CN104178613A - 高压共轨的可控冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压共轨的可控冷却方法，所述方法是利用锻造余热对高压共轨锻件进行的热处理方法，所述高压共轨锻件经过急冷区、稳定区和缓冷区的可控冷却实现对高压共轨锻件的热处理；其中所述高压共轨锻件的入线温度≥800℃，所述高压共轨锻件的出线温度≤250℃。本发明所述的可控冷却方法将热加工过程与提高材料性能的物理冶金过程，二者有机的结合起来，避免了热处理工艺的二次加热，且过程稳定性高，显著节约能源消耗；既保证了合理的金相组织状态，得到的高压共轨具有良好的机械综合性能、又显著降低了能耗，减少了物流成本，缩短了生产制造周期，大幅度降低生产成本。

Description

高压共轨的可控冷却方法

技术领域

本发明涉及发动机配件加工的技术领域，更具体地说，本发明涉及一种用于汽车发动机的高压共轨的可控冷却方法。

背景技术

高压共轨系统极大地提高了汽车发动机的驾驶性能和排放性能，随着排放后处理技术和空燃比控制技术的进步，不再以牺牲发动机的高热效率为代价，对于实现节能降耗和环境保护具有重大意义。目前高压共轨系统已成为汽车行业发动机领域的核心技术之一。在我国，开始打破国外的技术垄断，逐步形成了自主的核心技术体系。

用于高压共轨的高强度材料中，例如微量地添加了Si、Mn的碳素钢，或根据需要微量添加了Cr或Mo、Al等的低合金钢材料，为了确保耐压性，高压共轨在经过热锻后均需要经过正火或退火等热处理。 

在现有技术中，与燃料喷射阀连接的燃料配管从泵开始在各个汽缸之间是独立的，与之相对，在共轨式柴油发动机中，将称为共轨的配管设置在泵和喷射阀之间，在该共轨内蓄压从泵压送来的高压的燃料，从这里将燃料分配到各汽缸的喷射阀。在该共轨式的燃料喷射系统中，通过计算机，从低速区域到高速区域，对燃料喷射量或喷射的时机进行高精度的控制，与以往的柴油发动机相比，能够实现大幅度的排气清洁度、燃耗性能、输出的提高以及噪音、振动的减低的性能提高。为了应对日渐严格的尾气排放要求、以及为了安静性的改善、燃耗性能、输出的提高，在推进共轨式柴油发动机的高压喷射化的同时，对使用在共轨中的燃料喷射管要求有更高的耐压性。为此要求热处理后，表面硬度HB270～330HB，剖面硬度HV10， Rm=900-1050MPa、Re≥600 MPa、A≥10%。要达到上述求，从热处理理论上分析，要避开贝氏体和马氏体转变区，在锻件的纵向和横向截面上，实现组织的均匀一致。为此在现有技术中通常采用淬火+回火传统生产工艺；或者较为先进的采用等温正火工艺。然而上述两种生产工艺，均需二次加热，造成能源浪费，占用过多的生产设备与人力资源；另外，采用淬火+回火传统生产工艺的产品，产品容易产生变形，且不利于后续机械加工； 采用等温正火生产工艺的产品，强度韧性达不到理想状态。

发明内容

为了解决现有技术中的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种高压共轨的可控冷却方法。

为了解决发明所述的技术问题并实现发明目的，本发明采用了以下技术方案：

一种高压共轨的可控冷却方法，其特征在于：所述方法是利用锻造余热对高压共轨锻件进行的热处理方法，所述高压共轨锻件经过急冷区、稳定区和缓冷区的可控冷却实现对高压共轨锻件的热处理；其中所述高压共轨锻件的入线温度≥800℃，所述高压共轨锻件的出线温度≤250℃。

其中，所述高压共轨锻件的长度方向与传送处理运动方向垂直设置。

其中，所述高压共轨锻件的急冷区可控冷却是指锻件进入速冷区，温度由≥800℃降至580～640℃，时间长度为2.5~3分钟。

其中，所述高压共轨锻件的稳定区可控冷却是指锻件进入稳定区，温度由580～640℃降至420～470℃，时间长度为2.5~3分钟。

其中，所述高压共轨锻件的缓冷区可控冷却是指锻件进入缓冷区，温度由420～470℃降至≤250℃，时间长度为5~6分钟。

其中，所述高压共轨锻件经过以下工序进行热处理；入线前按照规定方式设置高压共轨锻件→控制入线温度→控制急冷区工艺参数→控制稳定区工艺参数→控制缓冷区工艺参数→出线温度控制→出线；其中，入线前控制高压共轨锻件的长向与传送运动方向相垂直摆放；所述控制入线温度是指入线温度≥800℃；所述控制急冷区工艺参数是指锻件进入速冷区，炉膛温度40℃，锻件温度由≥800℃降至580～640℃，时间长度2.75分钟，引风机频率35Hz；所述控制稳定区工艺参数是指锻件进入稳定区，炉膛温度40℃，锻件温度由降至580～640℃降至420～470℃，时间长度2.75分钟，引风关闭；所述控制缓冷区工艺参数是指锻件进入缓冷区，炉膛温度40℃，锻件温度由降至420～470℃降至≤250℃，时间长度5.5分钟，引风机频率15Hz；所述出线温度控制是指锻件温度≤250℃，自然降至室温。

其中，所述的锻件使用的合金钢中， C的含量为0.38~0.42wt%，Si的含量为0.45~0.85wt%，Mn的含量为1.15~1.60wt%，并且O的含量≤20 ppm。

作为优选地，所述的锻件使用的合金钢中C的含量为0.38~0.42wt%，Si的含量为0.45~0.85wt%，Mn的含量为1.15~1.60wt%，V的含量为0.13~0.20wt%，Mo的含量≤0.08wt%，S的含量为0.025~0.045wt%，Cr的含量≤0.30wt%，Ti的含量0.010~0.025wt%，N的含量为0.010~0.020wt%，Al的含量为0.010~0.025wt%，Cu的含量≤0.25wt%，Ni的含量≤0.20wt%，P的含量≤0.025wt%，余量为Fe和不可避免的杂质。

 与现有技术相比，本发明所述的高压共轨的可控冷却方法具有以下有益效果：

本发明所述的可控冷却方法将塑变得到的产品几何外形的热加工过程与提高材料的组织状态，提高材料性能的物理冶金过程，二者有机的结合起来，避免了热处理工艺的二次加热，且过程稳定性高，显著节约能源消耗；既保证了合理的金相组织状态，得到的高压共轨产品具有良好的机械综合性能、又显著降低了能耗，减少了物流成本，缩短了生产制造周期，大幅度降低生产成本。

附图说明

图1 为实施例1所述的高压共轨锻件在可控冷却工艺中排布方式的示意图；

图2 为实施例1所述的可控冷却工艺中温控过程功能分区的示意图；

图3 为实施例1所述的高压共轨锻件的温度控制曲线示意图；

图4 为实施例1所述的高压共轨性能检测取样位置的示意图；

图5为对比例1中正火温度与机械性能的关系图。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明所述的高压共轨的可控冷却方法做进一步的阐述，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解；需要指出的是实施例中有关结构、功能以及材料等的描述都是示例性的。

实施例1

本发明涉及的柴油发动机高压共轨系统高压共轨锻件的可控冷却方法，所述可控冷却方法包括以下工艺步骤：摆放锻件→控制入线温度→控制急冷区工艺参数→控制稳定区工艺参数→控制缓冷区工艺参数→出线温度控制→出线入筐存放。所述入线前，按照规定方式与平面密度要求摆放锻件的步骤，随锻造生产节拍，按照图1所示的入线摆放方式：锻件长向与传送链条运动方向相垂直摆放；每17～25秒排放一件。随链条转动，通过入口幕帘，进入速冷区；所述控制入线温度，入线温度≥800℃，可以使用红外测温仪剔除超低温锻件；合格品入线。为保证高压共轨精锻件的最低入线温度，且确保冷处理后通达到相关检验性能要求，规定使用350KW中频炉加热，规定锻造加热温度控制范围1200～1250℃，终锻温度不低于860℃；如图2-3所示，所述控制速冷区工艺参数，指锻件进入速冷区10，区内温度范围由PLC程序控制，炉膛温度40℃，加热器一辅助控制炉膛温度，锻件温度由≥800℃降至580℃，时间长度2.75分钟，引风机一12，进自然风，频率21Hz；引风机二15，排出热风，频率21Hz；所述控制稳定区工艺参数，指锻件进入稳定区，区内温度范围由PLC程序控制，炉膛温度40℃，加热器二辅助控制炉膛温度，锻件温度由降至580℃降至460℃，时间长度2.75分钟，引风机三22和引风机四25一般情况下处于关闭状态，当温度趋向超出规定范围内，自动启动，引风机三向区内引风；引风机四向外排风，直到达到正常状态；所述控制缓冷区工艺参数：指锻件进入缓冷区30，区内温度范围由PLC程序控制，炉膛温度40℃，加热器二辅助控制炉膛温度，锻件温度由降至460℃降至≤250℃，时间长度5.5分钟，引风机五32排出热风，频率15Hz；引风机六35进自然风，频率15Hz；所述出线温度控制：锻件温度≤250℃，自然降至室温，落入锻件筐。在本发明中所述的锻件使用的合金钢所述的锻件使用的合金钢中C的含量为0.40wt%，Si的含量为0.61wt%，Mn的含量为1.25wt%，V的含量为0.16wt%，Mo的含量为0.05wt%，S的含量为0.030wt%，Cr的含量为0.25wt%，Ti的含量0.015wt%，N的含量为0.018wt%，Al的含量为0.020wt%，Cu的含量≤0.20wt%，Ni的含量≤0.20wt%，P的含量≤0.025wt%，O的含量≤20 ppm，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明所述的可控冷却方法涉及的冷控设备，总功率不超过140KW，平均每班次可处理高压共轨1.5吨，相当于热处理成本560元/吨；而等温正火、淬火回火则分别超过800元/吨、1000元/吨。仅此一项，就能够降低成本三分之一以上；如图4所示，位置1和位置2为金相检测剖面位置，位置3为硬度检测剖面位置，位置4为拉力试棒取样位置。经本实例验证的锻件，表面硬度平均值HB为280~320；剖面硬度HV10，金相组织为珠光体+铁素体，抗拉强度Rm为950~1050 MPa，屈服强度Re为600~660 MPa，延伸率A为10~13%。

对比例1

       使用与实施例1相同材料的高压共轨锻件，锻造工艺规定使用350 KW中频炉加热，规定锻造加热温度控制范围1200～1250 ℃，终锻温度不低于860 ℃。与实施例1不同的是采用现有技术中的等温正火和退火工艺进行热处理，其中等温正火的温度范围为900~1150 ℃，保持时间为220~250秒；退火是指将正火后的锻件加热到660 ℃，然后以10℃/分的速度冷却到常温。经过该热处理后的高压共轨锻件的机械性能如表5所示。根据表5所表示的抗拉强度Rm，屈服强度Re，延伸率A以及硬度HB与正火温度的关系曲线可以看出，通过现有技术中常规的正火+退火工艺，很难得到满足本发明中柴油发动机高压共轨系统高压共轨锻件的综合力学性能要求（HB为270~330；剖面硬度HV10，抗拉强度Rm为950~1050 MPa，屈服强度Re≥600~660 MPa，延伸率A≥10~13%）。另外通过淬火（900~950℃）+回火（510~550℃）热处理方式替代本发明所述的可控冷却方法，也难以满足本发明中柴油发动机高压共轨系统高压共轨锻件的综合力学性能要求。

对于本领域的普通技术人员而言，具体实施例只是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非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高压共轨的可控冷却方法，其特征在于：所述方法是利用锻造余热对高压共轨锻件进行的热处理方法，所述高压共轨锻件经过急冷区、稳定区和缓冷区的可控冷却实现对高压共轨锻件的热处理；其中所述高压共轨锻件的入线温度≥800℃，所述高压共轨锻件的出线温度≤250℃。

2.根据权利要求1所述的高压共轨的可控冷却方法，其特征在于：所述高压共轨锻件的长度方向与传送处理运动方向垂直设置。

3.根据权利要求1所述的高压共轨的可控冷却方法，其特征在于：所述高压共轨锻件的急冷区可控冷却是指锻件进入速冷区，温度由≥800℃降至580～640℃，时间长度为2.5~3分钟。

4.根据权利要求1所述的高压共轨的可控冷却方法，其特征在于：所述高压共轨锻件的稳定区可控冷却是指锻件进入稳定区，温度由580～640℃降至420～470℃，时间长度为2.5~3分钟。

5.根据权利要求1所述的高压共轨的可控冷却方法，其特征在于：所述高压共轨锻件的缓冷区可控冷却是指锻件进入缓冷区，温度由420～470℃降至≤250℃，时间长度为5~6分钟。

6.根据权利要求1所述的高压共轨的可控冷却方法，其特征在于：所述高压共轨锻件经过以下工序进行热处理；入线前按照规定方式设置高压共轨锻件→控制入线温度→控制急冷区工艺参数→控制稳定区工艺参数→控制缓冷区工艺参数→出线温度控制→出线；其中，入线前控制高压共轨锻件的长向与传送运动方向相垂直摆放；所述控制入线温度是指入线温度≥800℃；所述控制急冷区工艺参数是指锻件进入速冷区，炉膛温度40℃，锻件温度由≥800℃降至580～640℃，时间长度2.75分钟，引风机频率35Hz；所述控制稳定区工艺参数是指锻件进入稳定区，炉膛温度40℃，锻件温度由降至580～640℃降至420～470℃，时间长度2.75分钟，引风关闭；所述控制缓冷区工艺参数是指锻件进入缓冷区，炉膛温度40℃，锻件温度由降至420～470℃降至≤250℃，时间长度5.5分钟，引风机频率15Hz；所述出线温度控制是指锻件温度≤250℃，自然降至室温。

7.根据权利要求1所述的高压共轨的可控冷却方法，其特征在于：所述的锻件使用的合金钢中， C的含量为0.38~0.42wt%，Si的含量为0.45~0.85wt%，Mn的含量为1.15~1.60wt%，并且O的含量≤20 ppm。

8.根据权利要求7所述的高压共轨的可控冷却方法，其特征在于：所述的锻件使用的合金钢中C的含量为0.38~0.42wt%，Si的含量为0.45~0.85wt%，Mn的含量为1.15~1.60wt%，V的含量为0.13~0.20wt%，Mo的含量≤0.08wt%，S的含量为0.025~0.045wt%，Cr的含量≤0.30wt%，Ti的含量0.010~0.025wt%，N的含量为0.010~0.020wt%，Al的含量为0.010~0.025wt%，Cu的含量≤0.25wt%，Ni的含量≤0.20wt%，P的含量≤0.025wt%，O的含量≤20 ppm，余量为Fe和不可避免的杂质。