轻质活塞销和制造轻质活塞销的方法技术

本发明专利技术涉及轻质活塞销和制造轻质活塞销的方法。制造轻质活塞销的方法，包括：制备包含铬、碳和铁的基础金属粉末、TiC粉末以及粘结剂的混合物，将该混合物金属粉末注射成型(MIM)为活塞销的形状，将该成型体脱脂以从混合物中除去粘结剂，烧结该失去粘结剂的成型体，在该烧结混合物中形成由围绕TiC粉末的碳化铬组成的中间层，并且将该烧结混合物的基体结构转化为马氏体结构。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及轻质活塞销(lightweightpistonpin)，以及制造该轻质活塞销的方法。更具体地，本公开涉及具有改善的弹性的轻质活塞销，以及其制造方法。
技术介绍
往复式发动机是构造成使用活塞以通过连杆将气缸中产生的压力传输至与该活塞相连的曲轴，从而提供驱动力的发动机。在多数类型中，通过连杆和曲轴将活塞的线性往复运动转化为转动运动。在这方面，连杆具有可旋转地连接到曲轴的曲柄销的大端，以及通过活塞销附接至活塞的小端。压力一旦在往复式发动机的汽缸中生成，其施加于活塞上，从而被传输以旋转曲轴。在往复式发动机中，通常是圆柱杆的活塞销穿过活塞销座(pistonboss)和连杆从而将活塞与连杆连接。活塞销参与将活塞的运动传输至连杆，在传输过程中，当其弹性差时可能断裂，且当其重量较重时，有造成产生的驱动力的较大损失的倾向。因此，高弹性、轻质的活塞销对于改善耐用性和燃料效率是理想的。通常，活塞销是由已经经过诸如锻造的热处理的韧性钢制成的。这种活塞销会遭受高密度和弹性不足的问题。为解决该问题，开发了金属粉末注射成型(MetalpowderInjectionMolding)(MIM)，但是由MIM制造的活塞，虽然密度较低，但与传统的活塞相比展现较低的强度和弹性。因此，已经进行许多尝试以将基础金属粉末以外的TiC粉末用于MIM。例如，可以用于MIM的材料在日本的传统技术中公开。在此专利中，所述工具钢包含1.4～2.0wt％的碳、1.0wt％或更少的硅、1.0wt％或更少的锰、11.0～13.0wt％的铬、0.3～2.3wt％的钛、0.75wt％或更少的镍和铜的组合、5.0wt％或更少的选自钼、钒、钨和它们的组合的增强元素。该工具钢具有以下优势：碳化钛抑制晶粒变粗；扩大烧结温度范围以增加产率；以及降低钛的量以减少生产成本。然而，该技术是针对工具钢，而没有提到对于处于极度振动下的活塞销有用的弹性的增加。
技术实现思路
因此，本公开是考虑到现有技术中发生的以上问题而作出的，并且本公开的一个目的是提供呈现低密度和高弹性性能的轻质活塞销，以及其制造方法。为了实现以上目的，本公开提供了制造轻质活塞销的方法，包括以下步骤：制备基础金属粉末、TiC粉末和粘结剂的混合物，基础金属粉末包含铬、碳和铁；将该混合物金属粉末注射成型(MIM)为活塞销形状以形成成型体；将成型体脱脂(degreasing)以从混合物中除去粘结剂；烧结失去粘结剂的成型体以形成烧结混合物；形成由在烧结混合物中围绕TiC粉末的碳化铬组成的中间层；并且将烧结混合物的基体结构(matrixstructure)转化为马氏体结构。在一种实施方式中，通过将烧结步骤的烧结混合物维持在1000～1050℃下2～4小时以在TiC粉末周围沉积碳化铬，并且然后炉冷(furnacecooling)该烧结混合物来进行中间层形成步骤。在另一种实施方式中，该制备步骤是通过将具有1～10μm的粒径的基础金属粉末、具有0.5～5μm粒径的TiC粉末、和液体粘结剂混合来进行的。在另一种实施方式中，该制备步骤通过将含有基础金属粉末：TiC粉末的重量比为78～82％:18～22％的混合物与粘结剂混并来制备，该基础金属粉末包含，按重量计：C：1.4～1.6％，Si：0.4％或更少(0％除外)，Mn：0.6％或更少(0％除外)，P：0.03％或更少(0％除外)，S：0.03％或更少(0％除外)，Cr：11～13％，Mo：0.8～1.2％，V：0.2～0.5％，余量的Fe以形成100％，以及不可避免的杂质。在另一种实施方式中，成型步骤是在180～205℃下进行的。在另一种实施方式中，脱脂步骤在120℃下进行7小时或更久。在另一种实施方式中，烧结步骤在真空中、在1200～1250℃下进行20小时或更久。在另一种实施方式中，马氏体转化步骤是通过在950～1050℃下加热，在300℃或更低下空气冷却以产生马氏体结构，并且然后在500～600℃下回火来进行的。根据另一方面，本公开提供了轻质活塞销，其通过金属粉末注射成型(MIM)包含铬、碳和铁的基础金属粉末，和TiC粉末的混合物制造，其中该活塞销具有马氏体结构，由碳化铬围绕的TiC分散在其中。在一种实施方式中，基础金属粉末包含，按重量计：C：1.4～1.6％，Si：0.4％或更少(0％除外)，Mn：0.6％或更少(0％除外)，P：0.03％或更少(0％除外)，S：0.03％或更少(0％除外)，Cr：11～13％，Mo：0.8～1.2％，V：0.2～0.5％，余量的Fe以形成100％，以及不可避免的杂质。在另一种实施方式中，混合物是通过将含有基础金属粉末：TiC粉末的重量比为78～82％:18～22％的混合物与粘结剂混并而制备的。附图说明由下面结合附图进行的详细描述，本公开的以上和其他目的、特征和优点将会更加清楚地理解，其中：图1是根据本公开的一种实施方式的活塞销的基体结构的图像，其中由碳化铬围绕的TiC分散在马氏体基体中。图2A示出了根据本公开的一种实施方式的没有再加热的活塞销的钢基体结构的图像(烧结后没有再加热)；图2B示出了根据本公开的一种实施方式的再加热2小时的活塞销的钢基体结构的图像(烧结后再加热2h)；图2C示出了根据本公开的一种实施方式的再加热4小时的活塞销的钢基体结构的图像(烧结后再加热4h)；图3A示出了钢的基体结构的图像，其中基础金属粉末和TiC粉末的粒径在基准程度之内，其中TiC在烧结时是均匀分布的(基础金属粉末1～10μm，TiC粉末0.5～5μm)；图3B示出了钢的基体结构的图像，其中基础金属粉末和TiC粉末的粒径超出基准程度，其中TiC在烧结时局部聚结(aggregate)(基体金属粉末大于10μm；TiC粉末大于5μm)；图4A示出了比较例1中制备的活塞销的抗压测试的结果图像；图4B示出了实施例1中制备的活塞销的抗压测试的结果图像；图4C示出了实施例2中制备的活塞销的抗压测试的结果图像；图4D示出了比较例2中制备的活塞销的抗压测试的结果图像；图5A示出了比较例1中制备的活塞销在抗压测试中的应力-应变曲线；图5B示出了实施例1中制备的活塞销在抗压测试中的应力-应变曲线；图5C示出了实施例2中制备的活塞销在抗压测试中的应力-应变曲线；并且图5D示出了比较例2中制备的活塞销在抗压测试中的应力-应变曲线。附图标号：100:TiC200:碳化铬300:聚集区域400:销断裂。具体实施方式本文中使用的术语仅为了描述特定实施方式的目的，而不旨在限制本公开的示例性实施方式。除非上下文另外明确地指示，如本文使用的，除非上下文另外明确指明，单数形式“一个”、“一种”和“该”旨在也包括复数形式。如本文使用的，术语“和/或”以及“至少一个”包括相关列出项目中的一个或多个的任何和所有组合。还应当理解，当本文中使用术语“包含”、“含有”和/或“包括”时，指示存在所述的特征、整体、步骤、操作、元件及/或部件，但并不排除存在或附加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件及/或其组合。除非另外有定义，本文使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)与示例性实施方式所属领域的普通技术人员通常所理解的具有同样的含义。此外应当本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造轻质活塞销的方法，包括以下步骤：制备包含铬、碳和铁的基础金属粉末，TiC粉末以及粘结剂的混合物；将所述混合物金属粉末注射成型为活塞销形状以形成成型体；将所述成型体脱脂以从所述混合物中除去所述粘结剂；烧结失去粘结剂的所述成型体以形成烧结混合物；在所述烧结混合物中形成由围绕所述TiC粉末的碳化铬组成的中间层；并且将所述烧结混合物的基体结构转化为马氏体结构。

【技术特征摘要】
2015.09.14 KR 10-2015-01294221.一种制造轻质活塞销的方法，包括以下步骤：制备包含铬、碳和铁的基础金属粉末，TiC粉末以及粘结剂的混合物；将所述混合物金属粉末注射成型为活塞销形状以形成成型体；将所述成型体脱脂以从所述混合物中除去所述粘结剂；烧结失去粘结剂的所述成型体以形成烧结混合物；在所述烧结混合物中形成由围绕所述TiC粉末的碳化铬组成的中间层；并且将所述烧结混合物的基体结构转化为马氏体结构。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述中间层形成步骤通过将所述烧结步骤的所述烧结混合物维持在1000～1050℃下2～4小时以在TiC粉末周围沉积碳化铬，并且然后炉冷所述烧结混合物来进行。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述制备步骤通过将具有1～10μm的粒径的所述基础金属粉末、具有0.5～5μm粒径的所述TiC粉末和液体粘结剂混合来进行。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述制备步骤通过将含有所述基础金属粉末:所述TiC粉末的重量比为78～82％:18～22％的混合物与所述粘结剂混并来制备，所述基础金属粉末包含，按重量计：C：1.4～1.6％，Si：0.4％或更少，0％除外，Mn：0.6％或更少，0％除外，P：0.03％或更少，0％除外，S：0.03％或更少，0％除外，Cr：11～13％，Mo：0...

【专利技术属性】
技术研发人员：金鹤洙，
申请(专利权)人：现代自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR