一种提高汽车曲轴抗疲劳性能的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高汽车曲轴抗疲劳性能的方法，包括熔炼、成型、正火、中频表面淬火和等温淬火处理，其中熔炼过程严格调控各元素的质量百分比，通过元素之间对晶型的调控和对杂质含量的调控，可以改善产物中调节条状夹杂物的横向分布和尺寸；成型和热处理过程中严格控制各参数条件，以简单的制备方法大大提高了汽车曲轴的抗疲劳性能、耐磨损性能和强度。耐磨损性能和强度。

【技术实现步骤摘要】
一种提高汽车曲轴抗疲劳性能的方法


[0001]本专利技术属于汽车曲轴制备的
，具体涉及到一种提高汽车曲轴抗疲劳性能的方法。

技术介绍

[0002]曲轴是汽车发动机系统中最为关键的构成部分之一，曲轴性能的好坏将直接对整个车辆的使用寿命造成影响。随着国家对道路交通机械排放标准的不断提高，柴油发动机采用涡轮增压技术后，其曲轴所承受的载荷提高了45％
‑
67％，对曲轴强度和延伸率的要求相应提高，普通球铁的性能已不能满足其服役要求，只能采用锻造合金钢曲轴，而锻造合金钢曲轴不具有球墨铸铁曲轴重量轻、良好的疲劳性能和耐磨抗震优势。因此需要对锻造合金钢曲轴进行优化。同时曲轴工作时承受着大负荷和不断变化的弯矩及扭矩作用，常见的失效形式为弯曲疲劳断裂及轴颈磨损，因此，这就要求曲轴材质具有较高的疲劳强度以及优异的耐磨性能。
[0003]现有技术中汽车发动机曲轴的加工工艺过程比较复杂，成本较高。例如锻造合金钢曲轴的锻造工艺，其是在热轧(锻)过程中通过对金属加热制度、变形制度和温度制度的合理控制，使热塑性变形与固态相变结合，以获得细小晶粒组织，使钢材具有优异的综合力学性能的轧制新工艺，可以通过控制轧制(锻造)后钢材的冷却速度达到改善钢材组织和性能的目的，但是其加速冷却会导致内外冷速不均，进而产生性能不均、热应力过大等问题。
[0004]此外金属基体组元决定材料的硬度、强度、耐热等力学性能及物理性能，而润滑组元可以减小或者消除粘结和卡滞，减少表面磨损，平稳摩擦过程，摩擦组元用于补偿固体润滑组元的影响及在不损害摩擦表面的前提下增加滑动阻力，用于调整摩擦因素，起着摩擦、抗磨和抗粘结的作用。合理选择摩擦组元对提高摩擦材料及耐磨性能至关重要。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种提高汽车曲轴抗疲劳性能的方法，可以通过合理的原料配比和参数调控，大大提高了抗拉强度和延伸率，且制备工艺简单，节约了能源，降低了企业的生产成本。
[0006]为达上述目的，本专利技术提供了一种提高汽车曲轴抗疲劳性能的方法，包括以下步骤：
[0007](1)熔炼
[0008]称取原料，先将铁源、锰源、碳源和钒源置于真空感应炉中熔炼，保温一段时间后加入脱氧合金，均匀后再加入硫铁合金，制得铸锭；
[0009](2)成型
[0010]将铸锭经锻压成型处理，制得铸件；其中锻压的初锻温度为1150
‑
1180℃，终锻温度为920
‑
950℃；
[0011](3)热处理
[0012]将成型后的铸件依次经正火、中频表面淬火、等温淬火处理，制得。
[0013]优选的，步骤(1)熔炼的过程包括：首先抽真空至炉内压力为1
‑
20Pa以下，然后通电熔炼；抽真空时需反复通高纯氩气排尽炉内残余空气。
[0014]优选的，脱氧合金为钛合金、铝合金和锆合金中的至少一种，步骤(1)铸锭中的成分含量包括：C 0.075
‑
0.15％、Mn 0.3
‑
1.15％、V 0.08
‑
4.0％、S 0.01
‑
0.03％、 Ti 0
‑
0.5％、Al 0
‑
0.5％、Zr 0
‑
0.20％，余量为Fe以及不可避免的微量元素，其中 Ti、Al和Zr不同时为0。
[0015]优选的，脱氧合金为锆合金，步骤(1)铸锭中的成分含量包括：C 0.15％、 Mn 0.75％、V 2.0％、S 0.03％、Ti 0.5％、Al 0.01％、Zr 0.20％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。
[0016]优选的，熔炼的温度为900
‑
1000℃，熔炼的时间为7
‑
9h；保温的时间为 3
‑
5min。
[0017]优选的，步骤(2)锻压的变形量为7
‑
13％。
[0018]优选的，步骤(3)中正火的温度为860
‑
920℃，正火的时间为1
‑
3h。
[0019]优选的，步骤(3)中中频表面淬火的功率为0.35
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0.45kW/cm2，中频表面淬火的频率为8
‑
10kHz，中频表面淬火的加热时间和冷却时间均为40
‑
60s。
[0020]优选的，步骤(3)中等温淬火的过程具体包括：将经中频表面淬火后的铸件投入盐浴炉内，5min内将温度升高至350
‑
360℃，反应60
‑
70min后，水冷至室温。
[0021]优选的，盐浴炉内的盐浴成分包括体积分数为45％的亚硝酸钠和体积分数为55％的硝酸钾。
[0022]综上所述，本专利技术具有以下优点：
[0023]1、本专利技术通过添加脱氧调节剂可以调控铸件中条状夹杂物的纯度和形貌，通过将细长条状、聚集分布的条状夹杂物调整为较为分散的，长宽比较小的夹杂物，可以防止条状夹杂物聚集处产生微观裂纹，形成应力集中导致铸件断裂；通过在铸件中控制元素的比例关系和添加顺序，可以细化晶粒、形成相应的碳氮化物粒子钉扎晶界，阻止奥氏体在高温过分长大，还可以改善铸件的形态，提高铸件的抗拉强度、曲阜强度和延伸率。
[0024]2、本专利技术首先通过高温正火处理消除曲轴中的游离态渗碳体，提高曲轴的综合力学性能，促进了抗疲劳强度的改善，再进行中频淬火处理，提高了铸件表面的硬化度，并防止了表面开裂的发生；同时通过提高铸件中碳钒锰等合金元素的含量，提高了材料的淬透性，进而改善了中频淬火无法达到较深的加热层的缺陷。最后，通过等温淬火处理进一步提高强度和韧性。
[0025]3、本专利技术通过铸造缺陷以及热处理工艺这两个角度入手，合理应用正火、中频表面淬火以及等温淬火处理的方式，促进曲轴疲劳强度水平的提升，同时改善曲轴的耐磨性，延长曲轴的使用寿命。
具体实施方式
[0026]本专利技术公开了一种提高汽车曲轴抗疲劳性能的方法，包括以下步骤：
[0027]S1熔炼
[0028]称取原料，先将铁源、锰源、碳源和钒源置于真空感应炉中以900
‑
1000℃的温度熔炼7
‑
9h，保温3
‑
5min后加入脱氧合金，均匀后再加入硫铁合金，制得铸锭；脱氧合金为钛合
金、铝合金和锆合金中的至少一种。
[0029]铸锭中包括以下质量百分比组分：C 0.075
‑
0.15％、Mn 0.3
‑
1.15％、V 0.08
‑
4.0％、S 0.01
‑
0.03％、Ti 0
‑
0.5％、Al 0
‑
0.5％、Zr 0
‑
0.20％，余量为Fe以及不可避免的微量元素，其中Ti、Al和Zr不同时为0。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高汽车曲轴抗疲劳性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)熔炼按照重量份组分称取原料，先将铁源、锰源、碳源和钒源置于真空感应炉中熔炼，保温一段时间后加入脱氧合金，均匀后再加入硫铁合金，制得铸锭；(2)成型将铸锭经锻压成型处理，制得铸件；其中锻压的初锻温度为1150
‑
1180℃，终锻温度为920
‑
950℃；(3)热处理将成型后的铸件依次经正火、中频表面淬火、等温淬火处理，制得。2.如权利要求1所述的提高汽车曲轴抗疲劳性能的方法，其特征在于，所述步骤(1)熔炼的过程包括：首先抽真空至炉内压力为1
‑
20Pa以下，然后通电熔炼；所述抽真空时需反复通高纯氩气排尽炉内残余空气。3.如权利要求1所述的提高汽车曲轴抗疲劳性能的方法，其特征在于，所述脱氧合金为钛合金、铝合金和锆合金中的至少一种，所述步骤(1)铸锭中的成分含量包括：C 0.075
‑
0.15％、Mn 0.3
‑
1.15％、V 0.08
‑
4.0％、S 0.01
‑
0.03％、Ti 0
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0.5％、Al 0
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0.5％、Zr 0
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0.20％，余量为Fe以及不...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宝书，栾道成，王正云，易文军，胡子康，
申请(专利权)人：西华大学，
类型：发明
国别省市：