CN104264061A - 一种汽车发动机锻件及其锻造方法 - Google Patents

一种汽车发动机锻件及其锻造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种汽车发动机锻件及其锻造方法，所述的发动机锻件由包括以下重量百分比的组分制成：碳：0.07~0.17，硅：0.13~0.15，镍：1.2~1.8，铬：2.2~4.5，锰：0.2~0.6，铜：0.05~0.15，钼：0.3~0.4，钛：0.5~1.2，钒：0.2~0.6余量为铁，各组分之和为100%。本发明通过合理的材料配方设计，采用粉末锻造方法进行锻造，提高了材料的利用率，锻件没有飞边，无材料损耗，机械加工余量小，制得的锻件耐高温、耐腐蚀、耐磨损、机械强度高。

Description

一种汽车发动机锻件及其锻造方法
技术领域
本发明涉及汽车发动机领域，具体涉及一种汽车发动机锻件及其锻造方法。
背景技术
随着现代汽车发动机行业的发展，对汽车发动机厂家提出了更高的要求，汽车发动机厂家不仅要具有大批量生产的能力，也同时要具有小批量、多品种的生产技术。所以，在汽车发动机厂家现在已经普及了互换性、自动化生产，做到了流水线式生产线布置及工艺安排。而汽车发动机使用的特殊环境，使得对汽车发动机的材料及制备工艺较高。
在汽车的材料使用中，按重量计算，汽车上有71.9%的锻件。一般的汽车由车身、车箱、发动机、前桥、后桥、车架、变速箱、传动轴、转向系统等15个部件构成汽车锻件的特点是外形复杂、重量轻、工况条件差、安全度要求高。特别是汽车发动机锻件，需要锻件的材料具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、机械强度高的优点，更关系到汽车的安全性能和运行效率。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种耐高温、耐腐蚀、耐磨损、机械强度高的汽车发动机锻件及其制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种汽车发动机锻件，由包括以下重量百分比的组分制成：碳：0.07~0.17，硅：0.13~0.15，镍：1.2~1.8，铬：2.2~4.5，锰：0.2~0.6，铜：0.05~0.15，钼：0.3~0.4，钛：0.5~1.2，钒：0.2~0.6余量为铁，各组分之和为100%。
优选的，所述的钛的重量百分比为0.8~1.0，钒：0.3~0.5。
钒元素是铁的优良的脱氧剂，可以细化组织晶粒，提高强度和韧性，同时钒与碳形成碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。
氢化脱氢钛粉具有质量好、粒度细的特点，在粉末锻造工艺中和钒一起使用能够增加锻件的晶粒分散。
优选的，所述的钛选自氢化脱氢钛粉或离心雾化钛粉，优选氢化脱氢钛粉。
优选的，所述的镍、铬和锰的重量比例为1：2：（0.3~0.5）。
镍元素的加入能提高锻件的强度和韧性，提高淬透性，和耐腐蚀能力。镍元素的晶格常数与y-铁相近，可以形成连续固溶体，提高锻件的淬硬性，当镍元素与铬和钼一起使用时，淬透性增加尤其明显，同时也增强了锻件的抗疲劳强度。
铬元素能提高钢的淬透性和耐磨性，能改善钢的抗腐蚀能力和抗氧化作用。
锰元素的加入能增加锻件的强度和硬度，起到脱氧和脱疏的功效。
在本发明中镍铬锰按照上述比例进行搭配使用，能够起到较好的协同作用，提升锻件的淬透性、耐磨性、强度和硬度。
铜元素加入可以提高锻件的耐腐蚀性能，提高韧性和疲劳强度，并对淬透性有一定的好处。
优选的，所述的铁粉选用100~200目的雾化粉，优选100目的赫格那斯雾化粉。
优选的，所述的碳选用200~400目的石墨，优选鳞片状石墨。
上述汽车发动机锻件的制备方法，包括以下步骤：
（1）原料雾化制粉
按以下重量百分比准备原料，碳：0.07~0.17，硅：0.13~0.15，镍：1.2~1.8，铬：2.2~4.5，锰：0.2~0.6，铜：0.05~0.15，钼：0.3~0.4，钛：0.5~1.2，钒：0.2~0.6余量为铁，各组分之和为100%，将各组分原料加入真空感应炉冶炼，浇筑成金属块，然后将金属块加入真空感应炉-氩气雾化装置重熔，熔融的金属液体经过漏嘴流入氩气雾化装置中，用高压氩气将其雾化成粉末；
（2）粉末预处理
将步骤（1）中制得的粉末经过筛分后进入静电分离装置，通过静电处理除去其中的非金属杂质，然后加入真空炉中加热除去粉末表面吸附的气体；
（3）热压成形
将步骤（2）中预处理的粉末在真空下装入模具中，密封，热压后冷却成形，取出成形后的制品，经过锻造、淬火和时效处理制得所述汽车发动机锻件。
优选的，所述的步骤（1）中在真空感应炉中冶炼的温度为1600℃~1800℃，真空度为0.002~0.005Pa；
优选的，所述的步骤（1）中在真空感应炉-氩气雾化装置中重熔的温度为1500℃~1700℃，真空度为0. 2~0.8Pa，氩气吹喷压力为2.0~2.5MPa。
优选的，其特征在于，所述的步骤（2）中筛分后粉末的粒度为100~200目，优选200目；
优选的，所述的步骤（2）中真空炉中加热的温度为400~500℃，真空度为0.001~0.003Pa。
优选的，所述的步骤（3）中热压的温度为1200℃~1400℃，压力为100~150MPa；
优选的，所述的步骤（3）中锻造工艺具体为，先将成形后的制品用水压机进行自由锻预制坯，加热温度为1200℃，锻造过程中变形量为50%~60%，然后在1300℃下用水压机进行模锻，一火锻成；
优选的，所述的步骤（3）中淬火处理的具体工艺为，将锻好的制品加入90~100℃的热水中进行淬火处理。
本发明的锻件合金淬火敏感性较高，如采用空冷方式淬火，会导致锻件伸长率下降，强度低，如采用冷水进行淬火，会导致冷却不均匀，晶粒分布不均匀，而采用较高温度的热水进行淬火处理，可以使锻件的晶粒变小，分布更加均匀，伸长率和强度得到较大提升。
和现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.本发明通过合理的材料配方设计，制得了一种耐高温、耐腐蚀、耐磨损、机械强度高的汽车发动机锻件。
2.本发明采用粉末锻造方法进行锻造，提高了材料的利用率，锻件没有飞边，无材料损耗，机械加工余量小，制得的锻件力学性能优异。
3.本发明锻造过程中采用先自由锻预制坯，再锻模的多次固溶锻造工艺改善了锻态混晶和粗晶组织，有利于获得均匀细小的晶粒。
4.本发明的淬火处理工艺使锻件的晶粒变小，分布更加均匀，伸长率和强度得到较大提升。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，实施例中除特殊说明外，所有组分含量均为重量百分比。
实施例1
一种汽车发动机锻件，由以下方法制得：
（1）原料雾化制粉
按以下重量百分比准备原料，碳0.15，硅：0.14，镍：1.6，铬：3.2，锰：0.48，铜：0.1，钼：0.35，钛：0.8，钒：0.3余量为铁，各组分之和为100%，将各组分原料加入真空感应炉冶炼，浇筑成金属块，然后将金属块加入真空感应炉-氩气雾化装置重熔，熔融的金属液体经过漏嘴流入氩气雾化装置中，用高压氩气将其雾化成粉末；
所述的钛选自氢化脱氢钛粉，所述的铁粉100目的赫格那斯雾化粉，所述的碳选用300目鳞片状石墨；
其中在真空感应炉中冶炼的温度为1700℃，真空度为0.004Pa；
其中在真空感应炉-氩气雾化装置中重熔的温度为1600℃，真空度为0.5Pa，氩气吹喷压力为2.2MPa；
（2）粉末预处理
将步骤（1）中制得的粉末经过筛分后进入静电分离装置，通过静电处理除去其中的非金属杂质，然后加入真空炉中加热除去粉末表面吸附的气体；
其中筛分后粉末的粒度为150目，
其中真空炉中加热的温度为450℃，真空度为0.002Pa。
（3）热压成形
将步骤（2）中预处理的粉末在真空下装入模具中，密封，热压后冷却成形，取出成形后的制品，经过锻造、淬火和时效处理制得所述汽车发动机锻件。
其中热压的温度为1300℃，压力为120MPa；锻造工艺具体为，先将成形后的制品用水压机进行自由锻预制坯，加热温度为1200℃，锻造过程中变形量为55%，然后在1300℃下用水压机进行模锻，一火锻成；淬火处理的具体工艺为，将锻好的制品加入100℃的热水中进行淬火处理。
对制得的汽车发动机锻件进行性能测试，测试结果如下：抗拉强度1423Rm/MPa，屈服强度1022 Rp0.2/MPa。
实施例2
一种汽车发动机锻件，由以下方法制得：
（1）原料雾化制粉
按以下重量百分比准备原料，碳：0.07，硅：0.13，镍：1.2，铬：2.4，锰：0.4，铜：0.05，钼：0.3，钛：0.5，钒：0.2余量为铁，各组分之和为100%，将各组分原料加入真空感应炉冶炼，浇筑成金属块，然后将金属块加入真空感应炉-氩气雾化装置重熔，熔融的金属液体经过漏嘴流入氩气雾化装置中，用高压氩气将其雾化成粉末；
所述的铁粉选用100目的赫格那斯雾化粉，所述的碳选用200目的鳞片状石墨；
其中，真空感应炉中冶炼的温度为1600℃，真空度为0.002Pa；
在真空感应炉-氩气雾化装置中重熔的温度为1500℃，真空度为0. 2Pa，氩气吹喷压力为2.0MPa；
（2）粉末预处理
将步骤（1）中制得的粉末经过筛分后进入静电分离装置，通过静电处理除去其中的非金属杂质，然后加入真空炉中加热除去粉末表面吸附的气体；
其中筛分后粉末的粒度为100目，真空炉中加热的温度为400℃，真空度为0.001Pa；
（3）热压成形
将步骤（2）中预处理的粉末在真空下装入模具中，密封，热压后冷却成形，取出成形后的制品，经过锻造、淬火和时效处理制得所述汽车发动机锻件；
其中热压的温度为1200℃℃，压力为100MPa；锻造工艺具体为，先将成形后的制品用水压机进行自由锻预制坯，加热温度为1200℃，锻造过程中变形量为50%，然后在1300℃下用水压机进行模锻，一火锻成；淬火处理的具体工艺为，将锻好的制品加入90℃的热水中进行淬火处理。
对制得的汽车发动机锻件进行性能测试，测试结果如下：抗拉强度1322Rm/MPa，屈服强度985 Rp0.2/MPa。
实施例3
一种汽车发动机锻件，由以下方法制得：
（1）原料雾化制粉
按以下重量百分比准备原料，碳： 0.17，硅： 0.15，镍：1.8，铬： 4.5，锰： 0.6，铜： 0.15，钼： 0.4，钛： 1.2，钒： 0.6余量为铁，各组分之和为100%，将各组分原料加入真空感应炉冶炼，浇筑成金属块，然后将金属块加入真空感应炉-氩气雾化装置重熔，熔融的金属液体经过漏嘴流入氩气雾化装置中，用高压氩气将其雾化成粉末；
所述的钛选自离心雾化钛粉，所述的铁粉选用200目赫格那斯雾化粉，所述的碳选用400目的石墨；
其中在真空感应炉中冶炼的温度为1800℃，真空度为0.005Pa；
其中在真空感应炉-氩气雾化装置中重熔的温度为1700℃，真空度为0.8Pa，氩气吹喷压力为2.5MPa；
（2）粉末预处理
将步骤（1）中制得的粉末经过筛分后进入静电分离装置，通过静电处理除去其中的非金属杂质，然后加入真空炉中加热除去粉末表面吸附的气体；
其中筛分后粉末的粒度为200目，其中真空炉中加热的温度为500℃，真空度为0.003Pa；
（3）热压成形
将步骤（2）中预处理的粉末在真空下装入模具中，密封，热压后冷却成形，取出成形后的制品，经过锻造、淬火和时效处理制得所述汽车发动机锻件。
其中热压的温度为1400℃，压力为150MPa；
其中锻造工艺具体为，先将成形后的制品用水压机进行自由锻预制坯，加热温度为1200℃，锻造过程中变形量为60%，然后在1300℃下用水压机进行模锻，一火锻成；
其中淬火处理的具体工艺为，将锻好的制品加入100℃的热水中进行淬火处理。
对制得的汽车发动机锻件进行性能测试，测试结果如下：抗拉强度1255Rm/MPa，屈服强度968 Rp0.2/MPa。
实施例4
一种汽车发动机锻件，由以下方法制得：
（1）原料雾化制粉
按以下重量百分比准备原料，碳0.13，硅：0.14，镍：1.6，铬：3.2，锰：0.48，铜：0.1，钼：0.4，钛：1.0，钒：0.5余量为铁，各组分之和为100%，将各组分原料加入真空感应炉冶炼，浇筑成金属块，然后将金属块加入真空感应炉-氩气雾化装置重熔，熔融的金属液体经过漏嘴流入氩气雾化装置中，用高压氩气将其雾化成粉末；
所述的钛选自氢化脱氢钛粉，所述的铁粉100目的赫格那斯雾化粉，所述的碳选用300目鳞片状石墨；
其中在真空感应炉中冶炼的温度为1700℃，真空度为0.004Pa；
其中在真空感应炉-氩气雾化装置中重熔的温度为1600℃，真空度为0.6Pa，氩气吹喷压力为2.4MPa；
（2）粉末预处理
将步骤（1）中制得的粉末经过筛分后进入静电分离装置，通过静电处理除去其中的非金属杂质，然后加入真空炉中加热除去粉末表面吸附的气体；
其中筛分后粉末的粒度为150目，
其中真空炉中加热的温度为500℃，真空度为0.003Pa。
（3）热压成形
将步骤（2）中预处理的粉末在真空下装入模具中，密封，热压后冷却成形，取出成形后的制品，经过锻造、淬火和时效处理制得所述汽车发动机锻件。
其中热压的温度为1300℃，压力为120MPa；锻造工艺具体为，先将成形后的制品用水压机进行自由锻预制坯，加热温度为1200℃，锻造过程中变形量为55%，然后在1300℃下用水压机进行模锻，一火锻成；淬火处理的具体工艺为，将锻好的制品加入100℃的热水中进行淬火处理。
对制得的汽车发动机锻件进行性能测试，测试结果如下：抗拉强度1326Rm/MPa，屈服强度1013 Rp0.2/MPa。
以上所述实施例只是本发明的较佳实例，并非来限制本发明实施范围，故凡依本发明申请专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括本发明专利申请范围内。

Claims (10)

1.一种汽车发动机锻件，其特征在于，由包括以下重量百分比的组分制成：碳：0.07~0.17，硅：0.13~0.15，镍：1.2~1.8，铬：2.2~4.5，锰：0.2~0.6，铜：0.05~0.15，钼：0.3~0.4，钛：0.5~1.2，钒：0.2~0.6余量为铁，各组分之和为100%。
2.根据权利要求1所述的一种汽车发动机锻件，其特征在于，所述的钛的重量百分比为0.8~1.0，钒：0.3~0.5。
3.根据权利要求2所述的一种汽车发动机锻件，其特征在于，所述的钛选自氢化脱氢钛粉或离心雾化钛粉，优选氢化脱氢钛粉。
4.根据权利要求1所述的一种汽车发动机锻件，其特征在于，所述的镍、铬和锰的重量比例为1：2：（0.3~0.5）。
5.根据权利要求1所述的一种汽车发动机锻件，其特征在于，所述的铁粉选用100~200目的雾化粉，优选100目的赫格那斯雾化粉。
6.根据权利要求1所述的一种汽车发动机锻件，其特征在于，所述的碳选用200~400目的石墨，优选鳞片状石墨。
7.一种如权利要求1~6中所述的汽车发动机锻件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）原料雾化制粉
按以下重量百分比准备原料，碳：0.07~0.17，硅：0.13~0.15，镍：1.2~1.8，铬：2.2~4.5，锰：0.2~0.6，铜：0.05~0.15，钼：0.3~0.4，钛：0.5~1.2，钒：0.2~0.6余量为铁，各组分之和为100%，将各组分原料加入真空感应炉冶炼，浇筑成金属块，然后将金属块加入真空感应炉-氩气雾化装置重熔，熔融的金属液体经过漏嘴流入氩气雾化装置中，用高压氩气将其雾化成粉末；
（2）粉末预处理
将步骤（1）中制得的粉末经过筛分后进入静电分离装置，通过静电处理除去其中的非金属杂质，然后加入真空炉中加热除去粉末表面吸附的气体；
（3）热压成形
将步骤（2）中预处理的粉末在真空下装入模具中，密封，热压后冷却成形，取出成形后的制品，经过锻造、淬火和时效处理制得所述汽车发动机锻件。
8.根据权利要求7所述的一种汽车发动机锻件的制备方法，其特征在于，所述的步骤（1）中在真空感应炉中冶炼的温度为1600℃~1800℃，真空度为0.002~0.005Pa；
或所述的步骤（1）中在真空感应炉-氩气雾化装置中重熔的温度为1500℃~1700℃，真空度为0. 2~0.8Pa，氩气吹喷压力为2.0~2.5MPa。
9.根据权利要求7所述的一种汽车发动机锻件的制备方法，其特征在于，所述的步骤（2）中筛分后粉末的粒度为100~200目，优选200目；
或所述的步骤（2）中真空炉中加热的温度为400~500℃，真空度为0.001~0.003Pa。
10.根据权利要求7所述的一种汽车发动机锻件的制备方法，其特征在于，所述的步骤（3）中热压的温度为1200℃~1400℃，压力为100~150MPa；
或所述的步骤（3）中锻造工艺具体为，先将成形后的制品用水压机进行自由锻预制坯，加热温度为1200℃，锻造过程中变形量为50%~60%，然后在1300℃下用水压机进行模锻，一火锻成；
或所述的步骤（3）中淬火处理的具体工艺为，将锻好的制品加入90~100℃的热水中进行淬火处理。
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