CN111304525A - 用于连续可变气门正时系统的凸轮件的制造方法及凸轮件 - Google Patents

用于连续可变气门正时系统的凸轮件的制造方法及凸轮件 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种用于连续可变气门正时系统的凸轮件的制造方法和由该方法制造的凸轮件，并且更具体地，涉及凸轮件的材料和热处理条件，该方法可以包括：通过铸造来制造凸轮件；加热凸轮件；保持加热温度；以及对凸轮件进行盐浴，其中凸轮件包括3.2至4.2wt％的碳(C)、2.2至3.4wt％的硅(Si)和余量的铁(Fe)，并且可以具有4.4至4.6的碳当量值。

Description

用于连续可变气门正时系统的凸轮件的制造方法及凸轮件
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年12月11日提交的申请号为10-2018-0159478的韩国专利申请的优先权，该韩国专利申请的全部内容通过引用并入本文以用于所有目的。
技术领域
本发明涉及一种用于连续可变气门正时系统的凸轮件的制造方法及由该方法制造的凸轮件，并且更具体地，涉及凸轮件的材料和热处理条件。
背景技术
连续可变气门正时系统(CVVD)是调节内燃发动机的进气门和排气门的打开时间的装置，并且作为CVVD的一个组成元件的凸轮件调节每个气门的升程量和打开/关闭时间。
由于凸轮件包括设置在凸轮件两端的凸轮凸角(cam lobe)、轴以及与该轴一体形成的突起，并且凸轮件的中央形成有中空部，因此部件的形状复杂并且高阻力和压力施加在与另一装置元件接触的部分上，因而需要高拉伸强度和表面硬度。
通过使用现有的材料和处理方法，不能实现部件的复杂形状并且不能满足所需的物理性能。在烧结粉末并压制粉末的方法和热锻圆棒(round bar)的方法的情况下，可以满足所需的物理性能，但是难以实现一体式形状，并且使用冷却装置的灰口铸铁硬化方法和使用高频的球墨铸铁的硬化可以实现一体式形状，但不能满足所需的物理性能。
本发明的背景技术部分中包括的信息仅用于增强对本发明的一般背景的理解，并且可以不被视为对该信息构成本领域技术人员已知的现有技术的承认或任何形式的暗示。
发明内容
本发明的各个方面旨在同时实现中空凸轮件的复杂形状并满足该凸轮件所需的物理性能。
为了实现该目的，本发明提供一种用于连续可变气门正时系统的凸轮件的制造方法，该方法包括：通过铸造来制造凸轮件；加热凸轮件；保持加热温度；以及对凸轮件进行盐浴，其中凸轮件可以包括3.2至4.2wt％的碳(C)、2.2至3.4wt％的硅(Si)和余量的铁(Fe)，并且可以具有4.4至4.6的碳当量值。
优选地，凸轮件的镍(Ni)、铜(Cu)和钼(Mo)的总含量可以为1.9至2.1wt％。
优选地，镍(Ni)的含量可以为1.0wt％以下。
优选地，铜(Cu)的含量可以为0.5至1.0wt％。
优选地，钼(Mo)的含量可以为0.5至1.0wt％。
优选地，凸轮件可以进一步包括0.3wt％以下的铬(Cr)。
优选地，加热温度可以为890至930℃，并且加热保持时间可以为70至110分钟。
优选地，盐浴温度可以为270至290℃，并且盐浴保持时间可以为50至70分钟。
本发明可以同时实现中空凸轮件的复杂形状并满足该凸轮件所需的物理性能。
本发明的方法和装置具有其他特征和优点，其他特征和优点将从并入本文的附图和下面的详细描述中更详细地阐述，附图和下面的详细描述一起用于解释本发明的某些原理。
附图说明
图1是用于连续可变气门正时系统的凸轮件的制造方法的流程图。
可以理解的是，附图不一定按比例绘制，呈现示出本发明的基本原理的各种特征的有所简化的表示。如本文包括的本发明的具体设计特征，包括例如具体尺寸、方向、位置和形状，将部分地由特定预期应用和使用环境决定。
在附图中，附图标记在附图的几个图中始终表示本发明的相同或等同部分。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的各个实施例，本发明的各个实施例的示例在附图中示出并且在下面进行描述。尽管将结合本发明的示例性实施例描述本发明，但是将理解的是，本说明书并不旨在将本发明限制于那些示例性实施例。另一方面，本发明旨在不仅涵盖本发明的示例性实施例，而且涵盖可以包括在如所附权利要求书所限定的本发明的思想和范围内的各种可选实施例、修改实施例、等同实施例和其他实施例。
图1是用于连续可变气门正时系统的凸轮件的制造方法的流程图。参照图1，本发明可以包括：通过铸造来制造凸轮件(S101)；加热凸轮件(S102)；保持加热温度(S103)；以及对凸轮件进行盐浴(S104)。本发明包括：通过铸造来制造用于连续可变气门正时系统的凸轮件，然后对该凸轮件进行奥氏体等温淬火热处理，这与现有技术中通过烧结和压制制造的凸轮件不同。
凸轮件包括3.2至4.2wt％的碳(C)、2.2至3.4wt％的硅(Si)和余量的铁(Fe)，并且可以具有4.4至4.6的碳当量值。碳(C)的含量被限制为3.2至4.2wt％，3.2至4.2wt％是为了铸造流动性和顺畅排气的FCD500(通用材料)水平的碳含量，并且当以多于3.4wt％的量添加硅(Si)作为用于确定碳当量的主要元素时，石墨结晶量增加，因而由于石墨可能过度生长，因此将硅(Si)的含量被限制为2.2至3.4wt％。当碳当量值小于4.4时，在铸造期间出现收缩缺陷，并且当碳当量值大于4.6时，球化率的降低和石墨尺寸的粗大化导致强度下降，因而碳当量值被限制为4.4至4.6。
凸轮件可以进一步包括镍(Ni)、铜(Cu)和钼(Mo)，并且镍(Ni)、铜(Cu)和钼(Mo)的总含量可以为1.9至2.1wt％。当总含量小于1.9wt％时，由于在奥氏体等温淬火热处理期间凸轮件未充分硬化至芯部，因此残留有铁素体和珠光体，并且当总含量大于2.1wt％时，由于在奥氏体等温淬火热处理期间淬硬性过大，因此增加了脆性，因而总含量被限制为1.9至2.1wt％。
镍(Ni)分布在组织中，以通过稳定作为基体组织的奥氏体来增加韧性。然而，当镍(Ni)的含量大于1.0wt％时，几乎不出现改善韧性的效果，并且导致导热率下降，因此镍的含量被限制在1.0wt％以下。
铜(Cu)分布在组织中以通过稳定作为基体组织的珠光体来增加强度。然而，当铜(Cu)的含量大于1.0wt％时，强度增加，但是脆性也增加，因而铜(Cu)的含量被限制为0.5至1.0wt％。
钼(Mo)分布在组织中以通过稳定作为基体组织的珠光体来增加强度。然而，当钼(Mo)的含量大于1.0wt％时，强度增加，但是脆性也增加，因而钼(Mo)的含量被限制为0.5至1.0wt％。
凸轮件可以进一步包括0.3wt％以下的铬(Cr)。铬(Cr)分布在组织中以通过稳定作为基体组织的珠光体来增加强度。然而，当铬(Cr)的含量大于0.3wt％时，强度增加，但是石墨的形成受到阻碍并且作为导热系数的石墨分数的降低导致导热率下降。此外，因为由于碳化铬的产生而脆性增加，所以铬(Cr)的含量被限制在0.3wt％以下。
凸轮件可以进一步包括0.2至0.8wt％的锰(Mn)。锰(Mn)分布在组织中以通过稳定作为基体组织的珠光体来增加强度。然而，当锰(Mn)的含量大于0.8wt％时，强度增加，但是石墨的形成受到阻碍并且作为导热系数的石墨分数的降低导致导热率下降。由于导热率下降对耐久性造成不利影响，因此锰(Mn)的含量被限制为0.2至0.8wt％。
加热温度可以是890至930℃。当加热温度小于890℃时，残留有未相变的铁素体和珠光体，而当加热温度大于930℃时，由于晶粒的粗大化而韧性降低。
加热保持时间可以是70至110分钟。当加热保持时间小于70分钟时，残留有未相变的铁素体和珠光体，而当加热保持时间大于110分钟时，由于晶粒的粗大化而韧性降低。
盐浴温度可以是270至290℃。当盐浴温度小于270℃时，淬硬性过大，因而脆性增加，而当盐浴温度大于290℃时，淬硬性不足，因而残留有未相变的奥氏体。
盐浴保持时间可以是50至70分钟。当盐浴保持时间小于50分钟时，残留有未相变的奥氏体，而当盐浴保持时间大于70分钟时，由于碳化物的过度析出而韧性下降。
在下文中，将详细描述本发明的具体实施例。然而，提供以下描述的实施例仅用于具体例示或解释本发明，并且本发明不限于此。同时，通过重力铸造制备本发明的实施例和比较例中的凸轮件。
[表1]
Figure BDA0002247631160000051
表1是总结根据碳当量值的球化率、石墨尺寸和收缩缺陷尺寸的表。在80％以上的球化率、50μm以下的石墨尺寸和0.1mm以下的收缩缺陷尺寸的操作条件(在下文中，操作条件1)下，可以操作本发明的凸轮件。参照表1，满足本发明的碳当量值4.4至4.6的实施例1满足操作条件1，但是碳当量值小于4.4的比较例1和比较例2的收缩缺陷尺寸大于0.1mm，碳当量值大于4.6的比较例3和比较例4呈现出小于80％的球化率、大于50μm的石墨尺寸和大于0.1mm的收缩缺陷尺寸。
[表2]
Figure BDA0002247631160000061
表2是总结根据镍(Ni)、铜(Cu)和钼(Mo)的总含量的微细组织的类型、碳化物的量、拉伸强度和伸长率的表。在贝氏体组织、5％以下的碳化物、1200MPa以上的拉伸强度和2％以上的伸长率的条件(在下文中，操作条件2)下，可以操作本发明的凸轮件。加热温度为910℃，加热时间为90分钟，盐浴温度为280℃，盐浴时间为60分钟。
参照表2，本发明的镍(Ni)、铜(Cu)和钼(Mo)的总含量满足1.9至2.1wt％的实施例2满足本发明的操作条件2，但是在总含量小于1.9wt％的比较例5和比较例6的情况下，铁素体残留在基体组织中并且呈现出小于1200MPa的拉伸强度。在总含量大于2.1wt％的比较例7和比较例8中，呈现出大于5％的碳化物和小于2％的伸长率。
[表3]
Figure BDA0002247631160000062
表3是总结根据铜(Cu)的含量的微细组织的类型、碳化物的量、拉伸强度和伸长率的表。上面描述了本发明的操作条件2以及加热和盐浴条件。参照表3，在本发明的铜(Cu)的含量满足0.5至1.0wt％的实施例3的情况下，满足本发明的操作条件2，但是在铜(Cu)的含量小于0.5wt％的比较例9和比较例10的情况下，铁素体残留在基体组织中并且呈现出小于1200MPa的拉伸强度。在铜(Cu)的含量大于1.0wt％的比较例11和比较例12的情况下，呈现出小于2％的伸长率。
[表4]
Figure BDA0002247631160000071
表4是总结根据钼(Mo)的含量的微细组织的类型、碳化物的量、拉伸强度和伸长率的表。上面描述了本发明的操作条件2以及加热和盐浴条件。参照表4，在本发明的钼(Mo)的含量满足0.5至1.0wt％的实施例4的情况下，满足本发明的操作条件2，但是在钼(Mo)的含量小于0.5wt％的比较例13和比较例14的情况下，铁素体残留在基体组织中并且呈现出小于1200MPa的拉伸强度。在钼(Mo)的含量大于1.0wt％的比较例15和比较例16的情况下，呈现出大于5％的碳化物和小于2％的伸长率。
[表5]
Figure BDA0002247631160000072
表5是总结根据铬(Cr)的含量的微细组织的类型、碳化物的量、拉伸强度和伸长率的表。上面描述了本发明的操作条件2以及加热和盐浴条件。参照表5，在本发明的铬(Cr)的含量满足0.3wt％以下的实施例5的情况下，满足本发明的操作条件2，但是在铬(Cr)的含量大于0.3wt％的比较例17和比较例18的情况下，呈现出大于5％的碳化物和小于2％的伸长率。
[表6]
Figure BDA0002247631160000081
[表7]
Figure BDA0002247631160000082
表6是示出实施例6和比较例19至22中的加热温度和盐浴温度的表，表7是总结实施例6和比较例19至22中的微细组织的类型、碳化物的量、拉伸强度和伸长率的表。上面描述了本发明的操作条件2。在实施例和比较例中，镍(Ni)、铜(Cu)和钼(Mo)的含量分别为0.5wt％、0.75wt％和0.75wt％，镍(Ni)、铜(Cu)和钼(Mo)的总含量为2.0wt％，并且铬(Cr)的含量为0.2wt％。加热时间和盐浴时间分别为90分钟和60分钟，加热时间和盐浴时间在实施例和比较例中彼此相同。
参照表6和表7，可以看出，在本发明的加热温度和盐浴温度分别满足890至930℃和270至290℃的实施例6的情况下，满足本发明的操作条件2。然而，在加热温度小于890℃的比较例19的情况下，铁素体残留在基体组织中并且呈现出小于1200MPa的拉伸强度，并且在加热温度大于930℃的比较例20的情况下，呈现出小于1200MPa的拉伸强度和小于2.0％的伸长率。同时，在盐浴温度小于270℃的比较例21的情况下，呈现出大于5％的碳化物和小于2.0％的伸长率，并且在盐浴温度大于290℃的比较例22的情况下，奥氏体残留在基体组织中并且呈现出小于1200MPa的拉伸强度。
[表8]
Figure BDA0002247631160000091
[表9]
Figure BDA0002247631160000092
表8是示出实施例7和比较例23至26中的加热保持时间和盐浴保持时间的表，表9是总结实施例7和比较例23至26中的微细组织的类型、碳化物的量、拉伸强度和伸长率的表。上面描述了本发明的操作条件2。在实施例和比较例中，上面描述了镍(Ni)、铜(Cu)和钼(Mo)的含量，镍(Ni)、铜(Cu)和钼(Mo)的总含量和铬(Cr)的含量，每个加热温度为910℃，每个盐浴温度为280℃，以上参数在实施例和比较例中彼此相同。
参照表8和表9，可以看出，在本发明的示例性实施例中满足70至110分钟的加热保持时间和50至70分钟的盐浴保持时间的实施例7的情况下，满足本发明的操作条件2。然而，在加热保持时间小于70分钟的比较例23的情况下，铁素体残留在基体组织中并且呈现出小于1200MPa的拉伸强度，并且在加热保持时间大于110分钟的比较例24的情况下，呈现出小于1200MPa的拉伸强度和小于2.0％的伸长率。同时，在盐浴保持时间小于50分钟的比较例25的情况下，奥氏体残留在基体组织中并且呈现出小于1200MPa的拉伸强度，并且在盐浴保持时间大于70分钟的比较例26的情况下，呈现出大于5％的碳化物和小于2.0％的伸长率。
本发明可以实现一种用于连续可变气门装置的凸轮件，该凸轮件通过铸造而具有复杂的形状，并且可以通过优化合金的组成和工艺条件而满足凸轮件所需的机械性能，更具体地，1200MPa以上的拉伸强度、900MPa以上的屈服强度、2％以上的伸长率、HV 550以上的表面硬度以及HV 450以上的芯部硬度。此外，可以形成用于实现这些机械性能的微细组织，更具体地，80％以上的球化率、50μm以下的石墨尺寸、贝氏体基体组织、5％以下的碳化物以及1.0mm以下的收缩缺陷尺寸。此外，根据本发明的示例性实施例，优点在于，还可以将本发明应用于与用于连续可变气门装置的凸轮件具有相似的功能的部分。
为了方便解释和所附权利要求书中的准确定义，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“向上”、“向下”、“上部”、“下部”、“上方”、“下方”、“前”、“后”、“向后”、“内侧”、“外侧”、“向内”、“向外”、“内部”、“外部”、“内”、“外”、“前方”和“后方”用于参照如附图中示出的示例性实施例的特征的位置来描述这些特征。将进一步理解的是，术语“连接”或其派生词既指直接连接又指间接连接。
为了说明和描述的目的，已经给出了本发明的特定示例性实施例的前述描述。前述描述并不旨在穷举或将本发明限制为所公开的精确形式，并且显而易见的是，根据上述教导可以进行许多修改和变型。选择和描述示例性实施例以解释本发明的某些原理及其实际应用，从而使本领域技术人员能够制造和利用本发明的各种示例性实施例及其各种替代方案和修改方案。本发明的范围旨在由所附权利要求书及其等同方案来限定。

Claims (20)

1.一种用于连续可变气门正时系统的凸轮件的制造方法，所述方法包括：
通过铸造来制造所述凸轮件；
加热所述凸轮件；
保持加热温度；以及
对所述凸轮件进行盐浴，
其中所述凸轮件包括3.2至4.2wt％的碳(C)、2.2至3.4wt％的硅(Si)和余量的铁(Fe)，并且具有4.4至4.6的碳当量值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，
所述凸轮件进一步包括镍(Ni)、铜(Cu)和钼(Mo)，并且镍(Ni)、铜(Cu)和钼(Mo)的总含量为1.9至2.1wt％。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，
镍(Ni)的含量为1.0wt％以下。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，
铜(Cu)的含量为0.5至1.0wt％。
5.根据权利要求2的方法，其中，
钼(Mo)的含量为0.5至1.0wt％。
6.根据权利要求2所述的方法，其中，
所述凸轮件进一步包括0.3wt％以下的铬(Cr)。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，
在保持所述加热温度的时，所述加热温度为890至930℃，并且加热保持时间为70至110分钟。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，
在对所述凸轮件进行盐浴时，盐浴温度为270至290℃，并且盐浴保持时间为50至70分钟。
9.一种用于连续可变气门正时系统的凸轮件，包括3.2至4.2wt％的碳(C)、2.2至3.4wt％的硅(Si)和余量的铁(Fe)，其中所述凸轮件具有4.4至4.6的碳当量值。
10.根据权利要求9所述的凸轮件，进一步包括镍(Ni)、铜(Cu)和钼(Mo)，并且镍(Ni)、铜(Cu)和钼(Mo)的总含量为1.9至2.1wt％。
11.根据权利要求9所述的凸轮件，进一步包括0.3wt％以下的铬(Cr)。
12.根据权利要求9所述的凸轮件，进一步包括0.2至0.8wt％的锰(Mn)。
13.根据权利要求10所述的凸轮件，其中，
镍(Ni)的含量为1.0wt％以下。
14.根据权利要求10所述的凸轮件，其中，
铜(Cu)的含量为0.5至1.0wt％。
15.根据权利要求10所述的凸轮件，其中，
钼(Mo)的含量为0.5至1.0wt％。
16.根据权利要求9所述的凸轮件，其中，
所述凸轮件中的球化率为80％以上，或者所述凸轮件中的石墨尺寸为50μm以下，或者所述凸轮件中的收缩缺陷尺寸为0.1mm以下。
17.根据权利要求10所述的凸轮件，其中，
所述凸轮件的组织是贝氏体。
18.根据权利要求10所述的凸轮件，其中，
所述凸轮件中的碳化物的量为5％以下。
19.根据权利要求10所述的凸轮件，其中，
所述凸轮件的拉伸强度为1200MPa以上。
20.根据权利要求10所述的凸轮件，其中，
所述凸轮件的伸长率为2％以上。
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