CN100451359C - 一种汽车发动机曲轴 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽车发动机曲轴，采用铸铁材料，其特征在于：所述的铸铁材料采用材料强化工艺，其方法为普通球墨铸铁经等温淬火热处理成为奥贝球墨铸铁，其基体组织为上贝氏体和残余奥氏体，铸态毛坯球化等级为1～2级，石墨球径为6级以上。采用上述技术方案，使本发明与现有技术所采用的普通铸铁相比，具有更好的机械力学性能，耐磨性、韧性和疲劳强度更高，且具有节能、降耗、减震、降低成本的效果。
Description
技术领域
本发明涉及汽车底盘，更具体地说，本发明涉及一种汽车发动机曲轴。
背景技术
曲轴是汽车发动机的曲柄连杆机械中最重要的机件之一，它与连杆配合将作用在活塞顶上的燃烧气体压力转变为曲柄旋转的动力，进而传给底盘的传动机构。同时，驱动配气机构和其它辅助装置，如风扇、水泵、发电机等。由于活塞的变速往复运动、曲轴的旋转运动和连杆的复合运动，导致各零部件特别是曲轴受到高频、交变的拉、压、剪、扭、振动、摩擦等复杂应力作用。当这些应力过大且交变应力经过很大的循环次数后，易造成曲轴和其它零件的失效，尤其是疲劳断裂的产生。
为了满足曲轴承受负荷的强度要求，目前，在排量、额定功率较大的轿车的发动机中，其曲轴都是采用中碳钢或中碳合金钢经模锻而成。这种曲轴结构的特点是曲柄半径较大(Φ43～Φ50mm)，重叠度值很小(0.25～2.5mm)。目前各厂家都是采用锰钒低合金的曲轴材料。为了提高耐磨性和抗疲劳强度，轴颈表面经高频淬火或氮化处理，并经精密磨削加工，以达到较高的尺寸精度、表面硬度和表面粗糙度的要求。曲轴表面磨损或失圆，须进行磨削修正或更换。但是，采用上述的钢材料制造曲轴，也存在弊端。主要是三方面问题，一是钢材料价格较高，导致发动机成本高；其次是毛坯制造难度较大，锻造工艺设备复杂、加工过程成本高；三是在后续的切削加工中难度较大。
在小排量(2.0L以下)的汽车发动机中，其曲轴的结构特点是曲柄半径较小(Φ34.5～Φ45.5mm)，重叠度值较大(4.75～13.5mm)。对于这类曲轴的材料，国内各大厂家已普遍采用铸态或正火态的QT700-2、QT800-2、QT850-2等牌号的球墨铸铁，其耐磨、减震、降噪的性能和抗疲劳强度都有了一定的提高，且加工制造难度下降，并获得了节能、降耗的效果。但是，其牌号最高、性能最好的球墨铸铁的机械性能为抗拉强度σb＞900MPa，屈服强度σs≥600MPa，延伸率δ≥2％，仍然不能完全满足曲轴所承受的负载的要求，特别是不能适应大排量汽车发动机的负荷。
综上所述，铸铁是曲轴材料的发展方向，但是其材料的性能、工艺仍需要提高，以满足各类汽车制造和使用的要求。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种汽车发动机曲轴，其目的是提高曲轴材料的机械性能。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：本发明所提供的这种汽车发动机曲轴，采用铸铁材料，所述的铸铁材料采用材料强化工艺，所述的铸铁材料是经过一种熔化工艺熔化的球墨铸铁经等温淬火热处理成为奥贝球墨铸铁，其基体组织为上贝氏体和残余奥氏体，铸态毛坯球化等级为1～2级，石墨球径为6级以上；所述的强化工艺过程为：铸造球墨铸铁曲轴毛坯、高温奥氏体化加热、等温淬火、清洗、表面滚压抛光；所述的这种熔化工艺是采用中频电炉熔化方法，配料的化学成份为：锰(Mn)＜0.3％，磷(P)＜0.03％，硫(S)＜0.02％，碳(C)＝3.5～3.9％，硅(Si)＝2.2～2.6％，铜(Cu)＝0.7～0.9％，采用含钡低稀土即硅镁合金为球化剂，加入量为0.8～0.9％。
所述的铸造球墨铸铁曲轴毛坯，其铸造方法为金属型覆砂生产工艺，即型腔体为金属，型腔内表面覆造型砂，造型砂采用过滤器净化工艺，造型砂均匀无杂质。
所述的等温淬火的工艺规范为：奥氏体化加热温度：890～910℃，保温时间1～1.5小时，等温淬火至365～370℃，保温时间1.5～2小时。
采用上述技术方案，使本发明与现有技术所采用的普通铸铁相比，具有更好的机械力学性能，耐磨性、韧性和疲劳强度更高，且具有节能、降耗、减震、降低成本的效果。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为本发明的等温淬火工艺曲线示意图。
具体实施方式
本发明所要解决的问题是提供一种汽车发动机曲轴，特别是应用于较大排量的汽车发动机的曲轴中。本发明的核心问题是提高采用铸铁材料的曲轴的综合力学性能，用较低成本的铸铁材料代替钢材特别是低合金钢的锻造毛坯，并采取工艺措施使其满足发动机的性能要求。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案及其相应的具体的实施方式如下：
本发明所提供的这种汽车发动机曲轴采用铸铁材料，关键在于铸铁材料采用材料强化工艺，其方法为普通球墨铸铁经等温淬火热处理成为奥贝球墨铸铁，其基体组织为上贝氏体和残余奥氏体，铸态毛坯球化等级为1～2级，石墨球径为6级以上。
高强度、高韧性的奥贝体球墨铸铁具有优越的综合机械性能，同时成本比钢材低，毛坯制造和切削加工方便。其材质性能指标为：抗拉强度σb＞1050MPa，屈服强度σs≥750MPa，延伸率δ≥4％，硬度HB240～320。
奥贝球墨铸铁的曲轴的材料强化工艺过程为：铸造球墨铸铁曲轴毛坯、高温奥氏体化加热、等温淬火、清洗、表面滚压抛光。表面滚压抛光的作用在于减少表面缺陷，使表面产生塑性变形和残余压就应力，提高其硬度，克服疲劳裂纹的产生，大幅度提高曲轴的承载能力和疲劳强度。
本发明要求保证球墨铸铁曲轴毛坯内在质量最好、稳定性和一致性最高、金相组织致密无疏松、内部夹杂物和缺陷最少、机械强度最高。
为了获得优质和稳定的球墨铸铁的曲轴毛坯，在铸造球墨铸铁曲轴毛坯时，其铸造方法为金属型覆砂生产工艺，即型腔体为金属，型腔内表面覆造型砂。这种方式可以提高铸型的刚性，控制铸件的冷却速度。造型砂采用过滤器净化工艺，造型砂均匀无杂质。等温淬火设备和作业线合理配置至关重要，温度自动测量调控，温度波动范围不得正超过±0.5℃.
严格控制坯料的化学成份，进行精炼获得优质的原铁水，精选炉料和配料。铸造球墨铸铁曲轴毛坯材料强化工艺过程中的熔化工艺，采用中频电炉熔化方法，炉料和配料的化学成份为：锰(Mn)＜0.3％，磷(P)＜0.03％，硫(S)＜0.02％，碳(C)＝3.5～3.9％，硅(Si)＝2.2～2.6％，铜(Cu)＝0.7～0.9％，采用含钡低稀土即硅镁合金为球化剂，在保证球化的前提下按最少加入量控制，加入量为0.8～0.9％。孕育处理工艺采用采取多级瞬时孕育处理工艺。
控制球墨铸铁曲轴毛坯铸件冷却速度和打箱时间，对铸件进行预处理。保证球墨铸铁曲轴毛坯原始基体组织中珠光体与铁素体之比例，珠光体最佳含量为65～75％。
如图1所示，本发明采用的等温淬火的工艺规范为：奥氏体化加热温度：890～910℃，保温时间1～1.5小时，等温淬火至365～370℃，保温时间1.5～2小时。
上面对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1、一种汽车发动机曲轴，采用铸铁材料，所述的铸铁材料采用材料强化工艺，所述的铸铁材料是经过一种熔化工艺熔化的球墨铸铁经等温淬火热处理成为奥贝球墨铸铁，其基体组织为上贝氏体和残余奥氏体，铸态毛坯球化等级为1～2级，石墨球径为6级以上；所述的强化工艺过程为：铸造球墨铸铁曲轴毛坯、高温奥氏体化加热、等温淬火、清洗、表面滚压抛光，其特征在于：所述的这种熔化工艺是采用中频电炉熔化方法，配料的化学成份为：锰(Mn)＜0.3％，磷(P)＜0.03％，硫(S)＜0.02％，碳(C)＝3.5～3.9％，硅(Si)＝2.2～2.6％，铜(Cu)＝0.7～0.9％，采用含钡低稀土即硅镁合金为球化剂，加入量为0.8～0.9％；所述的等温淬火的工艺规范为：奥氏体化加热温度：890～910℃，保温时间1～1.5小时，等温淬火至365～370℃，保温时间1.5～2小时。
2、按照权利要求1所述的汽车发动机曲轴，其特征在于：所述的铸造球墨铸铁曲轴毛坯，其铸造方法为金属型覆砂生产工艺，即型腔体为金属，型腔内表面覆造型砂，造型砂采用过滤器净化工艺，造型砂均匀无杂质。
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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Granted publication date: 20090114 Termination date: 20210627 |