CN100497707C - 一种金属材料及用该材料生产各种金属配件的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属材料及用该材料生产金属配件的工艺，其中金属材料由含有多种成分的铁水经水平连铸铸铁型材工艺生产的，材料中含有C、Si、Mn、P、S、Ti等，杂质性元素总和＜0.08%，其金相组织为退火态的铁素体100%，球化率＞85%，球数＞100个/mm2，缩松、夹杂及碳化物＜1%，毛坯的抗拉强度大于450MPa，延伸率大于20，硬度HB150-170，将上述材料加工的各种金属配件，通过等温淬火热处理和硝盐进行盐浴处理后，使配件既有高强度性能、耐磨性能、抗冲击性能、抗咬合性能、低温性能、小于300℃的高温稳定运行性能、耐蚀等综合性能，同时可降低材料成本，工性能好，既可提高加工效率，又可延长刀具寿命，且产品的各项性能指标均优于现有产品。
Description
技术领域：
本发明涉及一种金属材料及用该材料生产各种金属配件的工艺，包括高压柱塞泵的阀杆转子、柱塞、配油盘等配件以及各种齿轮、轴瓦、轴套、滑块、轴衬、缸套的生产工艺。
背景技术：
目前国内液压行业、工程机械、橡塑机械、水泥机械、减速机行业、汽车工业、机床行业等行业使用的各种机械配件，包括高压柱塞泵的阀杆转子、柱塞、齿轮配油盘等配件以及各种轴瓦、轴套、轴衬、缸套、齿轮、齿环、蜗轮等配件，均按照GB1176-87的标准的规定选材和加工生产的，如铝黄铜25-6-3-3，合金牌号为ZCuZn25A16Fe3Mn3，该材料的抗拉强度为725-740Mpa、延伸率为7-10、HB为157，又如锰黄铜38-2-2，合金牌号为ZCuZn38Mn2Pb2，该材料的抗拉强度为245-345Mpa、延伸率为大约10-18、HB大约为140，上述合金材料分别具有高强度性能、耐磨性能、优越的塑性、抗冲击性能、抗咬合性能、低温性能、小于300℃的高温稳定运行性能、耐蚀性能等，需要根据所加工配件的运行环境进行选用，为了能满足不同配件在各种运行环境下的性能要求，需要生产加工多种牌号的铸铜合金材料，由于铜合金加工性能差，我国又是缺少铜的国家，上述材料大部分依靠进口，使产品的生产成本偏高，浪费国家大量外汇，此外，有些配件，如高压柱塞泵中的转子配件，其生产材料多采用从国外进口的水平连铸球墨铸铁型材，加工成配件后进行软氮化处理，处理后经检测合格后装机使用，成本高，成品率低，与之相配合的柱塞、配油盘则采用材质为38CrMoALA(或其他可替代的钢材)，也经加工后进行软氮化处理，处理后经检测合格后使用，又由于转子的转速为1000--4000转/分钟，与柱塞、配油盘高速磨擦，不仅要求高耐磨，更须防止摩擦副之间由于咬合而产生抱死，这种采用多种材料加工的组合配件，不仅成本高，且质量不稳定、运行不稳定，易发生抱死现象，缩短配件的使用寿命。
发明内容：
本发明针对现有技术的不足，提供一种金属材料及用该材料生产各种金属配件的工艺，所生产的配件在合理工作环境下反映出优越的高强度性能、耐磨性能、抗冲击性能、抗咬合性能、低温性能、小于300℃的高温稳定运行性能、耐蚀等综合性能，同时可降低材料成本，且加工性能好，既可提高加工效率，又可延长刀具寿命，其生产工艺合理，使产品的各项性能指标均优于现有产品，本发明所采取的技术方案如下：
本发明所述金属材料是由含有多种成分的铁水经水平连铸铸铁型材工艺生产的，其特征在于材料的成分按重量配比为：C 3.4～3.6％ Si 2.4～2.6％Mn0.02～0.05％ P<0.04％ S<0.02％ Ti<0.04％，杂质性元素总和<0.08％，其金相组织为退火态的铁素体100％，球化率>85％，球数>100个/mm2，缩松、夹杂及碳化物<1％，毛坯的性能指标为抗拉强度大于450MPa，延伸率大于20，硬度HB150—170。
用上述材料生产各种金属配件的工艺包括机加工、热处理、清洗和冷却，最后进行修正处理，其中机加工按标准规定的结构尺寸或图纸规定的尺寸进行加工，其特征在于将加工好的配件采用等温淬火进行热处理，加热温度为880°C～930℃，在此温度范围内取定保温温度值后，其变化幅度为±3℃，保持恒温时间为0.5～2小时，且为保护气氛加热，然后将加热后的配件在短时间内置入盐浴槽中，以避免出现氧化、脱碳现象，盐浴为硝盐，温度为240℃～380℃，盐浴槽等温温度变化幅度为±3℃，处理时间为0.5～2小时，然后进行清洗并冷却至室温，最后根据热处理后的变形量，通过机加工按图纸将配件修正成正确的尺寸和配合公差即可。
与现有技术相比，本发明解决了国内相关配件生产成本高的问题，HRC达到24～33，抗拉强度900～1050MPa，延伸率为8-11％，金相组织为残余奥氏体(>43％)+羽毛状铁素体，高的残余奥氏体解决了摩擦副之间在相对高速运转下的面压问题，优异的塑性可使单位面积实际压强减小，防止出现相对高速运转过程中抱死问题。高的残于奥氏体受压产生高密度位错以及铁素体晶格扭曲，产生硬化效应，更加耐磨，强度更高。本工艺配件的材料内球形石墨起到储油作用减小摩擦副相互间由于摩擦产生的阻力，而且石墨本身就是最好的润滑剂。相互间摩擦作用的降低，也降低了由于磨擦生热变形产生的摩擦副间抱死的问题。在这种条件下，其寿命必然大幅提高。本工艺配件在碱性环境下有优越的耐蚀性能，高的残余奥氏体的存在空气环境中也表现出优于铝的耐蚀性能。
具体实施方式：
实施例一、以蜗轮、空压机用衬套、圆锥破碎机用衬套、机床用金属套、汽车同步器齿环、(工程、橡塑、水泥)机械滑块(轴瓦、轴套、轴衬、缸套、齿轮)这些配件为例：
本发明所述金属材料是由含有多种成分的铁水经水平连铸铸铁型材工艺生产的，其中材料成分按重量配比为：C 3.4～3.6％ Si 2.4～2.6％ Mn<0.04％P<0.04％ S<0.02％ Ti<0.04％，杂质性元素总和<0.08％，其金相组织为退火态的铁素体100％，球化率>85％，球数>100个/mm2，缩松、夹杂及碳化物<1％，毛坯的性能指标为抗拉强度大于450MPa，延伸率大于20，硬度HB150—170。
用上述材料生产配件的工艺包括机加工、热处理、清洗和冷却，最后进行修正处理，机加工按图纸规定的尺寸加工，将加工完的铁素体球墨铸铁配件进行等温淬火，加热温度为880℃～930℃，在此温度范围内取定保温温度值后，其变化幅度为±3℃，并在此保温温度值保持恒温0.5～2小时，且为保护气氛加热，然后将加热后的配件在短时间内置入盐浴槽中，以避免出现氧化、脱碳现象，盐浴为硝盐，温度为340℃～380℃，盐浴槽等温温度变化幅度为±3℃，并根据配件的壁厚，处理时间为0.5～2小时；然后进行清洗并冷却至室温，最后根据热处理后的变形量，通过机加工按图纸将配件修正成正确的尺寸和配合公差即可。本产品硬度选择应合理，避免出现咬合现象，此外，在高温、高速、高温、高速工作环境下，必须根据硬度差、相对运动速度进行咬合实验，同时考虑高温膨胀率比钢、球墨铸铁大这一情况，适当调整尺寸公差及配合公差。采用本发明所述金属材料及用该材料生产的各种金属配件，其工作温度最好在低于盐浴热处理温度值60℃以下。
实施例二、以高压柱塞泵转子为例：
本发明所述金属材料是由含有多种成分的铁水经水平连铸铸铁型材工艺生产的，其材料成分按重量配比为：C 3.4～3.6％ Si 2.4～2.6％ Mn<0.04％P<0.04％ S<0.02％ Ti<0.04％，杂质性元素总和<0.08％，其金相组织为退火态的铁素体100％，球化率>85％，球数>100个/mm2，缩松、夹杂及碳化物<1％，毛坯的性能指标为抗拉强度大于450MPa，延伸率大于20，硬度HB150—170；
机加工按标准规定的转子结构尺寸进行加工，转子孔公差取标准上公差为最小尺寸，相应的，柱塞外圆公差取标准公差的下公差为最大尺寸，配油盘外园公差取标准公差的下公差为最大尺寸，具体公差带的确定需进行热处理后结合不同规格、形状来确定，虽然变形量比钢、球墨铸铁大，但相同的规格、形状，处理工艺相同，处理后尺寸变化量可以稳定传递。配合间隙的选择不能太小，避免产生抱死，必须经装机试验确定配合公差。
将加工完的转子进行等温淬火热处理，加热温度应达880℃～930℃，在此温度范围内取定保温温度值后，其变化幅度为±3℃，并在此保温温度值保持恒温0.5～2小时(时间根据壁厚确定)，且为保护气氛加热，然后将加热后的配件在短时间内置入盐浴槽中，以避免出现氧化、脱碳现象，盐浴为硝盐，温度为340℃～380℃，盐浴槽等温温度变化幅度为±3℃，并根据配件的壁厚，处理时间为0.5～2小时；本产品硬度差选择应合理，避免出现咬合现象。
最后进行清洗并冷却至室温。
上述转子与材质仍为38CrMoALA(或其他可替代的钢材)进行软氮化处理的柱塞、配油盘进行摩擦副的匹配，转子材料硬度HRC达到24～30，抗拉强度900～1000MPa，延伸率为8-11％，金相为残余奥氏体(>43％)+羽毛状铁素体，与原柱塞、配油盘(HV820)配合，硬度搭配合理，避免了转子与柱塞、配油盘之间在相对高速运转过程中抱死问题，同时转子材料高的残余奥氏体解决了转子与柱塞之间在相对高速运转下的面压问题，优异的塑性可使单位面积实际压强减小，防止出现转子与柱塞、配油盘之间在相对高速运转过程中抱死问题。转子材料高的残于奥氏体受压产生高密度位错以及铁素体晶格扭曲，产生硬化效应，转子更加耐磨，产品强度更高。转子材料内的球形石墨起到储油作用减小摩擦副相互间由于摩擦产生的阻力，而且石墨本身就是最好的润滑剂。相互间摩擦作用的降低，也降低了由于磨擦生热变形产生的摩擦副间抱死的问题。在这种条件下，其寿命必然大幅提高。
实施例三、以高压柱塞泵的柱塞、配油盘为例：
本发明所述金属材料是由含有多种成分的铁水经水平连铸铸铁型材工艺生产的，其材料成分按重量配比为：C3.4～3.6％ Si0.8～1.0％ Mn<0.04％P<0.04％ S<0.02％ Ti<0.04％ Ni0.2～0.4，杂质性元素总和<0.08％；其金相组织为退火态的铁素体100％，球化率>85％，球数>100个/mm2，缩松、夹杂及碳化物<1％，毛坯的性能指标为抗拉强度大于450MPa，延伸率大于20，硬度HB150—170；
机加工按标准规定的结构尺寸进行加工，柱塞外圆公差取标准公差的下公差为最大尺寸，配油盘外圆公差取标准公差的下公差为最大尺寸，相应的转子孔公差取标准上公差为最小尺寸，具体公差带的确定需进行热处理后结合不同规格、形状来确定，虽然变形量比钢、球墨铸铁大，但相同的规格、形状，处理工艺相同，处理后尺寸可以稳定传递。配合间隙的选择不能太小，避免产生抱死，必须经装机试验确定配合公差。
将加工完的柱塞、配油盘进行等温淬火热处理，加热温度应达到900°C～920℃，在此温度范围内取定保温温度值后，其变化幅度为±3℃，并在此保温温度值保持恒温0.5～2小时(时间根据壁厚确定)，且为保护气氛加热，然后将加热后的配件在短时间内置入盐浴槽中，以避免出现氧化、脱碳现象，盐浴为硝盐，温度为240℃～250℃，盐浴槽等温温度变化幅度为±3℃，并根据配件的壁厚，处理时间为0.5～2小时；本产品硬度差、转速选择应合理，避免出现咬合现象。
最后进行清洗并冷却至室温。
以本发明所述材料及加工工艺生产的转子，其硬度HRC达到24～33，抗拉强度900～1050MPa，延伸率8-11％，金相为残余奥氏体(>43％)+羽毛状铁素体，而以本发明所述材料及加工工艺生产的柱塞、配油盘，其硬度HRC达到48～52，抗拉强度1600MPa以上，延伸率为>1％，金相为残余奥氏体(<7％)+针状铁素体+少量马氏体，由于硬度差20左右，建议转子工作状态使用在3000转/分钟以下。
Claims (2)
1、一种金属材料，是由含有多种成分的铁水经水平连铸铸铁型材工艺生产的，其特征在于材料的成分按重量配比为：C3.4～3.6％ Si2.4～2.6％ Mn0.02～0.05％ P<0.04％ S<0.02％ Ti<0.04％，杂质性元素总和<0.08％，其金相组织为退火态的铁素体100％，球化率>85％，球数>100个/mm2，缩松、夹杂及碳化物<1％，毛坯的性能指标为抗拉强度大于450MPa，延伸率大于20，硬度HB150—170。
2、一种由权利要求1所述材料生产各种金属配件的工艺包括机加工、热处理、清洗和冷却，最后进行修正处理，其中机加工按标准规定的结构尺寸或图纸规定的尺寸进行加工，其特征在于将加工好的配件采用等温淬火进行热处理，加热温度为880°C～930°C，在此温度范围内取定保温温度值后，其变化幅度为±3°C，保持恒温时间为0.5～2小时，且为保护气氛加热，然后将加热后的配件在短时间内置入盐浴槽中，以避免出现氧化、脱碳现象，盐浴为硝盐，温度为240°C～380°C，盐浴槽等温温度变化幅度为±3°C，处理时间为0.5～2小时，然后进行清洗并冷却至室温，最后根据热处理后的变形量，通过机加工按图纸将配件修正成正确的尺寸和配合公差即可。
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Owner name: CHENGDE NANGAOCHI METALLURGY SCIENCE AND TECHNOLOG Free format text: FORMER OWNER: YAN XIAOFENG Effective date: 20130220 |
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Effective date of registration: 20130220 Address after: Longhua town government of Chengde city in 068150 Hebei province Longhua County Hospital Patentee after: NGC Chengde Metallurgical Science and Technology Co. Ltd Address before: 5, 067000 building, north gate, building 6, Chengde City, Hebei Province Patentee before: Yan Xiaofeng |
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