專利名稱：制造可分開(kāi)的機(jī)械零部件的鋼及所得的零部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于制造可分開(kāi)的機(jī)械零部件的鋼，尤其是用于制造內(nèi)燃機(jī)連桿的鋼。
某些機(jī)器零部件，比如內(nèi)燃機(jī)連桿是由至少兩個(gè)用緊固裝置，如螺栓連在一起的可分開(kāi)的部件構(gòu)成。這些零部件可由鑄鐵、燒結(jié)的和鍛造的金屬粉末或鍛鋼制成。本發(fā)明涉及由鍛鋼制成的零部件，尤其是連桿。
構(gòu)成該鍛鋼連桿的鋼必須是可鍛的，易于 機(jī)加工的，而且呈現(xiàn)出保證該連桿的良好工作狀態(tài)的機(jī)械性能。通常要求的這些機(jī)械性能是210HB和360HB間的硬度和650MPa和1200MPa之間的抗拉強(qiáng)度，以便獲得足夠的疲勞性能，以及300MPa和800MPa之間的屈服應(yīng)力，以避免超過(guò)屈服點(diǎn)的變形。
對(duì)打算用于特定內(nèi)燃機(jī)的特定連桿所要求性能的準(zhǔn)確選擇，取決于該連桿的設(shè)計(jì)及安裝此連桿的該內(nèi)燃機(jī)的特性。構(gòu)成該連桿的鋼是根據(jù)這些機(jī)械性能及制造工藝而被選擇的，所述工藝包括在鍛造工序后旨在獲得鐵素體-珠光體組織的控制冷卻步驟，該組織具備所需的機(jī)械性能及令人滿意的機(jī)加工性。所用的這類鋼一般選XC42型碳鋼或45M5、30MSV6、38MV85(按法國(guó)標(biāo)準(zhǔn))型的低合金鋼。其碳含量主要根據(jù)所要求的硬度值選擇，而為了提淬透性，從而提高有助于改善機(jī)加工性的珠光體的比例，或?yàn)槭硅F素體硬化及改善屈服應(yīng)力/抗拉強(qiáng)度之比而添加合金元素。用這類鋼、該連桿的零部件只能用機(jī)械方法分開(kāi)，這就需要范圍復(fù)雜而昂貴的機(jī)械工序。
某些鑄鐵連桿或用粉末冶金法獲得的連桿可在以預(yù)定的程序用脆斷工序被分成兩個(gè)零件。這所謂的可分開(kāi)零部件的技術(shù)有一些優(yōu)點(diǎn)，特別是由于去掉了機(jī)加工工序而大大地簡(jiǎn)化了加工流程；但由于可用的材料特性，它確實(shí)也有缺點(diǎn)。
為了得益于這種可分開(kāi)連桿技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)將它用于鋼連桿時(shí)，在美國(guó)專利US5,135,587中已推薦過(guò)使用這樣一種鋼，其化學(xué)成份(重量％)為0.6-0.75％的碳、0.2-0.5％的錳、0.04～0.12％的硫，而且Mn/S＞3，余量為鐵和雜質(zhì)，該雜質(zhì)含量小于1.2％，其組織實(shí)際上為100％的珠光體，而晶粒度在3和8ASTM之間。來(lái)自P、Si、Ni、V、Cu、Cr和Mo的雜質(zhì)最好是其各自的含量為Ni≤0.2％、Mo≤0.02％、Cr≤0.1％、Cu≤0.15％、V≤0.035％、0.15％≤Si≤0.35％及P≤0.035％。但，這種XC70(按法國(guó)標(biāo)準(zhǔn))型的鋼的缺點(diǎn)是它在該脆斷工序中呈現(xiàn)出無(wú)律的特性，尤其是因?yàn)橥耆豢赡茉诠I(yè)條件下控制該先共晶相的比例，所以根據(jù)該鋼的準(zhǔn)確的化學(xué)成份及所用的制造方法，該比例可能在0-15％之間變化，這就難于將其在工業(yè)上應(yīng)用；此外，僅可獲得對(duì)XC70所規(guī)定的性能，因此將其用途限制在具有這些性能的零部件中。
本發(fā)明的目的在于通過(guò)推薦一種鋼來(lái)消除上述的缺點(diǎn)，該鋼使其獲得廣泛的應(yīng)用范圍，尤其是連桿領(lǐng)域，所需的機(jī)械性能及良好的機(jī)加工性成為可能，而同時(shí)仍使脆斷工序在令人滿意的工業(yè)條件下進(jìn)行。
因此，本發(fā)明的主題是一種用于制造可分開(kāi)的機(jī)械零部件的鋼，其化學(xué)成份(重量％)包括0.25％≤C≤0.75％、0.2％≤Si≤1.5％、0.1≤Mn≤2％、0％≤Ni≤1％、0％≤Cr≤1％、0％≤Mo≤1％、0％≤Cu≤1％、0％≤V≤0.2％、0.02≤S≤0.35％、0.04％≤P≤0.2％、0％≤Al≤0.005％、0.005％≤N≤0.02％；任選的至少一種含量小于0.1％的選自Pb、Te和Se的元素、余量的鐵及得自熔煉的雜質(zhì)，該鋼任選地用Ca處理。
較好的是，該鋼的化學(xué)組成滿足以下關(guān)系中的至少一種0.06％≤P≤0.12％、0.8％≤Si≤1.2％、0.05≤V≤0.15％。
該鋼的化學(xué)成份可以是0.65％≤C≤0.75％、0.2％≤Si、0.25％≤Mn≤1％、Ni≤0.15％、Cr≤0.15％、Mo≤0.05％、Cu≤0.35％。
該鋼的化學(xué)成份還可以是0.25％≤C≤0.5％、0.2％≤Si、Ni≤0.15％、Cr≤0.15％、Mo≤0.05％及Cu≤0.35％、而較好地是，0.25％≤Mn≤1.3％。
本發(fā)明還涉及符合本發(fā)明的鋼在制造包含至少兩個(gè)件的機(jī)械零部件中的用途，并涉及所述零部件本身，所述的至少兩個(gè)件是通過(guò)使所述零件的毛坯脆斷而獲得的。尤其是，這零部件可以是，比如鋼制的內(nèi)燃機(jī)的連桿，其硬度在210HB和350HB之間，抗拉強(qiáng)度在650MPa和1200MPa之間，大部分晶粒是相當(dāng)粗的，其奧氏體ASTM的晶粒度指數(shù)小于5，而其組織最好是至少70％的珠光體。
下面以更具體的和非限制性的方式敘述本發(fā)明。
符合本發(fā)明的鋼是碳結(jié)構(gòu)鋼或低合金結(jié)構(gòu)鋼，其化學(xué)成份包括(重量％)-為了能獲得硬度大于210HB的鐵素體-珠光體或珠光體組織，碳含量大于0.25％，但為避免形成對(duì)機(jī)加工性不利的鐵的碳化物，其含量小于0.75％；-0.04％-0.2％，而更好是0.06％-0.12％的磷，以便使組織，尤其是經(jīng)過(guò)鍛造和熱處理得到的鐵素體變脆，當(dāng)該組織，尤其基本上是珠光體時(shí)，這種磷含量可能使之達(dá)到機(jī)械零部件坯料的脆性分選的良好的重現(xiàn)性；較好地是，這種磷含量必須為P≥0.18-0.2XC。這樣室溫時(shí)可得到約小于7焦耳的韌性Kcv，為得到橫向變形不超過(guò)120μm的100％的可脆性分選性，這是必要的；-為避免對(duì)機(jī)加工性能不利的三氧化二鋁的存在及為避免在鍛前的重加熱過(guò)程中形成阻礙晶粒長(zhǎng)大的氮化鋁，鋁小于0.005％，更好是小于0.003％，氮化鋁的形成對(duì)可脆性分選性是不利的；-0.2％-1.5％的硅；硅是脫氧元素，為保證脫氧良好，必須以大于0.2％的含量加硅；但，高于此含量時(shí)，該元素使鐵素體變硬和變脆，這對(duì)于獲得良好的機(jī)加工性能是有利的，為獲得這種有益效果，其含量可定化0.8％-1.2％之間；-0.02％-0.35％，更好是0.05-0.12％的硫，以便改善機(jī)加工性能；0～0.2％，優(yōu)選0.05～0.15％釩，以便硬化鐵素體和改善屈服應(yīng)力/抗拉強(qiáng)度之比；-任選的，含量小于0.1％的，選自鉛、碲和硒中的至少一種元素，以便改善機(jī)加工性；
-0.1-2％，更好是大于0.25％的錳，以便以錳的硫化物的形式將硫固定，而且在此情況下，該硫含量可被限于1％；但，為提高淬透性，以便降低鐵素體-珠光體開(kāi)始轉(zhuǎn)變溫度，從而限制鐵素體含量，則還可加錳，這對(duì)機(jī)加工性能有益的；-任選地，含量在0％-1％之間的，選自鎳、鉻、鉬和銅中的一種或幾種元素，以便調(diào)節(jié)淬透性；在不是有意添加這些元素時(shí)，它們會(huì)以因熔煉時(shí)由原料帶來(lái)的殘余元素的方式存在；在此情況下，鎳、鉻含量小于0.15％、鉬含量小于0.05％而銅含量小于0.35％。
根據(jù)所討論的用途，可從此組鋼中進(jìn)行選擇，比如選擇含0.65-0.75％的碳、小于1％的硅、0.25％-1％的錳、小于0.15％的鎳、小于0.15％的鉻、小于0.05％的鉬、小于0.35％的銅和小于0.005％的鋁的近于共析的鋼。
采用尤其是其化學(xué)成分包含0.25％≤C≤0.5％、Ni≤0.15％、Cr≤0.15％、Mo≤0.05％而Cu≤0.35％的低碳鋼也是可能的。在其含小于0.5％的錳的情況下，這種鋼可以是碳素鋼。但，它也可以是含錳、硅或任選的釩的低合金鋼。它可含1％-2％的錳和/或0.5-1.5％的硅和/或0.5％-0.2％的釩。
為制造可分開(kāi)的零部件，采用符合本發(fā)明的鋼坯，然后在1100℃-1300℃之間加熱，從而一方面使其奧氏體化，另一方面使晶粒變粗，最后使其具有鍛造所需的延展性；然后為使其具有合乎要求的形狀而對(duì)其鍛造，該鍛造工序在溫度大于850℃結(jié)束。鍛后，以受控的方式，比如于一冷卻通道中在終鍛溫度和200℃間的0.5℃/S-15℃/S的平均冷卻速度冷卻到室溫。通過(guò)這種方式的處理，得到鐵素體-珠光體組織，其大部分晶粒是相當(dāng)粗的，其奧氏體晶粒的ASTM晶粒度指數(shù)小于5，含有小于30％的鐵素體，并具有所需的硬度、拉伸性能和室溫下小于7焦耳的韌性。然后將這樣獲得的零部件的毛坯機(jī)加工，再以沖擊誘發(fā)的脆斷分成兩件。
以第一實(shí)施例的方式，用XC70型的鋼制成連桿，其化學(xué)成分(重量％)為C＝0.71％
Si＝0.25％Mn＝0.8％Ni＝0.08％Cr＝0.05％Mo＝0.01％Cu＝0.3％S＝0.07％P＝0.045％Al＝0.002％N＝0.012％余量為Fe及來(lái)自冶煉的雜質(zhì)。
在鍛造之前，將鋼坯加熱到1250℃，終鍛溫度為1000℃。鍛后使毛坯在受控冷卻的通道中通過(guò)從而以1℃/S-3℃/S的平均冷卻速度被冷卻，以便模擬按工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)時(shí)的固有的擴(kuò)大的效果。所得到的性能為組織珠光體+0～15％鐵素體；HB270-310；Rm900-1050MPa；Re500-600MPa；Kcv室溫時(shí)為小于7焦耳。
將這些毛坯機(jī)加工，然后用脆斷法全部分成兩件。無(wú)論鐵素體含量如何，該脆性斷裂分開(kāi)都能毫無(wú)困難地完成。
按第二實(shí)施例的方法，用50M5型鋼制造連桿，其化學(xué)成份(重量)為C＝0.505％Si＝0.240％Mn＝1.3％Ni＝0.11％Cr＝0.08％Mo＝0.01％
Cu＝0.32％S＝0.085％P＝0.075％Al＝0.003％N＝0.011％余量為Fe及冶煉造成的雜質(zhì)。
鍛造前，將該鋼坯加熱到1250℃，終鍛溫度為1000℃。鍛后使毛坯經(jīng)過(guò)一受控冷卻的通道，以1-6℃/S的平均冷卻速度冷卻，以便模擬按工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)時(shí)固有的擴(kuò)大的效果。所得到的性能為組織珠光體+0～0.20％的鐵素體；HB260-300；Rm860-1000mPa；Re400-650MPa；Kcv室溫下時(shí)小于6焦耳。
然后將這些鍛坯機(jī)加工，再全部用脆斷分成兩件。不管鐵素體含量如何，這種脆斷分離都可無(wú)任何困難地進(jìn)行。
按第三實(shí)施例的方法，用38MSV5型的鋼制造連桿，其化學(xué)成份(重量％)為C＝0.39％Si＝0.75％Mn＝1.24％Ni＝0.13％Cr＝0.15％Mo＝0.005％Cu＝0.2％V＝0.105％S＝0.11％P＝0.103％Al＝0.004％N＝0.009％余量為鐵及得自熔煉的雜質(zhì)。
在鍛造之前，將鋼坯加熱到1260℃，終鍛溫度為1030℃。鍛后，通過(guò)使鍛坯通過(guò)一被控冷卻通道，以1-6℃/秒的平均冷卻速度冷卻，以便模擬按工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)時(shí)固有的擴(kuò)展的效果。所得到的性能為組織珠光體+0-25％的鐵素體；HB260-310；Rm880-1050MPa；Re500-700MPa；Kcv小于6.5焦耳。
然后將此鍛坯機(jī)加工，再以脆斷將全部鍛坯分成兩件。無(wú)論鐵素體含量如何，這種脆斷分離均可無(wú)任何困難地完成。
這些實(shí)施例展示了用符合本發(fā)明的鋼就可以可靠的方式制造可分開(kāi)的連桿，而更概括地說(shuō)，是可生產(chǎn)有鐵素體-珠光體型組織的，易于以高和低的切削速度機(jī)加工的可分開(kāi)的零部件。
權(quán)利要求
1.用于制造可分開(kāi)的機(jī)械零部件的鋼，其特征為，其化學(xué)成份(重量％)包含0.25％≤C≤0.75％0.2％≤Si≤1.5％0.1％≤Mn≤2％0％≤Ni≤1％0％≤Cr≤1％0％≤Mo≤1％0％≤Cu≤1％0％≤V≤0.2％0.02％≤S≤0.35％0.04％≤P≤0.2％0％≤Al≤0.005％0.005％≤N≤0.02％視需要而定選自Pb、Te和Se的，含量小于0.1％的至少一種元素，余量為Fe及得自冶煉的雜質(zhì)、該鋼視需要而定用Ca處理。
2.權(quán)利要求1的鋼，其特征為，其化學(xué)成份中磷含量為0.06％≤P≤0.12％。
3.權(quán)利要求2的鋼，其特征為，其化學(xué)成分中的Si含量為0.8％≤Si≤1.2％。
4.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的鋼，其特征為，其化學(xué)成份中V含量為0.05％≤V≤0.15％。
5.權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的鋼，其特征為，其化學(xué)成份為0.65％≤C≤0.75％0.25％≤Mn≤1％Ni≤0.15％Cr≤0.15％Mo≤0.05％Cu≤0.35％Al≤0.005％。
6.權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的鋼，其特征在于其化學(xué)成份為0.25％≤C≤0.5％Ni≤0.15％Cr≤0.15％Mo≤0.05％Cu≤0.35％。
7.權(quán)利要求6的鋼，其特征在于其化學(xué)成份中Mn含量為0.25％≤Mn≤1％。
8.權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的鋼用于制造包含至少兩個(gè)通過(guò)毛坯的脆斷獲得的件的機(jī)械零部件。
9.權(quán)利要求8的鋼的用途，其特征在于該零部件有鐵素體-珠光體組織。
10.包含至少兩個(gè)用毛坯的脆斷而得的件的機(jī)械零部件，尤其是連桿，比如內(nèi)燃機(jī)連桿，其特征在于它用權(quán)利要求1-7的鋼構(gòu)成。
11.權(quán)利要求10的零部件，其特征在于，用于構(gòu)成此零部件的鋼的硬度為210-360HB拉伸強(qiáng)度為650-1200MPa、大部份晶粒的ASTM奧氏體晶粒指數(shù)小于5。
12.權(quán)利要求10或11的零部件，其特征在于，用于構(gòu)成此零部件的鋼的組織包含至少70％的珠光體。
全文摘要
用于制造可分開(kāi)的機(jī)械零部件的鋼，其化學(xué)成分(重量％)包含0.25％≤C≤0.75％、0.2％≤Si≤1.5％、0.1≤Mn≤2％、0％≤Ni≤1％、0％≤Cr≤1％、0％≤Mo≤1％、0％≤Cu≤1％、0％≤V≤0.2％、0.02≤S≤0.35％、0.04％≤P≤0.2％、0％≤Al≤0.005％，0.005％≤N≤0.02％；任選的至少一種選自Pb、Te和Se的、含量小于0.1％的元素，余量為Fe及得自熔煉的雜質(zhì)，該鋼任選地用Ca處理。用該鋼制造可分開(kāi)的零部件及該零部件本身。
文檔編號(hào)C22C38/60GK1158908SQ96119789
公開(kāi)日1997年9月10日 申請(qǐng)日期1996年12月13日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月14日
發(fā)明者M·羅伯特, J·貝勒斯 申請(qǐng)人:阿斯克邁塔爾公司