CN1158908A - 制造可分开的机械零部件的钢及所得的零部件 - Google Patents

Abstract

用于制造可分开的机械零部件的钢，其化学成分(重量％)包含：0.25％≤C≤0.75％、0.2％≤Si≤1.5％、0.1≤Mn≤2％、0％≤Ni≤1％、0％≤Cr≤1％、0％≤Mo≤1％、0％≤Cu≤1％、0％≤V≤0.2％、0.02≤S≤0.35％、0.04％≤P≤0.2％、0％≤Al≤0.005％，0.005％≤N≤0.02％；任选的至少一种选自Pb、Te和Se的、含量小于0.1％的元素，余量为Fe及得自熔炼的杂质，该钢任选地用Ca处理。用该钢制造可分开的零部件及该零部件本身。

Description

制造可分开的机械零部件的钢及所得的零部件

本发明涉及用于制造可分开的机械零部件的钢，尤其是用于制造内燃机连杆的钢。

某些机器零部件，比如内燃机连杆是由至少两个用紧固装置，如螺栓连在一起的可分开的部件构成。这些零部件可由铸铁、烧结的和锻造的金属粉末或锻钢制成。本发明涉及由锻钢制成的零部件，尤其是连杆。

构成该锻钢连杆的钢必须是可锻的，易于  机加工的，而且呈现出保证该连杆的良好工作状态的机械性能。通常要求的这些机械性能是210HB和360HB间的硬度和650MPa和1200MPa之间的抗拉强度，以便获得足够的疲劳性能，以及300MPa和800MPa之间的屈服应力，以避免超过屈服点的变形。

对打算用于特定内燃机的特定连杆所要求性能的准确选择，取决于该连杆的设计及安装此连杆的该内燃机的特性。构成该连杆的钢是根据这些机械性能及制造工艺而被选择的，所述工艺包括在锻造工序后旨在获得铁素体-珠光体组织的控制冷却步骤，该组织具备所需的机械性能及令人满意的机加工性。所用的这类钢一般选XC42型碳钢或45M5、30MSV6、38MV85(按法国标准)型的低合金钢。其碳含量主要根据所要求的硬度值选择，而为了提淬透性，从而提高有助于改善机加工性的珠光体的比例，或为使铁素体硬化及改善屈服应力/抗拉强度之比而添加合金元素。用这类钢、该连杆的零部件只能用机械方法分开，这就需要范围复杂而昂贵的机械工序。

某些铸铁连杆或用粉末冶金法获得的连杆可在以预定的程序用脆断工序被分成两个零件。这所谓的可分开零部件的技术有一些优点，特别是由于去掉了机加工工序而大大地简化了加工流程；但由于可用的材料特性，它确实也有缺点。

为了得益于这种可分开连杆技术的优点，当将它用于钢连杆时，在美国专利US5,135,587中已推荐过使用这样一种钢，其化学成份(重量％)为0.6-0.75％的碳、0.2-0.5％的锰、0.04～0.12％的硫，而且Mn/S＞3，余量为铁和杂质，该杂质含量小于1.2％，其组织实际上为100％的珠光体，而晶粒度在3和8ASTM之间。来自P、Si、Ni、V、Cu、Cr和Mo的杂质最好是其各自的含量为：Ni≤0.2％、Mo≤0.02％、Cr≤0.1％、Cu≤0.15％、V≤0.035％、0.15％≤Si≤0.35％及P≤0.035％。但，这种XC70(按法国标准)型的钢的缺点是它在该脆断工序中呈现出无律的特性，尤其是因为完全不可能在工业条件下控制该先共晶相的比例，所以根据该钢的准确的化学成份及所用的制造方法，该比例可能在0-15％之间变化，这就难于将其在工业上应用；此外，仅可获得对XC70所规定的性能，因此将其用途限制在具有这些性能的零部件中。

本发明的目的在于通过推荐一种钢来消除上述的缺点，该钢使其获得广泛的应用范围，尤其是连杆领域，所需的机械性能及良好的机加工性成为可能，而同时仍使脆断工序在令人满意的工业条件下进行。

因此，本发明的主题是一种用于制造可分开的机械零部件的钢，其化学成份(重量％)包括：0.25％≤C≤0.75％、0.2％≤Si≤1.5％、0.1≤Mn≤2％、0％≤Ni≤1％、0％≤Cr≤1％、0％≤Mo≤1％、0％≤Cu≤1％、0％≤V≤0.2％、0.02≤S≤0.35％、0.04％≤P≤0.2％、0％≤Al≤0.005％、0.005％≤N≤0.02％；任选的至少一种含量小于0.1％的选自Pb、Te和Se的元素、余量的铁及得自熔炼的杂质，该钢任选地用Ca处理。

较好的是，该钢的化学组成满足以下关系中的至少一种：0.06％≤P≤0.12％、0.8％≤Si≤1.2％、0.05≤V≤0.15％。

该钢的化学成份可以是：0.65％≤C≤0.75％、0.2％≤Si、0.25％≤Mn≤1％、Ni≤0.15％、Cr≤0.15％、Mo≤0.05％、Cu≤0.35％。

该钢的化学成份还可以是：0.25％≤C≤0.5％、0.2％≤Si、Ni≤0.15％、Cr≤0.15％、Mo≤0.05％及Cu≤0.35％、而较好地是，0.25％≤Mn≤1.3％。

本发明还涉及符合本发明的钢在制造包含至少两个件的机械零部件中的用途，并涉及所述零部件本身，所述的至少两个件是通过使所述零件的毛坯脆断而获得的。尤其是，这零部件可以是，比如钢制的内燃机的连杆，其硬度在210HB和350HB之间，抗拉强度在650MPa和1200MPa之间，大部分晶粒是相当粗的，其奥氏体ASTM的晶粒度指数小于5，而其组织最好是至少70％的珠光体。

下面以更具体的和非限制性的方式叙述本发明。

符合本发明的钢是碳结构钢或低合金结构钢，其化学成份包括(重量％)：

-为了能获得硬度大于210HB的铁素体-珠光体或珠光体组织，碳含量大于0.25％，但为避免形成对机加工性不利的铁的碳化物，其含量小于0.75％；

-0.04％-0.2％，而更好是0.06％-0.12％的磷，以便使组织，尤其是经过锻造和热处理得到的铁素体变脆，当该组织，尤其基本上是珠光体时，这种磷含量可能使之达到机械零部件坯料的脆性分选的良好的重现性；较好地是，这种磷含量必须为：P≥0.18-0.2XC。这样室温时可得到约小于7焦耳的韧性Kcv，为得到横向变形不超过120μm的100％的可脆性分选性，这是必要的；

-为避免对机加工性能不利的三氧化二铝的存在及为避免在锻前的重加热过程中形成阻碍晶粒长大的氮化铝，铝小于0.005％，更好是小于0.003％，氮化铝的形成对可脆性分选性是不利的；

-0.2％-1.5％的硅；硅是脱氧元素，为保证脱氧良好，必须以大于0.2％的含量加硅；但，高于此含量时，该元素使铁素体变硬和变脆，这对于获得良好的机加工性能是有利的，为获得这种有益效果，其含量可定化0.8％-1.2％之间；

-0.02％-0.35％，更好是0.05-0.12％的硫，以便改善机加工性能；

0～0.2％，优选0.05～0.15％钒，以便硬化铁素体和改善屈服应力/抗拉强度之比；

-任选的，含量小于0.1％的，选自铅、碲和硒中的至少一种元素，以便改善机加工性；

-0.1-2％，更好是大于0.25％的锰，以便以锰的硫化物的形式将硫固定，而且在此情况下，该硫含量可被限于1％；但，为提高淬透性，以便降低铁素体-珠光体开始转变温度，从而限制铁素体含量，则还可加锰，这对机加工性能有益的；

-任选地，含量在0％-1％之间的，选自镍、铬、钼和铜中的一种或几种元素，以便调节淬透性；在不是有意添加这些元素时，它们会以因熔炼时由原料带来的残余元素的方式存在；在此情况下，镍、铬含量小于0.15％、钼含量小于0.05％而铜含量小于0.35％。

根据所讨论的用途，可从此组钢中进行选择，比如选择含0.65-0.75％的碳、小于1％的硅、0.25％-1％的锰、小于0.15％的镍、小于0.15％的铬、小于0.05％的钼、小于0.35％的铜和小于0.005％的铝的近于共析的钢。

采用尤其是其化学成分包含0.25％≤C≤0.5％、Ni≤0.15％、Cr≤0.15％、Mo≤0.05％而Cu≤0.35％的低碳钢也是可能的。在其含小于0.5％的锰的情况下，这种钢可以是碳素钢。但，它也可以是含锰、硅或任选的钒的低合金钢。它可含1％-2％的锰和/或0.5-1.5％的硅和/或0.5％-0.2％的钒。

为制造可分开的零部件，采用符合本发明的钢坯，然后在1100℃-1300℃之间加热，从而一方面使其奥氏体化，另一方面使晶粒变粗，最后使其具有锻造所需的延展性；然后为使其具有合乎要求的形状而对其锻造，该锻造工序在温度大于850℃结束。锻后，以受控的方式，比如于一冷却通道中在终锻温度和200℃间的0.5℃/S-15℃/S的平均冷却速度冷却到室温。通过这种方式的处理，得到铁素体-珠光体组织，其大部分晶粒是相当粗的，其奥氏体晶粒的ASTM晶粒度指数小于5，含有小于30％的铁素体，并具有所需的硬度、拉伸性能和室温下小于7焦耳的韧性。然后将这样获得的零部件的毛坯机加工，再以冲击诱发的脆断分成两件。

以第一实施例的方式，用XC70型的钢制成连杆，其化学成分(重量％)为：

                       C＝0.71％

                      Si＝0.25％

                      Mn＝0.8％

                      Ni＝0.08％

                      Cr＝0.05％

                      Mo＝0.01％

                      Cu＝0.3％

                      S＝0.07％

                      P＝0.045％

                      Al＝0.002％

                      N＝0.012％余量为Fe及来自冶炼的杂质。

在锻造之前，将钢坯加热到1250℃，终锻温度为1000℃。锻后使毛坯在受控冷却的通道中通过从而以1℃/S-3℃/S的平均冷却速度被冷却，以便模拟按工业规模生产时的固有的扩大的效果。所得到的性能为：组织：珠光体+0～15％铁素体；HB：270-310；Rm：900-1050MPa；Re：500-600MPa；Kcv：室温时为小于7焦耳。

将这些毛坯机加工，然后用脆断法全部分成两件。无论铁素体含量如何，该脆性断裂分开都能毫无困难地完成。

按第二实施例的方法，用50M5型钢制造连杆，其化学成份(重量)为：

                         C＝0.505％

                         Si＝0.240％

                         Mn＝1.3％

                         Ni＝0.11％

                         Cr＝0.08％

                         Mo＝0.01％

                           Cu＝0.32％

                           S＝0.085％

                           P＝0.075％

                           Al＝0.003％

N＝0.011％余量为Fe及冶炼造成的杂质。

锻造前，将该钢坯加热到1250℃，终锻温度为1000℃。锻后使毛坯经过一受控冷却的通道，以1-6℃/S的平均冷却速度冷却，以便模拟按工业规模生产时固有的扩大的效果。所得到的性能为：组织：珠光体+0～0.20％的铁素体；HB：260-300；Rm：860-1000mPa；Re：400-650MPa；Kcv：室温下时小于6焦耳。

然后将这些锻坯机加工，再全部用脆断分成两件。不管铁素体含量如何，这种脆断分离都可无任何困难地进行。

按第三实施例的方法，用38MSV5型的钢制造连杆，其化学成份(重量％)为：

                         C＝0.39％

                         Si＝0.75％

                         Mn＝1.24％

                         Ni＝0.13％

                         Cr＝0.15％

                         Mo＝0.005％

                         Cu＝0.2％

                         V＝0.105％

                         S＝0.11％

                         P＝0.103％

                         Al＝0.004％

                         N＝0.009％余量为铁及得自熔炼的杂质。

在锻造之前，将钢坯加热到1260℃，终锻温度为1030℃。锻后，通过使锻坯通过一被控冷却通道，以1-6℃/秒的平均冷却速度冷却，以便模拟按工业规模生产时固有的扩展的效果。所得到的性能为：组织：珠光体+0-25％的铁素体；HB：260-310；Rm：880-1050MPa；Re：500-700MPa；Kcv：小于6.5焦耳。

然后将此锻坯机加工，再以脆断将全部锻坯分成两件。无论铁素体含量如何，这种脆断分离均可无任何困难地完成。

这些实施例展示了：用符合本发明的钢就可以可靠的方式制造可分开的连杆，而更概括地说，是可生产有铁素体-珠光体型组织的，易于以高和低的切削速度机加工的可分开的零部件。

Claims (12)

1.用于制造可分开的机械零部件的钢，其特征为，其化学成份(重量％)包含：

       0.25％≤C≤0.75％

       0.2％≤Si≤1.5％

       0.1％≤Mn≤2％

       0％≤Ni≤1％

       0％≤Cr≤1％

       0％≤Mo≤1％

       0％≤Cu≤1％

       0％≤V≤0.2％

       0.02％≤S≤0.35％

       0.04％≤P≤0.2％

       0％≤Al≤0.005％

       0.005％≤N≤0.02％视需要而定选自Pb、Te和Se的，含量小于0.1％的至少一种元素，余量为Fe及得自冶炼的杂质、该钢视需要而定用Ca处理。

2.权利要求1的钢，其特征为，其化学成份中磷含量为：0.06％≤P≤0.12％。

3.权利要求2的钢，其特征为，其化学成分中的Si含量为：0.8％≤Si≤1.2％。

4.权利要求1-3中任一项的钢，其特征为，其化学成份中V含量为：0.05％≤V≤0.15％。

5.权利要求1-4中任一项的钢，其特征为，其化学成份为：

0.65％≤C≤0.75％

0.25％≤Mn≤1％

Ni≤0.15％

Cr≤0.15％

Mo≤0.05％

Cu≤0.35％

Al≤0.005％。

6.权利要求1-4中任一项的钢，其特征在于其化学成份为：

0.25％≤C≤0.5％

Ni≤0.15％

Cr≤0.15％

Mo≤0.05％

Cu≤0.35％。

7.权利要求6的钢，其特征在于其化学成份中Mn含量为：0.25％≤Mn≤1％。

8.权利要求1-7中任一项的钢用于制造包含至少两个通过毛坯的脆断获得的件的机械零部件。

9.权利要求8的钢的用途，其特征在于该零部件有铁素体-珠光体组织。

10.包含至少两个用毛坯的脆断而得的件的机械零部件，尤其是连杆，比如内燃机连杆，其特征在于它用权利要求1-7的钢构成。

11.权利要求10的零部件，其特征在于，用于构成此零部件的钢的硬度为210-360HB：拉伸强度为650-1200MPa、大部份晶粒的ASTM奥氏体晶粒指数小于5。

12.权利要求10或11的零部件，其特征在于，用于构成此零部件的钢的组织包含至少70％的珠光体。