CN115948706B

CN115948706B - 非晶合金高压共轨管锻造工艺、共轨管与高压共轨系统

Info

Publication number: CN115948706B
Application number: CN202310231610.1A
Authority: CN
Inventors: 雷卫武; 徐承义; 范敏; 王广力; 杨雪梅; 徐建; 林建寨
Original assignee: Songnuomeng Technology Co ltd
Current assignee: Songnuomeng Technology Co ltd
Priority date: 2023-03-13
Filing date: 2023-03-13
Publication date: 2023-05-12
Anticipated expiration: 2043-03-13
Also published as: CN115948706A

Abstract

本发明公开了非晶合金高压共轨管的锻造工艺、共轨管与高压共轨系统，涉及共轨管锻造技术领域，该锻造工艺，包括以下步骤：将非晶合金进行塑性成型后退火处理；塑性成型的温度为300℃~400℃；该共轨管的制备原料包括非晶合金；非晶合金包括ZrCuNiTiHfSi、ZrCuNiTiAl和ZrCuNiTiBe中的至少一种。非晶合金的强度高，因此能够大大降低高压共轨管的体积和重量，从而降低高压共轨管的加工难度；同时非晶合金的耐腐蚀性能好，从而可以大大延长高压共轨管的寿命。本发明的非晶合金中还加入了钛元素，钛元素为强化元素，同时还能促进相变析出过程，从而提高非晶合金的力学性能。

Description

非晶合金高压共轨管锻造工艺、共轨管与高压共轨系统

技术领域

本发明属于共轨管锻造技术领域，具体是非晶合金高压共轨管锻造工艺、共轨管与高压共轨系统。

背景技术

当今世界正面临能源供应和环保排放的双重挑战。动力系统领域以减排降耗为主要应对措施。与汽油机动力相比，柴油机动力有很多优势，主要表现在，能减少25%~35%的CO₂废气排放量，平均燃油消耗节省30%。普通柴油机的排放对大气、人居环境等仍然有一定影响，如果更多柴油机采用先进燃油喷射技术——高压共轨技术，则能够进一步降低排放，节省燃油消耗。

高压共轨柴油机是指在高压油泵、压力传感器和电子控制单元(electroniccontrol unit，ECU)组成的闭环系统中，将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油机器。它是由高压油泵将高压燃油输送到公共供油管-共轨管，通过共轨管内的油压实现精确控制，共轨系统的喷射压力完全独立于发动机的转速，这样，有利于改善发动机的低速性能、有利于冷起动、有利于降低噪声、有利于减少排放。目前的发展趋势是喷射压力越来越高（喷射压力高，喷射更彻底、排放更小、燃油经济性更好），由145MPa发展到220MPa，未来压力还会进一步提高。

高压共轨管是柴油机高压共轨燃油喷射技术中的核心部件之一，起着存贮高压油泵提供的高压燃油并将高压燃油分配到各喷油器的作用，可抑制高压泵供油和喷油而产生的压力波动。共轨管的质量直接影响直喷柴油机动力性能、燃油经济性和排放性能的好坏。

相关技术中高压共轨管的结构件材料以0Cr18Ni9和1Cr18Ni9Ti不锈钢为主，其制造工艺主要包括：

(1)铸造成形，采用铸造的方法成形的高压共轨管晶粒粗大，组织分布不均，容易出现气孔、缩松的缺陷，从而造成高压共轨管力学性能差、强度不高。

(2)锻造成形，该方法成形件强度高，组织致密，力学性能较好，但加工时存在设计余量比较大、所需的锻造成形力大、能耗大的缺点。

由于共轨系统压力越来越高，常规金属材料（0Cr18Ni9和1Cr18Ni9Ti不锈钢等）制造的共轨管体积越来越大，导致重量也越来越重，这不利于减小体积和节能要求。

发明内容

本发明的目的在于提供非晶合金高压共轨管的锻造工艺，以解决上述背景技术中提出的问题和缺陷的至少一个方面。

本发明还提供了上述锻造工艺制得的共轨管。

本发明还提供了一种高压共轨系统。

具体如下，本发明第一方面公开了非晶合金高压共轨管的锻造工艺，包括以下步骤：

将非晶合金进行塑性成型后退火处理；

所述塑性成型的温度为300℃~400℃；

所述非晶合金包括ZrCuNiTiHfSi、ZrCuNiTiAl和ZrCuNiTiBe中的至少一种；

所述ZrCuNiTiHfSi中包括以下质量分数的元素：

Zr 50%~60%、Cu 15%~20%、Ni 5%~15%、Ti 3%~7%、Hf 3%~7%和Si 3%~7%；

所述ZrCuNiTiAl中包括以下质量分数的元素：

Zr 50%~60%、Cu 15%~20%、Ni 10%~20%、Ti 3%~7%和Al 7%~13%；

所述ZrCuNiTiBe中包括以下质量分数的元素：

Zr 40%~50%、Cu 10%~15%、Ni 5%~15%、Ti 10%~15%和Be 20%~25%。

根据本发明锻造工艺技术方案中的一种技术方案，至少具备如下有益效果：

非晶合金的强度高，因此能够大大降低高压共轨管的体积和重量，从而降低高压共轨管的加工难度；同时非晶合金的耐腐蚀性能好，从而可以大大延长高压共轨管的寿命。

本发明的非晶合金中还加入了钛元素，钛元素为强化元素，同时还能促进相变析出过程，从而提高非晶合金的力学性能。

本发明在低温下对非晶合金进行塑性成型处理后，从而提升非晶合金共轨管的性能。

根据本发明的一些实施方式，所述塑性成型的时间为2h~3h。

根据本发明的一些实施方式，所述退火处理的温度为900℃~1000℃。

根据本发明的一些实施方式，所述退火处理的时间为4h~5h。

根据本发明的一些实施方式，所述非晶合金的制备方法，包括以下步骤：

将合金料熔炼后吸铸，制得非晶合金。

吸铸法是制备非晶合金最常用、也是最方便的方法。该方法利用铜模的优良导热性能和高压水流的强烈散热效果，制备出各种体系块体非晶。

吸铸法的基本原理是：将高纯度的母合金置于设备底部具有一定小孔的坩埚中，铜模置于坩埚下面，铜模的下端始终与真空系统相连。采用电弧加热将母合金熔化。母合金完全熔化后，从石英管上端导入氩气，在压力差的作用下，液态母合金从坩埚注入水冷铜模型腔中，由于强的热流和大的传热系数可以提供很高的冷速，液态母合金在水冷铜模型腔中快速冷却形成非晶。

吸铸法的优点为：液态金属填充好，熔体充型速度快，玻璃形成能力就高，可直接制备较复杂形状的大尺寸非晶合金。采用高频或中频感应加热，合金熔化速度快，电磁搅拌使合金成分更加均匀。通过反复熔炼数次，提高了熔体纯度，消除了非均质形核点，使合金的临界冷却速度将明备。

根据本发明的一些实施方式，所述熔炼包括高真空感应熔炼和电弧炉熔炼。

根据本发明的一些实施方式，所述塑性成型的压力为100MPa~140MPa。

根据本发明的一些实施方式，所述非晶合金为锆基非晶合金。

根据本发明的一些实施方式，所述锆基非晶合金包括如下元素：

Zr、Cu、Al、Ni和Ti。

根据本发明的一些实施方法，所述锆基非晶合金还包括Co、Pt、Fe、Mo、Ag、Nb、Pd、Hf、Be、Si和B元素中的至少一种。

根据本发明的一些实施方式，所述ZrCuNiTiHfSi中由以下质量分数的元素组成：

Zr 52.5%、Cu 17.9%、Ni 14.6%、Ti 5%、Hf 5%和Si 5%。

根据本发明的一些实施方式，所述ZrCuNiTiAl中包括以下质量分数的元素：

Zr 52.5%、Cu 17.9%、Ni 15.6%、Ti 5%和Al 9%。

根据本发明的一些实施方式，所述ZrCuNiTiBe中包括以下质量分数的元素：

Zr 41.2%、Cu 12.5%、Ni 10%、Ti 12.8%和Be 23.5%。

根据本发明的一些实施方式，所述非晶合金的屈服强度在3000MPa以上。

根据本发明的一些实施方式，所述非晶合金的屈服强度在4000MPa以上。

根据本发明的一些实施方式，所述非晶合金的屈服强度在5000MPa以上。

根据本发明的一些实施方式，所述非晶合金的屈服强度为5000MPa~6000MPa。

根据本发明的一些实施方式，所述非晶合金的断裂强度在1.5GPa以上。

根据本发明的一些实施方式，所述非晶合金的断裂强度为1.6GPa~1.8GPa。

根据本发明的一些实施方式，所述非晶合金的弹性模量在70GPa~90GPa之间。

本发明第二方面提供了一种共轨管，由上述锻造方法锻造得到。

本发明第三方面提供了一种高压共轨系统，所述高压共轨系统包括非晶合金高压共轨管。

根据本发明的一些实施方式，所述非晶合金高压共轨管的一端设有限压阀；

所述非晶合金高压共轨管的另一端设有轨压传感器。

根据本发明的一些实施方式，所述非晶合金高压共轨管还连接若干喷油器。

根据本发明的一些实施方式，所述非晶合金高压共轨管还连接有高压泵。

根据本发明的一些实施方式，所述高压泵还连接有低压泵。

根据本发明的一些实施方式，所述低压泵还连接有油箱。

根据本发明的一些实施方式，所述油箱连接有限压阀。

根据本发明的一些实施方式，所述高压泵还连接有电控单元。

根据本发明的一些实施方式，所述电控单元还连接有限压阀。

根据本发明的一些实施方式，所述电控单元还连接有轨压传感器。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明实施方式中高压共轨系统部分结构示意图。

图中：

100、限压阀；101、高压共轨管；102、轨压传感器；103、喷油器；104、油箱；105、低压泵；106、高压泵；107、电控单元。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1

本实施例为一种高压共轨管，包括以下制备原料：

ZrCuNiAlTi非晶合金（直径17mm，长度60mm）。

本实施例中ZrCuNiAlTi非晶合金由以下重量分数的元素组成：

Zr元素、52.5%；Cu元素、17.9%；Ni元素、14.6%；Al元素、10%和Ti元素、5%；

本实施例中高压共轨管的锻造方法，由以下步骤组成：

将ZrCuNiAlTi非晶合金在温度为300℃、压强为100MPa下塑性成型2h后退火处理（退火处理的温度为950℃，时间为4h）。

本实施例中ZrCuNiAlTi非晶合金的制备方法采用吸铸法。

实施例2

本实施例为一种高压共轨管，包括以下制备原料：

ZrCuNiAlTi非晶合金（直径17mm，长度60mm）。

本实施例中ZrCuNiAlTi非晶合金由以下重量分数的元素组成：

Zr元素、57%；Cu元素、20%；Ni元素、8%；Al元素、10%和Ti元素、5%；

本实施例中高压共轨管的锻造方法，由以下步骤组成：

本实施例中ZrCuNiAlTi非晶合金的制备方法采用吸铸法。

实施例3

本实施例为一种高压共轨管，包括以下制备原料：

ZrTiCuNiBe非晶合金（直径30mm，长度70mm）。

本实施例中ZrTiCuNiBe非晶合金由以下重量分数的元素组成：

Zr元素、41.2%；Cu元素、12.5%；Ni元素、10%；Be元素、23.5%和Ti元素、12.8%；

本实施例中高压共轨管的锻造方法，由以下步骤组成：

将ZrTiCuNiBe非晶合金在温度为300℃、压强为100MPa下塑性成型2h后退火处理（退火处理的温度为950℃，时间为4h）。

本实施例中ZrTiCuNiBe非晶合金的制备方法采用吸铸法。

实施例4

本实施例为一种高压共轨管，包括以下制备原料：

ZrCuNiAlTi非晶合金（直径17mm，长度60mm）。

本实施例中ZrCuNiAlTi非晶合金由以下重量分数的元素组成：

Zr元素、52.5%；Cu元素、17.9%；Ni元素、15.6%；Al元素、9%和Ti元素、5%；

本实施例中高压共轨管的锻造方法，由以下步骤组成：

本实施例中ZrCuNiAlTi非晶合金的制备方法采用吸铸法。

实施例5

本实施例为一种高压共轨系统，高压共轨系统的部分结构示意图如图1所示。

高压共轨系统包括高压共轨管101；

高压共轨管101的一端设有限压阀100；

高压共轨管101的另一端设有轨压传感器102；

高压共轨管101还连接若干喷油器103；

高压共轨管101还连接有高压泵106；

高压泵106还连接有低压泵105；

低压泵105还连接有油箱104；

油箱104连接有限压阀100；

高压泵106还连接有电控单元107；

电控单元107还连接有限压阀100；

电控单元107还连接有轨压传感器102。

高压共轨管根据动力系统的配置，如果是四缸机器，加工有四个喷油接口，如果是六缸机器，加工有六个喷油接口，依此类推。另外在其一端加工有高压共轨传感器（轨压传感器）接口，另一端或另一侧加工有限压阀接口。喷油接口和轨压传感器接口以及限压阀接口是内部相通的。

它的基本工作原理是：通过低压泵将油箱里的燃油抽至高压泵，通过高压泵将燃油送入共轨管并增压到一定压力如220MPa，压力值的测量与控制由轨压传感器完成。轨压传感器测量的共轨管中的压力信号送入电控单元，电控单元根据路况信息、油门、制动信息以及轨压传感器等信息，适时控制喷油器喷射燃油。共轨管燃油压力超过设定值时，通过限压阀使燃油回流至油箱达到泄压目的。

附注：高压共轨系统的主要优点是它可以在宽广的范围内改变喷射压力和喷射时间。

高压共轨电喷技术是指在高压油泵、轨压传感器和电子控制单元(ECU)组成的闭环系统中，将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油方式。

它是由高压油泵将高压燃油输送到共轨油管，通过共轨油管内的油压实现精确控制，使共轨油管压力大小与发动机的转速无关，可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速变化的程度。

高压共轨系统中最重要的部件之一是喷油器，通过高速电磁阀控制喷油器的开启和关闭，使其对每个气缸的单独喷射控制成为可能，和其他电磁阀控制的燃油喷射系统不同的是，高压共轨系统是在电磁阀打开时喷油。因为所有的喷油器中的燃油都来自共轨系统的公用轨道，所以称共轨燃油系统。

对比例1

本对比例为一种高压共轨管，制备原料为17-4PH。

对比例2

本对比例为一种高压共轨管，制备原料为304L不锈钢。

本发明实施例1~4和对比例1~2制得的高压共轨管的性能测试方法为：

腐蚀性能测试：依据《金属腐蚀性试验方法GB 21621-2008-T》进行测试；

弹性模量：依据《金属弹性材料弹性模量和泊松比试验方法GB/T22315-2008》进行测试；

泊松比：依据《金属弹性材料弹性模量和泊松比试验方法GB/T22315-2008》进行测试；

屈服强度：依据《金属材料拉伸试验断裂强度GB／T228.1-2010》进行测试；

断裂强度：依据《金属材料拉伸试验断裂强度GB／T228.1-2010》进行测试。

性能测试结果见表1。

表1 本发明实施例1~4和对比例1~2制得的高压共轨管的性能测试结果

从表1看出，实施例1~4中非晶合金高压共轨管在酸性液体中，其腐蚀速率不到常规304材料的1/100，具有极好地耐腐蚀性能。

综上所述，本发明高压共轨管采用非晶合金制成，非晶合金的强度高，因此能够大大降低高压共轨管的体积和重量，从而降低高压共轨管的加工难度；同时非晶合金的耐腐蚀性能好，从而可以大大延长高压共轨管的寿命。本发明的非晶合金中还加入了钛元素，钛元素为强化元素，同时还能促进相变析出过程，从而提高非晶合金的力学性能。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.非晶合金高压共轨管的锻造工艺，其特征在于，包括以下步骤：

将非晶合金进行塑性成型后退火处理；

所述塑性成型的温度为300℃~400℃；

所述ZrCuNiTiHfSi中包括以下质量分数的元素：

Zr 50%~60%、Cu 15%~20%、Ni 5%~15%、Ti 3%~7%、Hf 3%~7%和Si 3%~7%；

所述ZrCuNiTiAl中包括以下质量分数的元素：

Zr 50%~60%、Cu 15%~20%、Ni 10%~20%、Ti 3%~7%和Al 7%~13%；

所述ZrCuNiTiBe中包括以下质量分数的元素：

Zr 40%~50%、Cu 10%~15%、Ni 5%~15%、Ti 10%~15%和Be 20%~25%。

2.根据权利要求1所述的锻造工艺，其特征在于，所述塑性成型的时间为2h~3h。

3.根据权利要求1所述的锻造工艺，其特征在于，所述退火处理的温度为900℃~1000℃。

4.根据权利要求1所述的锻造工艺，其特征在于，所述退火处理的时间为4h~5h。

5.根据权利要求1所述的锻造工艺，其特征在于，所述非晶合金的屈服强度在3000MPa以上。

6.根据权利要求1所述的锻造工艺，其特征在于，所述非晶合金的断裂强度在1.5GPa以上。

7.共轨管，其特征在于，由权利要求1至4任一项所述的锻造工艺锻造得到。

8.一种高压共轨系统，其特征在于，包括如权利要求7所述的共轨管。

9.根据权利要求8所述的高压共轨系统，其特征在于，所述共轨管的一端设有限压阀；

所述共轨管的另一端设有轨压传感器。

10.根据权利要求9所述的高压共轨系统，其特征在于，所述共轨管还连接有高压泵。