CN103909259B - 一种小型汽油机连杆毛坯材料及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于新材料加工领域，公开了一种小型汽油机连杆毛坯合金钢材料及其应用，由如下原料制备而成，铸钢粉，锰粉，铜粉，钴粉，碳化硅粉，氮化铝粉，钛酸钡粉，硬脂酸锌，氟化钙，滑石粉，钠水玻璃，硅胶粉。本发明制备的合金钢材料抗拉强度、抗弯强度、屈服强度、断后伸长率以及冲击功等方面表现出较好的性能，适用于制作小型汽油机连杆以及其他机械性能要求较高的金属件。

Description

一种小型汽油机连杆毛坯材料及其应用

技术领域

本发明属于新材料加工领域，具体涉及一种小型汽油机连杆毛坯材料及其应用，尤其涉及一种小型汽油机连杆毛坯合金钢材料及其应用。

背景技术

     合金钢里面除铁、碳外，加入其他的元素，就叫合金钢。 在普通碳素钢基础上添加适量的一种或多种合金元素而构成的铁碳合金。根据添加元素的不同，并采取适当的加工工艺，可获得高强度、高韧性、耐磨、耐腐蚀、耐低温、耐高温、无磁性等特殊性能。合金钢的主要合金元素有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、钛、铌、锆、钴、铝、铜、硼、稀土等。其中钒、钛、铌、锆等在钢中是强碳化物形成元素，只要有足够的碳，在适当条件下，就能形成各自的碳化物，当缺碳或在高温条件下，则以原子状态进入固溶体中；锰、铬、钨、钼为碳化物形成元素，其中一部分以原子状态进入固溶体中，另一部分形成置换式合金渗碳体；铝、铜、镍、钴、硅等是不形成碳化物元素，一般以原子状态存在于固溶体中。合金钢种类很多，通常按合金元素含量多少分为低合金钢（含量<5%），中合金钢（含量5%～10%），高合金钢（含量>10%）；按质量分为优质合金钢、特质合金钢；按特性和用途又分为合金结构钢、不锈钢、耐酸钢、耐磨钢、耐热钢、合金工具钢、滚动轴承钢、合金弹簧钢和特殊性能钢（如软磁钢、永磁钢、无磁钢）等。根据不同的用途，其对合金钢的性能要求也不相同，因此需要对其进行改进和优化。

汽车连杆是发动机的重要零部件，随着汽车行业的高速发展，连杆的产销量增速明显。连杆在工作过程中承受着很高的周期性冲击力、惯性力和弯曲力，其质量直接影响到发动机的性能。目前，高性能发动机对连杆提出更高的要求，强度、刚度要高，并要具有较高的韧性、纯净度和疲劳性能。现有技术中已有的连杆毛坯合金钢材料大多存在能耗较高，工艺复杂，而且合金钢的性能达不到日益发展的发动机行业的需求。因此，开发一种成本低且性能佳的合金钢材料是迫在眉睫的技术问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的连杆毛坯合金钢存在的机械性能和抗疲劳性能差、制备工艺复杂以及能耗高等问题，本发明提供了一种小型汽油机连杆毛坯合金钢材料，本发明还公开了该合金钢材料在连杆制备中的应用。

    本发明的目的是通过如下技术方案实现，

一种小型汽油机连杆毛坯合金钢材料，其由如下重量份的原料制备而成：

铸钢粉100-120份，锰粉5-6份，铜粉3-4份，钴粉2-3份，碳化硅粉2-3份，氮化铝粉2-3份，钛酸钡粉1-2份，硬脂酸锌0.2-0.3份，氟化钙0.2-0.3份，滑石粉0.2-0.3份，钠水玻璃0.1-0.2份，硅胶粉0.1-0.2份。

优选地，所述铸钢粉，锰粉，铜粉，钴粉，碳化硅粉，氮化铝粉，钛酸钡粉，硬脂酸锌，氟化钙以及滑石粉的粒径为400目；

优选地，所述钠水玻璃的模数n为3.2；

优选地，所述硅胶粉的粒径为300-400目，孔体积为0.35-0.45ml/g，比表面积为600-800㎡/g；

优选地，所述铸钢粉的成份如下: C：1.0-1.1%，Mn: 0.6-0.7%，Si: 0.6-0.7%，Ni0.1-0.2%，余量为Fe；

上述小型汽油机连杆毛坯合金钢材料的制备方法包括如下步骤：

1）按照重量份称取上述原料备用；

2）首先将铸钢粉，锰粉，铜粉，钴粉，碳化硅粉，氮化铝粉，钛酸钡粉，硬脂酸锌，氟化钙以及滑石粉，投入到搅拌机中，搅拌均匀，得到复合物1；

3）将复合物1添加到反应器中，边添加复合物1边添加钠水玻璃，搅拌均匀后，加热至350-380℃，5分钟后，停止加热得到复合物2；

3）待复合物2的温度降低至30℃时，然后往反应器中添加硅胶粉，搅拌均匀，得到混合物3；

4）将复合物3取出，在8Mpa压力下压制成块状，然后在氮气保护气氛下800℃进行烧结5小时，然后冷却至室温即得。

本发明还公开了上述小型汽油机连杆毛坯合金钢材料在连杆制备中的应用。

本发明取得的有益效果主要包括：

本发明通过多次正交试验选择各种金属和非金属原料，配比合理，抗拉强度、抗弯强度、屈服强度、断后伸长率以及冲击功等方面表现出较好的性能，适用于制作小型汽油机连杆以及其他机械性能要求较高的金属件；本发明添加合适比例的硅胶，其特殊的分子结构和孔径可以与各原料紧密嵌合到一起；本发明添加水玻璃、硬脂酸锌、氟化钙以及滑石粉，使得产品内部组织结构的纵横均匀度，合金粉末分散均匀；本发明制备工艺简单可行，可以大规模工业化生产，具备较好的市场应用前景。

具体实施方式

以下将采用具体的实施例来对本发明作进一步的解释，但是不应当看作是对本发明创新精神的限制。

实施例1

一种小型汽油机连杆毛坯合金钢材料，其由如下重量份的原料制备而成：

铸钢粉120份，锰粉6份，铜粉4份，钴粉3份，碳化硅粉3份，氮化铝粉3份，钛酸钡粉2份，硬脂酸锌0.3份，氟化钙0.3份，滑石粉0.3份，钠水玻璃0.2份，硅胶粉0.2份。

所述铸钢粉，锰粉，铜粉，钴粉，碳化硅粉，氮化铝粉，钛酸钡粉，硬脂酸锌，氟化钙以及滑石粉的粒径为400目；所述钠水玻璃的模数n为3.2；所述硅胶粉的粒径为300-400目，孔体积为0.35-0.45ml/g，比表面积为600-800㎡/g；所述铸钢粉的成份如下: C：1.0-1.1%，Mn: 0.6-0.7%，Si: 0.6-0.7%，Ni0.1-0.2%，余量为Fe。

上述小型汽油机连杆毛坯合金钢材料的制备方法包括如下步骤：

1）按照重量份称取上述原料备用；

2）首先将铸钢粉，锰粉，铜粉，钴粉，碳化硅粉，氮化铝粉，钛酸钡粉，硬脂酸锌，氟化钙以及滑石粉，投入到搅拌机中，搅拌均匀，得到复合物1；

3）将复合物1添加到反应器中，边添加复合物1边添加钠水玻璃，搅拌均匀后，加热至350℃，5分钟后，停止加热得到复合物2；

3）待复合物2的温度降低至30℃时，然后往反应器中添加硅胶粉，搅拌均匀，得到混合物3；

4）将复合物3取出，在8Mpa压力下压制成块状，然后在氮气保护气氛下800℃进行烧结5小时，然后冷却至室温即得。

实施例2

一种小型汽油机连杆毛坯合金钢材料，其由如下重量份的原料制备而成：

铸钢粉100份，锰粉5份，铜粉3份，钴粉2份，碳化硅粉2份，氮化铝粉2份，钛酸钡粉1份，硬脂酸锌0.2份，氟化钙0.2份，滑石粉0.2份，钠水玻璃0.1份，硅胶粉0.1份。

所述铸钢粉，锰粉，铜粉，钴粉，碳化硅粉，氮化铝粉，钛酸钡粉，硬脂酸锌，氟化钙以及滑石粉的粒径为400目；所述钠水玻璃的模数n为3.2；所述硅胶粉的粒径为300-400目，孔体积为0.35-0.45ml/g，比表面积为600-800㎡/g。

上述小型汽油机连杆毛坯合金钢材料的制备方法包括如下步骤：

1）按照重量份称取上述原料备用；

2）首先将铸钢粉，锰粉，铜粉，钴粉，碳化硅粉，氮化铝粉，钛酸钡粉，硬脂酸锌，氟化钙以及滑石粉，投入到搅拌机中，搅拌均匀，得到复合物1；

3）将复合物1添加到反应器中，边加复合物1边加钠水玻璃，搅拌均匀后，加热至380℃，5分钟后，停止加热得到复合物2；

3）待复合物2的温度降低至30℃时，然后往反应器中添加硅胶粉，搅拌均匀，得到混合物3；

4）将复合物3取出，在8Mpa压力下压制成块状，然后在氮气保护气氛下800℃进行烧结5小时，然后冷却至室温即得。

实施例3

本发明对实施例1和实施例2制备的合金钢材料进行性能参数测试，采用市场常用的GCr15合金钢作为对照组，分别设置三个组：1为实施例1组，2为实施例2组，3为对照组；具体试验结果如下表1：

                               表1

结论：本发明制备的合金钢材料在抗拉强度、抗弯强度、屈服强度、断后伸长率以及冲击功等方面表现出较好的性能，适用于制作小型汽油机连杆以及其他机械性能要求较高的金属件。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种小型汽油机连杆毛坯合金钢材料，其特征在于，所述合金钢材料由如下重量份的原料制备而成：

铸钢粉100-120份，锰粉5-6份，铜粉3-4份，钴粉2-3份，碳化硅粉2-3份，氮化铝粉2-3份，钛酸钡粉1-2份，硬脂酸锌0.2-0.3份，氟化钙0.2-0.3份，滑石粉0.2-0.3份，钠水玻璃0.1-0.2份，硅胶粉0.1-0.2份。

2.如权利要求1所述的合金钢材料，其特征在于，

所述铸钢粉，锰粉，铜粉，钴粉，碳化硅粉，氮化铝粉，钛酸钡粉，硬脂酸锌，氟化钙以及滑石粉的粒径为400目；所述钠水玻璃的模数n为3.2；所述硅胶粉的粒径为300-400目，孔体积为0.35-0.45ml/g，比表面积为600-800㎡/g；

所述铸钢粉的成份如下: C：1.0-1.1%，Mn: 0.6-0.7%，Si: 0.6-0.7%，Ni0.1-0.2%，余量为Fe。

3.如权利要求1或2所述的合金钢材料，其特征在于，所述合金钢材料的制备方法包括如下步骤：

1）按照重量份称取上述原料备用；

2）首先将铸钢粉，锰粉，铜粉，钴粉，碳化硅粉，氮化铝粉，钛酸钡粉，硬脂酸锌，氟化钙以及滑石粉，投入到搅拌机中，搅拌均匀，得到复合物1；

3）将复合物1添加到反应器中，边添加复合物1边添加钠水玻璃，搅拌均匀后，加热至350-380℃，5分钟后，停止加热得到复合物2；

3）待复合物2的温度降低至30℃时，然后往反应器中添加硅胶粉，搅拌均匀，得到复合物3；

4）将复合物3取出，在8Mpa压力下压制成块状，然后在氮气保护气氛下800℃进行烧结5小时，然后冷却至室温即得。