≥40J/cm2，硬度為250-300HB，可以達(dá)到良好的圓角滾壓強(qiáng)化效果，使疲勞彎矩大幅提升，用來制作高牌號(hào)WD615曲軸。
文檔編號(hào)C22C33/08GK101893033SQ20091001560
公開日2010年11月24日 申請日期2009年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月19日
發(fā)明者叢建臣, 于建波, 于海明, 孫軍, 李首鋒 申請人:天潤曲軸股份有限公司