專利名稱：：等溫淬火球鐵(adi)增壓柴油機六缸曲軸及生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及金屬材料類，特別涉及一種等溫淬火球鐵(ADI)增壓柴油機六缸曲軸及生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
：柴油機采用增壓技術(shù)后，曲軸承受的載荷提高了45%_67%，普通球鐵的疲勞性能已不能滿足服役的要求，面臨被合金鋼所代替的趨勢。球鐵等溫淬火處理后疲勞性能顯著提高，使球鐵曲軸繼續(xù)獲得應(yīng)用。1、增壓柴油機對曲軸材料疲勞強度的要求增壓技術(shù)的應(yīng)用使柴油機的性能明顯改善，增壓柴油機成了柴油機發(fā)展的重要方向。在柴油機中曲軸是一個能量轉(zhuǎn)換和輸出功率的重要零件，在服役時曲軸承受高頻率、交變動載荷的作用，曲軸主要的失效方式是疲勞斷裂，故疲勞強度是曲軸材料最重要性能指標(biāo)。隨柴油機的爆發(fā)壓力Pz提高，要求曲軸材料的疲勞強度成正比增加。經(jīng)過對六缸柴油機曲軸應(yīng)力分析和疲勞強度計算，當(dāng)爆發(fā)壓力為Pz=1315MPa時，某些合金鋼如40cr和42CrMo具有這樣的疲勞性能。在自然吸氣型非增壓型柴油機中廣泛應(yīng)用的正火態(tài)珠光體球墨鑄鐵，如QT800-2已不適用。因其疲勞強度僅為280-300MPa。只有ADI材料的疲勞性能能和合金鋼相當(dāng)。ADI成為六缸增壓柴油機曲軸理想的材料。所用ADI制造增壓柴油機曲軸的可行性技術(shù)可行性所謂技術(shù)可行性就是曲軸材料和曲軸零件的性能都滿足服役的要求。目前在我國增壓柴油機曲軸材料廣泛用的是40cr和42CrMo。其性能如表1所示。據(jù)美國的ASTM897M標(biāo)準(zhǔn)，在實際生產(chǎn)中5種級別的ADI達(dá)到的典型性能如表2所示。表1部分碳鋼與合金鋼性能表<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>由表2可見，13級ADI其疲勞強度與40Cr、42CrMo相近。試驗表明，ADI最高的疲勞強度可達(dá)507Mpa。因此從疲勞強度來說，ADI可以滿足增壓柴油機曲軸的要求。選擇曲軸材料參考以下條件oj——據(jù)曲軸應(yīng)力分布計算得出的材料疲勞強度(Mpa);o———按標(biāo)準(zhǔn)試樣測定的材料疲勞強度(Mpa)。許多柴油機廠為了避免發(fā)生斷裂，對曲軸的安全性要求很嚴(yán)，通常規(guī)定安全系數(shù)n=1.82.0。ADI和其他鑄造材料一樣，與鍛鋼相比具有較大的斷面敏感性。為此球鐵曲軸在生產(chǎn)過程通常采用滾壓強化方法。滾壓強化的效果與材料的塑性有關(guān)，抗拉強度相同時ADI伸長率遠(yuǎn)高于正火珠光體球鐵，這為采用滾壓強化方式達(dá)到n=1.82.0奠定了基礎(chǔ)。據(jù)美國聯(lián)合收割機公司的一項研究報告，型號為202重載汽車V-8柴油機ADI曲軸滾壓前后彎曲疲勞強度分別為414Mpa、986Mpa，提高了138%，而采用牌號為5203的普通球鐵，滾壓后的彎曲疲勞強度僅為669Mpa，ADI曲軸具有更好的滾壓強化效果。生產(chǎn)可能性制造ADI曲軸，首先要生產(chǎn)出穩(wěn)定的高質(zhì)量球鐵曲軸鑄件，它是生產(chǎn)ADI曲軸的基礎(chǔ)。該鑄件應(yīng)該是無鑄造缺陷、化學(xué)成分和金相組織合格并且穩(wěn)定。目前我國多數(shù)曲軸生產(chǎn)廠的鑄造車間基本實現(xiàn)了電爐熔煉，采用了鐵型覆砂、自硬砂、高壓造型和殼型鑄造，原材料及工藝得到了嚴(yán)格的控制，并擁有比較先進可靠的檢測儀器。生產(chǎn)穩(wěn)定高質(zhì)量的ADI曲軸鑄件是可能的。確定和執(zhí)行合適的等溫淬火工藝是生產(chǎn)ADI曲軸的關(guān)鍵。自20世紀(jì)七十年代以來，大量的信息公開交換，ADI產(chǎn)品不斷的開發(fā)與應(yīng)用，球鐵等溫淬火工藝已經(jīng)趨于成熟，確定適合的球鐵等溫淬火工藝已不是難題。而難點在于需要一種能保證穩(wěn)定進行等溫淬火工藝的專用熱處理設(shè)備。曲軸、齒輪是一類更大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，不但要求具有足夠的安全性，還要求有很高的穩(wěn)定性，采用專用的等溫淬火設(shè)備可以確保質(zhì)量穩(wěn)定性。這種設(shè)備在國內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)，為大批量生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定的ADI曲軸創(chuàng)造了有利條件。通過臺架試驗及道路試驗ADI曲軸雖然性能達(dá)到增壓柴油機的要求，我國又具備批量生產(chǎn)的條件，但能否得到應(yīng)用，最終取決于臺架試驗和裝車道路試驗的結(jié)果，試驗要按國家有關(guān)規(guī)定進行，試驗的結(jié)果需被認(rèn)可。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種等溫淬火球鐵(ADI)增壓柴油機六缸曲軸及生產(chǎn)方法，以解決目前一般球鐵六缸曲軸無法滿足增壓柴油機服役條件的問題。用ADI六缸曲軸代替價格昂貴的的合金鋼模鍛的六缸曲軸，其中防止六缸曲軸熱處理后變形是本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)之一。本發(fā)明的技術(shù)方案是確定六缸曲軸化學(xué)成分及鑄件合金組織控制范圍。其球化率一定要嚴(yán)控在2級以上，石墨球數(shù)100個/mm2以上，另外要將鑄態(tài)鑄件基體組織中鐵素體和珠光體的比例控制在一個恒定的范圍內(nèi)，確保熱處理效果穩(wěn)定；等溫淬火處理要在有保護氣氛的鹽爐生產(chǎn)線上進行，確保鑄件熱處理后無脫碳層。因為六缸曲軸長990mm，熱后極易變形，給加工造成極大的難度，這是本發(fā)明專利所要解決的特別重要的一個技術(shù)內(nèi)容采用高Cr，Ni的奧氏體鋼制造專門設(shè)計的熱處理胎具，能夠保證六缸曲軸熱處理后變形在固定的范圍內(nèi)；同時采用合理的曲軸圓角滾壓工藝。本發(fā)明的生產(chǎn)方法1、工藝路線為1)、生產(chǎn)出高質(zhì)量的曲軸鑄坯；2)、對曲軸粗加工、留出合適的加工余量(±0.75mm);3)、等溫淬火處理；4)、精加工和圓角滾壓。2、選用廢鋼增碳的合成鑄鐵或高純球鐵生鐵作為生產(chǎn)等溫淬火球鐵六缸曲軸的主要金屬材料及合金化元素的加入量；在感應(yīng)電爐內(nèi)熔煉鐵水，在電爐內(nèi)噴吹氬氣以凈化鐵水；1460°-1500°出爐，進行球化處理和孕育處理。合金化元素的加入量(占總質(zhì)量％)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>3、曲軸毛坯的金相組織要求球化率2級以上；石墨球數(shù)100/mm2;珠光體和鐵素體比例穩(wěn)定。4、對曲軸進行粗加工。5、等溫淬火處理在帶有可控氣氛的鹽爐生產(chǎn)線進行；并將曲軸放在防變形的專用熱處理胎具內(nèi)進行。奧氏體化加熱和保溫880°-950°C/l-3h;等溫淬火處理330°-380°C/l-3h;熱處理后取樣、金相檢查并打硬度。6、精加工和圓角滾壓。本發(fā)明的優(yōu)點在于ADI曲軸的經(jīng)濟效益明顯，與合金鋼曲軸相比，ADI曲軸重量輕、制造方便、投資少、成本低。與某六缸增壓發(fā)動機曲軸相比，ADI曲軸毛坯重量降低10.2X，可節(jié)約價格很貴的合金鋼，減少金屬材料的消耗ADI曲軸成品價格約為1300元/支，其ADI曲軸價格約為42CrMo曲軸的一半；比目前已經(jīng)應(yīng)用增壓柴油機的42CrMo合金鋼模鍛曲軸重量輕10%，每只曲軸價格便宜1500元，對于一個生產(chǎn)量很大的柴油機廠來說，由于采用ADI曲軸所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益是很顯著的。是屬于高性能金屬材料和節(jié)能減排很重要的項目。具體實施例方式大連柴油機廠增壓柴油機等溫淬火球鐵6110六缸曲軸，為本發(fā)明的一個應(yīng)用實施例1、曲軸主要尺寸(mm)及服役條件曲軸全長主軸頸直徑連桿軸頸圓角半徑重壘度9908570515服役條件爆發(fā)壓力Pz=15Mpa安全系數(shù)n=1.82.02、合金化元素的加入后化學(xué)成分(占總質(zhì)量％)cSiMnPSMgReCuMo3.662.400.160.0220.0110.0420.0130.740.233、金相組織球化率2級石墨球數(shù)150個/i4、曲軸檢測結(jié)果6抗拉強度ob1070Mpa伸長率S9%洛氏硬度HRc32曲軸疲勞彎矩M—i=3300N-M安全系數(shù)n"1.9。權(quán)利要求一種等溫淬火球鐵(ADI)增壓柴油機六缸曲軸及生產(chǎn)方法，其特征在于選用廢鋼增碳的合成鑄鐵或高純球鐵生鐵作為生產(chǎn)等溫淬火球鐵六缸曲軸的主要金屬材料及確定其化學(xué)成分范圍，特別是合金化元素的加入量，確定六缸曲軸球化處理和孕育處理后鑄件合金組織控制范圍，在感應(yīng)電爐內(nèi)熔煉鐵水，在電爐內(nèi)噴吹氬氣凈化鐵水，1460°-1500°出爐，進行球化處理和孕育處理；等溫淬火處理在有保護氣氛的鹽爐生產(chǎn)線上進行采用專門設(shè)計的熱處理胎具，保證六缸曲軸熱處理后變形在要求的±0.5mm范圍內(nèi)。2.依據(jù)權(quán)利要求1所述的等溫淬火球鐵(ADI)增壓柴油機六缸曲軸及生產(chǎn)方法，其特征在于六缸曲軸的基本化學(xué)成分及合金元素成分(占總質(zhì)量的％)為<table>tableseeoriginaldocumentpage2</column></row><table>球化率2級以上，石墨球數(shù)100/mm2以上。3.依據(jù)權(quán)利要求1所述的等溫淬火球鐵(ADI)增壓柴油機六缸曲軸及生產(chǎn)方法，其特征在于等溫淬火處理在帶有可控氣氛的鹽爐生產(chǎn)線上進行，其奧氏體化加熱880°-950°C，1_3小時；等溫淬火處理330°-380°C，1_3小時。4.依據(jù)權(quán)利要求1所述的等溫淬火球鐵(ADI)增壓柴油機六缸曲軸及生產(chǎn)方法，其特征在于六缸曲軸淬火處理在專用胎具內(nèi)進行，熱后變形量在要求的±0.5mm范圍內(nèi)。5.依據(jù)權(quán)利要求1所述的等溫淬火球鐵(ADI)增壓柴油機六缸曲軸及生產(chǎn)方法，其特征在于采用合理的圓角滾壓工藝。全文摘要本發(fā)明屬于金屬材料類。柴油機采用增壓技術(shù)后，曲軸承受的載荷提高了45-67％。普通球鐵的疲勞性能不能滿足服役要求，已經(jīng)被合金鋼所取代。本發(fā)明等溫淬火球鐵(ADI)增壓柴油機六缸曲軸及生產(chǎn)方法，確定了其化學(xué)成分，特別是確定了合金化元素的加入量，對球化率和石墨球數(shù)提出了明確的要求。同時確定了等溫淬火處理工藝參數(shù)。淬火后控制六缸曲軸變形在一定范圍內(nèi)，是該種方法成敗的關(guān)鍵措施。設(shè)計了專用六缸曲軸淬火用熱處理胎具，取得了十分滿意的結(jié)果。曲軸圓角滾壓技術(shù)的應(yīng)用，大大提高了曲軸的疲勞性能。為采用等溫淬火球鐵制造增壓柴油機六缸曲軸做出開拓性的工作，大大降低了六缸曲軸的生產(chǎn)成本。文檔編號C21D5/00GK101717884SQ20091021802公開日2010年6月2日申請日期2009年12月16日優(yōu)先權(quán)日2009年12月16日發(fā)明者劉光華,曾藝成,王懷林申請人:長春懷林機械工程材料科技有限公司