CN105671464B - 一种平衡轴铝套热处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种平衡轴铝套热处理工艺，所述热处理工艺为：1）时效处理：将平衡轴铝套在190～230℃的恒温炉中处理4～24小时；2）冷却处理：将所述经时效处理后的平衡轴铝套在室温条件下冷却20～48小时。同时在时效处理期间向热处理炉内通入预热空气，以减小热处理炉内温差，保证平衡轴铝套在热处理后品质均一。本发明中的热处理工艺可消除平衡轴铝套因铸造应力引起的内应力，稳定加工件的外形和尺寸，减少平衡轴铝套使用过程中发生受热膨胀的情况，降低售后维修难度。

Description

一种平衡轴铝套热处理工艺
技术领域
本发明涉及金属材料热处理领域，尤其是涉及一种平衡轴铝套热处理工艺。
背景技术
近年来，中高级汽车发动机多采用平衡轴来降低整机的二阶往复惯性力，从而降低发动机的振动，改善驾驶舒适性。现市场中存在大量采用铝套作为支撑的平衡轴，平衡轴与铝套采用间隙配合，通过机油润滑以保证平衡轴正常转动。根据平衡轴的功能要求，其转速为曲轴的2倍，使其成为发动机最高转速的摩擦副(最高可达10000转/分钟)，高转速所带来的高热量会使铝套周边的油温升高，在发动机长时间高转速运行的工况下，会出现铝套(AlSi9Cu3)受热膨胀的问题，此问题会造成膨胀后铝套卡滞在缸体中，无法进行拆卸，成为售后维修一大难题。
要解决铝套的热膨胀问题，首先要消除由于铸件结构(如璧厚不均匀、转接处厚大)等原因使铸件在结晶凝固时因冷却速度不均匀所造成的内应力，稳定铸件的组织和尺寸，防止和消除高温相变而使体积发生变化。因此，需增加对铝套的热处理工艺，但是如处理工艺不当，铝合金铸件热处理后常带来力学性能不合格、变形、裂纹、过烧等缺陷。
目前市场上其他机型的平衡轴铝套大多不采用任何热处理工艺，不能确保平衡轴的可拆卸性，一旦平衡轴相关零部件发生故障，会造成极大维修成本浪费。
发明内容
本发明为了克服现有技术中汽车平衡轴铝套受热易膨胀的不足，提供了一种平衡轴铝套热处理工艺；该工艺方法通过对平衡轴铝套进行热处理消除铝套中的残余热应力，从而解决现有平衡轴铝套受热膨胀易卡滞的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种平衡轴铝套热处理工艺，包括以下步骤：
(1)时效处理：将平衡轴铝套在190～230℃的恒温炉中处理4～24小时。时效处理，又称低温回火，是把经过淬火的铝合金铸件加热到某个温度，保温一定时间出炉空冷直至室温，使过饱和的固溶体分解，让合金基体组织稳定的工艺过程。经过时效处理，随之带来的是平衡轴铝套机械性能的下降，在通过不同温度梯度的时效处理试验后，在能保证材料机械强度要求的情况下，总结出190～230℃，这一较优的时效处理温度。
(2)冷却处理：将所述经时效处理后的平衡轴铝套在室温条件下冷却20～48小时。
作为优选，所述平衡轴铝套的时效处理温度为220～230℃。经过时效处理，随之带来的是平衡轴铝套机械性能的下降，在通过不同温度梯度的时效处理试验后，在能保证材料机械强度要求的情况下，总结出220～230℃，这一最优的时效处理温度。
作为优选，所述平衡轴铝套的时效处理时间为4～7小时。试验证明，一般时效处理4～7个小时即可完全去除掉平衡轴铝套内参与的热应力，为了节约能源，节约成本，避免不必要的浪费，时效处理时间选用4～7小时。
作为优选，所述平衡轴铝套时效处理时，向恒温炉内通入预热空气，预热空气的温度与炉内设定温度相同。由于热处理炉内空间较大，加热体与测温体之间有距离间隔，因此在炉腔内，各部分区域的温度会有一定的差异；本发明中所提到的热处理工艺，热处理温度区间较小，各区域之间的温差会使所加工个零件之间影响热处理的效果，甚至使平衡轴铝套的性能降低，为避免这种炉内温差对热处理工艺的影响，在时效处理时向热处理炉内通入与热处理工艺相同温度预热空气，在加强炉内空气的对流的同时不改变恒温炉内的处理温度，从而使炉内各处温度均匀地保持在所设定的热处理温度。降低因炉内各处温差所导致的次品率。
作为优选，所述经时效处理后的平衡轴铝套在室温条件冷却处理前，先将平衡轴铝套在炉内随恒温炉一起冷却到100～120℃。在某些热处理工艺中，热处理完成后就将铝制零件置于空气中冷却，由于零件与空气的温差较大，冷却速率较大，较大的冷却速率，会使得铝制零件在冷却过程中晶粒形成不均匀，晶界界面能处于亚稳定状态，反而增加零件内部的热应力，因此需要适当降低零件的冷却速率。让时效处理后的平衡轴铝套在热处理炉内，随着热恒温炉一起降温，即使处理方法简单，又不需消耗额外的能源。但平衡轴铝套冷却到100～120℃后，为了提高热处理炉的使用效率，在室温空气直接冷却不会降低平衡轴铝套性能的前提下，将平衡轴铝套取出室温冷却20～48小时。
因此，本发明具有以下有益效果：
1.可消除铸件的铸造应力引起的内应力，稳定加工件的外形和尺寸，减少平衡轴铝套使用过程中发生受热膨胀的情况，降低售后维修点难度；
2.工艺流程简单，易于操作，也有利于节约能源。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
实施例中所采用的平衡轴铝套为铸造工序后制得的平衡轴铝套铸件，在进行热处理后进入下一步机械加工处理。
实施例1
一种平衡轴铝套热处理工艺，步骤如下：
(1)时效处理：将平衡轴铝套在190℃的恒温炉中处理4小时，同时向恒温炉内通入预热空气，预热空气的温度与炉内设定温度为190℃。
(2)冷却处理：将所述经时效处理后的平衡轴铝套置于原热处理炉内冷却至120℃后，再取出置于室温条件下冷却处理48小时。
(3)机械加工：热处理完成后对平衡轴铝套进行下一步机械加工。
实施例2
一种平衡轴铝套热处理工艺，步骤如下：
(1)时效处理：将平衡轴铝套在200℃的恒温炉中处理14小时，同时向恒温炉内通入预热空气，预热空气的温度与炉内设定温度为200℃。
(2)冷却处理：将所述经时效处理后的平衡轴铝套置于原热处理炉内冷却至110℃后，再取出置于室温条件下冷却处理34小时。
(3)机械加工：热处理完成后对平衡轴铝套进行下一步机械加工。
实施例3
一种平衡轴铝套热处理工艺，步骤如下：
(1)时效处理：将平衡轴铝套在230℃的恒温炉中处理24小时，同时向恒温炉内通入预热空气，预热空气的温度与炉内设定温度为230℃。
(2)冷却处理：将所述经时效处理后的平衡轴铝套置于原热处理炉内冷却至100℃后，再取出置于室温条件下冷却处理20小时。
(3)机械加工：热处理完成后对平衡轴铝套进行下一步机械加工。
检测方法及结果：
检测方法：将经过热处理后的平衡轴铝套(包括平衡轴进气侧铝套和平衡轴排气侧铝套)，放置在与热处理温度相同温度的环境下保温5小时作热测试。具体热测试方法为将实施例1中所得样品在190℃环境下保温5小时，将实施例2中所得样品在200℃环境下保温5小时，将实施例3所得样品在230℃环境下保温5小时。分别测量各样品内外直径，并比较热测试前后的改变量。每个实施例方案选取10个样品，进气侧铝套与排气侧铝套个5个。
平衡轴进气侧铝套检测结果如表1所示，平衡轴排气侧铝套检测结果如表2所示。
表1
表2:
由表1与表2可知，经实施例1所述方案热处理后的平衡轴铝套虽然仍旧有小幅的膨胀趋势，但是其膨胀幅度较未经热处理的平衡轴铝套，有很大的改善，膨胀的幅度在0.05mm之内；经实施例2与实施例3所述方案热处理后的平衡轴铝套测试前后直径的改变不大，大致在0.02mm及以下，完全可以避免平衡后铝套在使用过程中因热膨胀而难以拆卸更换的问题，可以保障售后工作的正常进行。

Claims (3)

1.一种平衡轴铝套热处理工艺，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、时效处理：将平衡轴铝套在190～230℃的恒温炉中处理4～24小时；时效处理时，向恒温炉内通入预热空气，预热空气的温度与炉内设定温度相同；
步骤二、冷却处理：将所述经时效处理后的平衡轴铝套在室温条件下冷却20～48小时；经时效处理后的平衡轴铝套进行步骤二之前，先在恒温炉内冷却到100～120℃。
2.根据权利要求1所述的一种平衡轴铝套热处理工艺，其特征在于：所述平衡轴铝套的时效处理温度为200～230℃。
3.根据权利要求1所述的一种平衡轴铝套热处理工艺，其特征在于：所述平衡轴铝套的时效处理时间为4～7小时。
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