專利名稱：一種合金球鐵曲軸及其熱處理工藝的制作方法
技術領域：
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本發(fā)明涉及冶金和鑄鐵合金領域，具體地說是一種合金球鐵曲軸及其熱 處理工藝。
背景技術：
我們知道，曲軸是重要的機器零件之一，其結(jié)構(gòu)和受力復雜，工作負荷 大，對內(nèi)部冶金材料和鑄造質(zhì)量以及成型精度要求都很高。傳統(tǒng)球墨鑄鐵曲 軸與鋼軸相比具有易切削、潤滑效果好的特點，目前用于正火態(tài)曲軸最好的
材料為球鐵900-2，曲軸本體抗拉強度^900Mpa，延伸率》2%，整體硬度低， 在HB300以下。而等溫淬火球鐵ADI材料的金相組織為奧貝球鐵，抗拉強度 》900Mpa，延伸率>2%,整體硬度在HB300以上，導致ADI曲軸加工困難且 圓角滾壓效果不是十分理想，且成本比較高，因此用等溫淬火的方法生產(chǎn)高 牌號球鐵曲軸的工藝在我國一直難以推廣。中國專利03111574. 8公布了一種
超高強度稀有金屬合金球墨鑄鐵曲軸，其主要是為解決現(xiàn)有的曲軸抗拉強度 低，延伸率小等問題。產(chǎn)品的化學元素組成以Fe為主，其它少量和微量元素 包括C、 Si、 Mn、 P《0.04、 S《0. 28、 Mg、 Re、 Cu、 Ni、 Ti。優(yōu)點是曲軸 抗拉強度達到lOOOMPa，延伸率>4%，抗拉強度比國產(chǎn)曲軸高20%以上，延 伸率高一倍，并超過了國外同類產(chǎn)品的水平，耐磨損，使用壽命長。本申請 人專利一種曲軸用銅錫球鐵材料，專利號為99112243.7，其化學成分為C 3. l—3 . 3%， Si 2 . 15—2 . 35%, S《0.03%， P《0 . 04% ， Mn 0 . 25— 0.45%， Cu 0.5—0. 7。％， SnO .03—0 .05%，其余為Fe。其采用錫代替 鉬鑄造球鐵曲軸，其成本低，加入錫后石墨球趨于圓整，個數(shù)增加，球徑變 小，并能強烈的促進珠光體的形成，使曲軸的強度提高穩(wěn)定達到或超過標準。 隨著柴油機不斷增壓強化以及向大功率發(fā)展，對曲軸本體的機械性能提 出了更高的要求。即在抗拉強度高的基礎上延伸率也要提高。以便于曲軸的 圓角滾壓生產(chǎn)，提高抗疲勞性，用來代替45井、42CrMoAl、 48MnV、 38MnSiV 等調(diào)質(zhì)鋼和非調(diào)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼曲軸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是為了克服上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種
抗拉強度終到900MPa，延伸率>5%,具有優(yōu)異的綜合性能，可以達到良好 的圓角滾壓強化效果，使疲勞彎矩大幅提升，工藝成熟，成本低廉的合金球 鐵曲tf及其熱處理工藝。
本發(fā)明解決上述技術問題采用的技術方案是 一種合金球鐵曲軸，其抗 拉強度^ 900MPa，延伸率>5%，其特征是以碳素結(jié)構(gòu)鋼為原料，用電爐 熔煉，在電爐熔煉過程中先加增碳劑再加硅鐵，合金球鐵曲軸的組成成分和 含量(重量％)是:C 3. 50-4.00 ， Si 1.6-2.5 ， Mn 0. 3-0. 9 ， P<0. 040， S<0.03 ， Cr 0.03—0.07， Cu 0.2—0.5， Mg<0.08， Ti<0.02，余量為 Fe。
本發(fā)明增碳增硅起到了孕育細化晶粒的效果，改善曲軸的球化效果和孕 育質(zhì)量，減少了雜質(zhì)，降低鐵水遺傳性，提高了鑄件質(zhì)量。特別是Ti的含量 與傳統(tǒng)工藝中Ti含量(0.05%左右)相比降低了很多，有效的抑制了鐵水遺 傳性對鑄件質(zhì)量的影響。
本發(fā)明上述合金球鐵曲軸的熱處理工藝，其特征是奧《體化處理溫度 為840-920°C，保溫O. 5-2. 5小時，隨爐冷至770-850。C進行三相區(qū)處理，三相 區(qū)處理的時間為1-3小時，出爐強風霧冷。
本發(fā)明首先在高溫區(qū)進行充分奧氏體化轉(zhuǎn)變，讓組織充分擴散，均勻分 布，然后在低溫區(qū)進行曲軸的三相區(qū)的保溫，讓珠光體和鐵素體充分進行轉(zhuǎn) 變，有利于獲得更好的基體組織。
本發(fā)明由于合金球鐵以廢鋼為原料，電爐熔煉過程增碳增硅，成分中Ti 含量大大降低，熱處理工藝增加了三相區(qū)處理保溫，對照現(xiàn)有技術，本發(fā)明 合金球鐵曲軸其機械性能界于普通球鐵和ADI材料之間。曲軸本體抗拉強度 》90謹pa，屈服強度^500Mpa，延伸率》5%，沖擊值AK》40J/cm2，硬度為 250-300HB，其具有優(yōu)異的綜合性能，并且可以達到良好的圓角滾壓強化效果， 使疲勞彎矩大幅提升，可以制作高牌號QT900-5曲軸。其在繼承傳統(tǒng)球鐵曲 軸的優(yōu)點下可替代鋼軸，工藝成熟，生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)效率大大提高。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的描述。
本發(fā)日月采用碳素結(jié)構(gòu)鋼，其可以是100%的廢鋼，在15t的美國應達電爐 熔煉，在電爐熔煉過程中首先加入增碳劑，加入量在3.40% 3.90%，以15T 的電爐計算大約在510-585Kg左右，分三批加入，這樣有利于C的吸收；再 加入1. 4-2. 3%左右的75硅鐵進行孕育，以15T的電爐計算加入75硅鐵量在 21—34. 5Kg左右；最后經(jīng)過球化，澆注成型。澆注過程中進行二次隨流孕育， 加入球鐵專用孕育劑為合金球鐵重量的0. 02%左右，便于進一步提高石墨球 的圓整度，同時使組織更加細化。這里，球鐵專用孕育劑為市購產(chǎn)品，其具 體組成成分為現(xiàn)有技術。所獲得合金球鐵曲軸成分和含量(重量％)是C 3. 50-4. 00 ， Si 1. 6—2. 5 , Mn 0. 3-0. 9 ， P<0. 040， S<0. 03 ， Cr 0. 03—0. 07， CuO. 2-0. 5， Mg<0. 08， Ti<0. 02，余量為Fe。 -
將完成澆鑄成型后的曲軸按照以下條件進行熱處理奧氏體化處理溫度 為840-920°C，保溫0. 5-2. 5小時，隨爐冷至770-85(TC進行三相區(qū)處理，三相 區(qū)處理的時間為1-3小時，出爐強風霧冷。首先在高溫區(qū)進行充分奧氏體化轉(zhuǎn) 變，讓組織充分擴散，均勻分布，然后在低溫區(qū)增加了曲軸的三相區(qū)的保溫 處理，讓珠光體和鐵素體充分進行轉(zhuǎn)變，這樣，更有利于獲得更好的基體組 織。熱處理是為了更好的細化晶粒，獲的更有利于提高性能的基體組織。基 體組織珠光體含量90%以上，石墨球小而圓整，球化率在1 3級，石墨大小 為6 8級，滲碳體和磷共晶總量不大于3。。
本發(fā)明生產(chǎn)曲軸中Ti的含量大幅降低，可以很大程度消除鐵水遺傳性對 鑄件質(zhì)量的影響，在電爐熔煉過程中增碳增硅，孕育質(zhì)量有了很大改善，在 經(jīng)過改進后的熱處理工藝，可以使曲軸本體組織非常細化和均勻分布。曲軸 本體抗拉強度》900Mpa，屈服強度》500Mpa，延伸率》5%，沖擊值AK》 40J/cm2，硬度250-300HB。
實施例l:采用100%的碳素結(jié)構(gòu)鋼，電爐熔煉，在電爐熔煉過程中首先 加入增碳劑，加入量在3. 4%，以15T的電爐計算大約在510Kg，分3批加入， 這樣有利于C的吸收，再加入1.4%的75硅鐵進行孕育，以15T的電爐計算
5大約在21Kg，在經(jīng)過球化處理，澆注成型。澆注過程中進行二次隨流孕育。 所獲得合金球鐵曲軸成分(重量％)是C3. 50， Si 1.60， Mn0.31， P 0. 024， S 0.018 ， Cr 0. 03， Cu 0.22， Mg 0.043， Ti 0.0093，余量為Fe。將完 成澆鑄成型后的曲軸按照以下條件進行熱處理840度保溫2.5小時，隨爐 冷至7》0度保溫3小時，出爐強風霧冷。
實施例2:采用100%的碳素結(jié)構(gòu)鋼，電爐熔煉，在電爐熔煉過程中首先 加入增碳劑，加入量在3. 7%，以15T的電爐計算大約在555Kg，分3批加入， 這樣有利于C的吸收，在加入1.8%的75硅鐵進行孕育，以15T的電爐計算 大約在27Kg，在經(jīng)過球化處理，澆注成型。澆注過程中進行二次隨流孕育。 所獲得合金球鐵曲軸成分(重量％)是C3.83, Si 2. 14， Mn0.45， P 0. 020， S 0.0072， Cr 0.051， Cu 0. 35， Mg 0.041， Ti 0. 010，余量為Fe。將完 成澆鑄成型后的曲軸按照以下條件進行熱處理88a度保溫1.5小時，隨爐 冷至810度度保溫2小時，出爐強風霧冷。
實施例3:采用100%的碳素結(jié)構(gòu)鋼電爐熔煉，在電爐熔煉過程中首先加 入增碳劑，加入量在3.9%左右，以15T的電爐計算大約在585Kg左右，分3 批加入，這樣有利于C的吸收，在加入2. 3%左右的75硅鐵進^f于孕育，以15T 的電爐計算大約在34.5Kg左右，在經(jīng)過球化處理，最后隨流孕育澆注成型。 所獲得合金球鐵曲軸成分(重量％)是C3. 99 ， Si 2.48 ， Mn 0, 9 ， P 0. 039， S 0.012 ， Cr 0.068， Cu 0.48， Mg 0.074， Ti 0.017，余量為Fe。將完 成澆鑄成型后的曲軸按照以下條件進行熱處理920度保溫2.5小時，隨爐 冷至850度保溫2.5小時，出爐強風霧冷。得到合金球鐵曲軸。
上述各實施例得到的合金球鐵曲軸具體性能指標如下:
試驗結(jié)果實施例抗拉強 度Rm (Mpa)屈服強度 RP (Mpa)延伸 率A%沖擊值 AK (J/cm2)硬度 (HB)球化 級別 (級)球徑 大小 (級)珠光 體含滲碳 體含
實施例190661377027526950
實施例29236257. 66026826'950
實施例39126037, 47026926950
6本發(fā)明合金球鐵曲軸機械性能界于普通球鐵和ADI材料之間。由于其具 有優(yōu)異的綜合性能，并且可以達到良好的圓角滾壓強化效果，使疲勞彎矩大 幅提升，暴制造曲軸的良好材料。同時由于工藝成熟，成本低廉，必將在更 大范圍內(nèi)取代鋼軸。合金球鐵曲軸在繼承傳統(tǒng)球鐵曲軸的優(yōu)點下替代鋼軸， 節(jié)約生'產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。適合于生產(chǎn)QT900-5曲軸。
權(quán)利要求
1、一種合金球鐵曲軸，其抗拉強度≥900MPa，延伸率≥5％，其特征是以碳素結(jié)構(gòu)鋼為原料，用電爐熔煉，在電爐熔煉過程中先加增碳劑再加硅鐵，合金球鐵曲軸的組成成分和含量(重量％)是C 3.50-4.00，Si 1.6-2.5，Mn 0.3-0.9，P＜0.040，S＜0.03，Cr 0.03-0.07，Cu 0.2-0.5，Mg＜0.08，Ti＜0.02，余量為Fe。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述合金球鐵曲軸，其特征是合金球鐵曲軸的組成成分 和含量(重量％)是C 3.83， Si 2.14 ， Mn 0.45， P 0.020， S 0.0072, Cr 0.051， Cu 0.35， Mg 0.041， Ti 0.010，余量為Fe。
3、 一種權(quán)利要求l所述合金球鐵曲軸的熱處理工藝，其特征是奧氏體化處 理溫度為840-92(TC，保溫O. 5-2. 5小時，隨爐冷至770-85(TC進行三相區(qū)處理, 三相區(qū)處理的時間為1-3小時，出爐強風霧冷。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種合金球鐵曲軸及其熱處理工藝，其以碳素結(jié)構(gòu)鋼或工具鋼為原料，在電爐熔煉過程中先加增碳劑再加硅鐵，合金球鐵曲軸的組成(重量％)是C 3.50-4.00，Si 1.6-2.5，Mn 0.3-0.9，P＜0.040，S＜0.03，Cr 0.03-0.07，Cu 0.2-0.5，Mg＜0.08，Ti＜0.02，余量為Fe。奧氏體化處理溫度為840-920℃，保溫0.5-2.5小時，隨爐冷至770-850℃進行三相區(qū)處理，三相區(qū)處理的時間為1-3小時。本發(fā)明改善了曲軸的球化效果和孕育質(zhì)量，Ti的含量低，有效的抑制了鐵水遺傳性對鑄件質(zhì)量的影響。熱處理增加了三相區(qū)處理。本發(fā)明合金球鐵曲軸抗拉強度≥900MPa，屈服強度≥500MPa，延伸率≥5％，具有優(yōu)異的綜合性能，可以制作高牌號QT900-5曲軸。
文檔編號C21D6/00GK101565793SQ20081001537
公開日2009年10月28日 申請日期2008年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月25日
發(fā)明者叢建臣, 于建波, 于海明, 濤 姜, 孫海濤, 畢海防, 崗 陳 申請人:天潤曲軸股份有限公司