CN1243886A - 凸轮轴用的合金铸铁 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种凸轮轴用的合金铸铁,它的化学成分含量为:C3.3～3.75%、Si1.9～2.4%、Mn0.6～0.9%、Cr1.0～1.4%、Mo1.0～1.5%、Cu0.2～0.4%、P最大为0.04%,S最大为0.1%,其余为Fe和不可避免的杂质,用该合金铸铁制造的凸轮轴,可在冷激基础上再进行表面淬火处理,白口硬度可达HRC60～62,使凸轮的耐磨性能有进一步提高,延长了使用寿命。

Description

凸轮轴用的合金铸铁
本发明涉及用于制造凸轮轴的合金铸铁，尤其是内燃机凸轮轴用的合金铸铁。
凸轮轴是内燃机中启闭气缸气门的重要零件，其凸轮部位的耐磨性直接影响内燃机的性能。工作时，凸轮轴的凸轮工作面与气门挺柱端面紧密接触，形成一对摩擦副。当凸轮轴高速转动时，凸轮的工作面，尤其是凸轮的桃尖区的工作面与挺柱端面之间要承受反复的冲击压力和摩擦力，在这种高速交变载荷的作用下，凸轮的工作面会发生疲劳磨损，当磨损量超过某一值时，内燃机的性能显著下降。由于磨损率与磨损表面硬度成反比，因此对凸轮轴用的材料，不但要有较高的强度、韧性，而且凸轮工作面还应具有受反复冲击的耐磨硬度。根据凸轮轴的结构，国内外生产厂近期普遍采用价廉、刚度好的合金铸铁制造凸轮轴。机械工业出版社1991年9月出版的《机械加工工艺手册》第1卷第2-92页表2.2-61介绍了一种用于制造凸轮轴的冷激合金铸铁的化学成分，这种冷激合金铸铁的白口硬度达到HRC45，心部抗拉强度σb为260MPa；在该手册第2-78页表2.2-29中还介绍了用于凸轮轴的另外四种可淬硬合金铸铁的化学成份及机械性能，白口硬度最高为HB321，心部抗拄强度σb＝247MPa。
现代的内燃机，为了节能节材，提高性能，在显著提高功率同时，采取缩小体积的措施，不但凸轮轴的体积被缩小，提高了发动机的比质量，而且凸轮工作面承受的交变脉冲载荷及频率也提高了。这就要求制造凸轮轴的材料有较好的机械性能、更高的白口硬度。然而上述手册所介绍的五种合金铸铁，还不能达到此类高的要求。
为此，本发明的目的是寻找一种既可冷激后产生白口，又能对冷激部进行淬火的合金铸铁，并使该合金铸铁的灰口具有较好的综合性能。
本发明采用可淬硬的冷激合金铸铁来解决上述目的的，其组成物的化学成分重量百分比是：
C  3.3～3.75    Si  1.9～2.4    Mn  0.6～0.9
Cr 1.0-1.4      Mo  1.0～1.5    Cu  0.2～0.4
P 最大0.04     S 最大0.1    其余为Fe及不可避免的杂质。
本发明的最佳化学成分重量百分比是：
C  3.4～3.6    Si  2.1～2.3    Mn  0.8～0.9
Cr 1.2～1.4    Mo  1.2～1.5    Cu  0.2～0.4
P 最大0.04    S 最大0.1    其余为Fe及不可避免的杂质。
由于本发明的合金铸铁中含Cr、Mo、Cu，并加大了Cr、Mo的配比，降低了P和S的含量，不但有利于防止或减少合金铸铁中有害的MoP4的产生，使合金铸铁的机械强度得到提高，而且还可提高该合金铸铁的可淬性能，从而在对凸轮桃尖区冷激后，还可对其表面进行淬火处理，使凸轮冷激区的基本组织由冷激后的细片状珠光体+莱氏体+针状渗碳体转化为表面淬火后的下贝氏体+索氏体+合金碳化物，凸轮冷激区的硬度可达到 HRC60～62，白口深度超过6mm，凸轮工作面的耐磨性能及疲劳强度得到进一步提高，既延长了凸轮轴的使用寿命，又能满足高性能内燃机凸轮轴的用材问题；此外，该合金铸铁采用价廉的元素材料，性价比得到进一步的提高。
下面结合实施例，进一步描述本发明。
本发明所述的凸轮轴用的合金铸铁主要由价廉的含Fe、C、Si、Mn、Cr、Mo、Cu等元素材料经混合、熔炼而成，它的化学成分的重量百分比为：
C  3.3～3.75    Si  1.9～2.4    Mn  0.6～0.9
Cr 1.0～1.4     Mo  1.0～1.5    Cu  0.2～0.4
P 最大0.04    S 最大0.1    其余为Fe及不可避免的杂质。
用上述化学成分构成的合金铸铁在铸造凸轮轴过程中，用冷铁对凸轮的冷激区快冷成型，然后对凸轮的冷激区再进行表面淬火处理。在凸轮的冷激区，材料的基体组织为下贝氏体+索氏体+合金碳化物，表面硬度可提高到HRC60～62；心部和远离凸轮冷激区部位的基体组织为细片状的珠光体+不大于5％的铁素体+不大于15％的渗碳体，材料的抗拉强度σb≥260MPa；在过渡区的基体组织为麻口组织，渗碳体量较多，硬度较高。
实施例1：凸轮轴用的合金铸铁的化学成分重量百分比为：
C  3.6～3.7    Si  2.3～2.4    Mn  0.7～0.8
Cr 1.1～1.2    Mo  1.4～1.5    Cu  0.2～0.3
P  0.04        S  0.05其余为Fe和不可避免的杂质。这种合金铸铁的白口硬度可达HRC60。实施例2：凸轮轴用的合金铸铁的化学成分的重量百分比为：C  3.3～3.4    Si  1.9～2.0    Mn  0.6～0.7Cr 1.3～1.4    Mo  1.1～1.2    Cu  0.3～0.4P  最大0.04    S   最大0.1其余为Fe和不可避免的杂质。这种合金铸铁的白口硬度可达HRC60。实施例3：凸轮轴用的合金铸铁的化学成分的重量百分比为：C  3.4～ 3.6    Si  2.1～2 3    Mn  0.8～0.9Cr 1.2～1.4     Mo  1.2～1.4    Cu  0.2～0.4P  最大0.04     S  最大0.1其余为Fe和不可避免的杂质。这种合金铸铁的白口硬度可达HRC62。实施例4：凸轮轴用的合金铸铁的化学成分的重量百分比为：C  3.6～3.75    Si  1.9～2.1    Mn  0.6～0.8Cr 1.2～1.3     Mo  1.4～1.5    Cu  0.2～0.3P  最大0.04     S  最大0.1其余为Fe和不可避免的杂质。这一种合金铸铁的白口硬度达HRC62。

Claims (2)

1、一种凸轮轴用的合金铸铁，其特征在于该合金铸铁的化学成分重量百分比为：
C   3.3～3.75   Si  1.9～2.4    Mn  0.6～0.9
Cr  1.0～1.4    Mo  1.0～1.5    Cu  0.2～0.4
P   最大0.04    S   最大0.1
其余为Fe及不可避免的杂质。
2、根据权利要求1所述的凸轮轴用的合金铸铁，其特征在于该合金铸铁的最佳化学成分重量百分比为：
C   3.4～3.6    Si  2.1～2.3    Mn 0.8～0.9
Cr  1.2～1.4    Mo  1.2～1.5    Cu 0.2～0.4
P   最大0.04    S   最大0.1
其余为Fe和不可避免的杂质。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101899610A (zh) * 2010-08-31 2010-12-01 卫辉熔金高温材料有限责任公司 湿辗机齿轮及其制造方法
CN104526274A (zh) * 2014-12-02 2015-04-22 芜湖福司精密模具有限公司 一种打夯机底座的制造方法
CN105525193A (zh) * 2015-12-18 2016-04-27 张淑芬 用于曲轴的新型铸铁合金材料

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