本公開涉及具有改進的機械性能例如強度的用于連桿的合金粉末組合物，以及制造在其中可容易鉆螺栓孔的連桿的方法。

背景技術(shù)：

在制造連桿的常規(guī)方法中，在鍛造后執(zhí)行淬火/回火(Q/T)工序以增加強度。在這樣的常規(guī)制造工序中，額外需要復雜的工序，包括用于完成連桿的首次加工、諸如淬火/回火(Q/T)的熱處理工序以及后續(xù)的二次加工。此外，由于熱處理引起的硬度增加，制造工序應(yīng)當執(zhí)行兩次。此外，可能發(fā)生因淬火導致的連桿變形和彎曲。

以上公開的背景技術(shù)的提供有助于對本公開的理解，不應(yīng)解釋為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的常規(guī)技術(shù)。

具體實施方式

本公開從以上問題的角度出發(fā)而做出，并且本發(fā)明構(gòu)思的一個方面提供具有優(yōu)異的機械性能如優(yōu)異的強度的連桿用合金粉末組合物，以及制造在其中鉆螺栓孔可容易地加工的連桿的方法。

根據(jù)本公開中的示例性實施方式，基于100wt％的合金粉末組合物，用于連桿的合金粉末組合物包括0.5-0.8wt％的碳(C)、0.8-1.2wt％的銅(Cu)、1.6-2.0wt％的鉻(Cr)、0.4wt％或更少(但不為0)的錳(Mn)、0.2wt％或更少(但不為0)的硫(S)、余量的鐵(Fe)以及其他不可避免的雜質(zhì)。

鉻(Cr)與銅(Cu)的重量比可以為1.33至2.30。

根據(jù)本公開中的另一個示例性實施方式，用于制造連桿的方法包括：通過將合金粉末注入模具且之后用壓機(press)壓制，模制出初步成型產(chǎn)品，其中基于100wt％的合金粉末，所述合金粉末包括0.5-0.8wt％的碳(C)、0.8-1.2wt％的銅(Cu)、1.6-2.0wt％的鉻(Cr)、0.4wt％或更少但大于0的錳(Mn)、0.2wt％或更少但大于0的硫(S)、余量的鐵(Fe)和其他不可避免的雜質(zhì)。對初步成型產(chǎn)品進行燒結(jié)和鍛造。對鍛造的初步成型產(chǎn)品進行再加熱并冷卻。然后對冷卻的初步成型產(chǎn)品進行回火。

合金粉末中的鉻(Cr)與銅(Cu)的重量比可以為1.33至2.30。

在再加熱中，再加熱的溫度可以為880-950℃，并且再加熱可以在燒結(jié)爐中在氫氛下執(zhí)行。

在冷卻中，可以以2-3℃/s的速率執(zhí)行冷卻。

回火可以在450-600℃下執(zhí)行。

附圖說明

根據(jù)以下與附圖相結(jié)合的詳細描述，將更清楚地理解本公開的以上和其他目的、特征和其他優(yōu)點。

圖1圖示根據(jù)本公開的一個實施方式經(jīng)歷冷卻控制的連桿的圖像。

圖2圖示根據(jù)本公開的一個實施方式的結(jié)晶化的微小銅(minute copper)和滲碳體組織的圖像。

圖3是圖示連桿的屈曲評估結(jié)果的圖。

具體實施方式

現(xiàn)在將對本公開中的示例性實施方式作出詳細參考，其實例在附圖中進行了說明。在全部附圖中相同的附圖標記將被用于表示相同或相似的部件。

圖1圖示根據(jù)本公開的一個實施方式經(jīng)歷冷卻的連桿的圖像，圖2圖示根據(jù)本公開的一個實施方式的結(jié)晶化的微小銅和滲碳體組織的圖像。

根據(jù)本公開中的示例性實施方式，基于100wt％的合金粉末組合物，連桿用合金粉末組合物包括0.5-0.8wt％的碳(C)、0.8-1.2wt％的銅(Cu)、1.6-2.0wt％的鉻(Cr)、0.4wt％或更少但大于0的錳(Mn)、0.2wt％或更少但大于0的硫(S)、余量的鐵(Fe)和其他不可避免的雜質(zhì)。

在下文中，詳細描述了在根據(jù)本公開的連桿用合金粉末組合物中鋼的成分。

碳(C)：0.5-0.8％

碳(C)可以使強度增加且有利于熱處理。當碳(C)以小于0.5％的量添加時，機械性能例如強度降低。此外，當碳(C)以大于0.8％的量添加時，脆性增加并且在連桿的表面產(chǎn)生粗的滲碳體。因此，碳(C)的量被限制在0.05-0.15％。

銅(Cu)：0.8-1.2％

銅(Cu)可以增強淬透性(hardenability)。當銅(Cu)以小于0.8％的量添加時，機械性能可降低。此外，當銅(Cu)以大于1.2％的量添加時，加工性能可降低。因此，銅(Cu)的量被限制在0.10-1.0％。

鉻(Cr)：1.6-2.0％

鉻(Cr)可以增加強度和淬火性能。當鉻(Cr)以小于1.6％的量添加時，機械性能可降低。當鉻(Cr)以大于2.0％的量添加時，燒結(jié)期間在連桿表面上產(chǎn)生氧化物的風險增加。因此，鉻(Cr)的量被限制在1.6-2.0％。

錳(Mn)：0.4％或更低(但不為0)

錳(Mn)可降低鋼中存在的元素的毒性。當錳(Mn)以大于0.4％的量添加時，其與硫結(jié)合形成MnS。當MnS過量形成時，疲勞強度增加。因此，錳(Mn)的量被限制在0.4％或更低。

硫(S)：0.2％或更低(但不為0)

硫(S)可以與錳結(jié)合形成夾雜物。當硫(S)以大于0.2％的量添加時，其與錳結(jié)合形成MnS。當MnS過量形成時，疲勞強度增加。因此，硫(S)的量被限制在0.2％或更低。

在根據(jù)本公開的用于連桿的合金粉末組合物中，鉻(Cr)與銅(Cu)的重量比為1.33至2.30。

銅(Cu)和鉻(Cr)是影響淬透性增加的元素。表述“淬透性”表示鋼通過淬火硬化成馬氏體在鋼鐵淬火硬化時的硬化容易程度的性能。

但是，當由于高含量的銅(Cu)或者低含量的鉻(Cr)導致鉻(Cr)與銅(Cu)的重量比小于1.33時，例如當如圖2所示的鉻(Cr)與銅(Cu)的重量比為0.9時，由微小銅的結(jié)晶引起在連桿表面上過度地產(chǎn)生滲碳體組織，因此，疲勞強度降低。

當由于低含量的銅(Cu)或高含量的鉻(Cr)導致鉻(Cr)與銅(Cu)的重量比高于2.30時，例如當如下表1的比較例5確定的鉻(Cr)與銅(Cu)的重量比為3.0時，屈服強度與其中鉻(Cr)與銅(Cu)的重量比為1.33-2.30的情況相比有顯著降低。

此外，當在燒結(jié)之后執(zhí)行模制時，鍛造壓力可能增加且延展性可能降低。因此，模壓性能可能整體上惡化。

對于實施例和比較例中每個材料的拉伸測試的結(jié)果匯總于下表1中。在此，對冷卻前的性能進行了數(shù)值上的比較。

表1

當將實施例與比較例1進行比較時，可確定比較例1另外包含V而不是Cu。此外，能夠確定Cr以小于1.6％的量添加。相應(yīng)地，能夠確定在比較例1中，屈服強度和抗張強度明顯更低，且硬度也比實施例的更低。

當將實施例與比較例2進行比較時，可確定比較例2不包含Cr，而另外包含Mo。由于這一區(qū)別，比較例2與實施例相比表現(xiàn)出顯著更低的屈服強度、抗張強度和硬度。

當將實施例與比較例3進行比較時，可確定比較例3另外包含Mo并且包括小于1.6％的量的Cr。相應(yīng)地，能夠確定，比較例3與實施例相比表現(xiàn)出顯著更低的屈服強度、抗張強度和硬度。

當將實施例與比較例4進行比較時，可確定比較例4不包含Cu，但是另外包括Mo。此外，可確定比較例4包括大于2.0％的量的Cr。由于這些區(qū)別，比較例4與實施例相比表現(xiàn)出顯著較低的屈服強度和抗張強度。但實施例4的硬度與實施例的類似。

當將實施例與比較例5進行比較時，可確定實施例5另外包含Mo并且包括大于2.0％的量的Cr。相應(yīng)地，能夠確定，在比較例5中，屈服強度顯著較低，而抗拉強度和硬度與實施例的那些類似。

根據(jù)本公開的制造連桿的方法包括：通過將合金粉末注入模具且之后用壓機壓制，來模制出初步成型產(chǎn)品，所述合金粉末基于100wt％的合金粉末包括：0.5-0.8wt％的碳(C)、0.8-1.2wt％的銅(Cu)、1.6-2.0wt％的鉻(Cr)、0.4wt％或更少(但不為0)的錳(Mn)、0.2wt％或更少(但不為0)的硫(S)、余量的鐵(Fe)和其他不可避免的雜質(zhì)。對初步成型產(chǎn)品進行燒結(jié)。然后對燒結(jié)的初步成型產(chǎn)品進行鍛造。對鍛造的初步成型產(chǎn)品進行再加熱并冷卻。然后對冷卻的初步成型產(chǎn)品進行回火。

合金粉末中鉻(Cr)與銅(Cu)的重量比可以為1.33至2.30。

在再加熱中，再加熱的溫度可以為880-950℃，并且再加熱可以在燒結(jié)爐中在氫氛下執(zhí)行。

在冷卻中，冷卻可以以2-3℃/s的速率執(zhí)行。

此外，回火可以在450-600℃下執(zhí)行。

在模制中，將具有以上組成的金屬粉末插入模具中，接著在室溫下通過壓機壓制。使用4-6噸/cm²的壓力。制造出具有與連桿相同形狀的初步成型產(chǎn)品。小頭、大頭和桿是一體形成的。

在燒結(jié)中，為實現(xiàn)粉末間的化學結(jié)合，使用氫氣和氮氣在1100-1140℃下在燒結(jié)爐中對結(jié)合較弱的初步成型產(chǎn)品進行燒結(jié)。在燒結(jié)中，當對粉末形式的成型產(chǎn)品進行加熱時，粉末顆粒結(jié)合，成型產(chǎn)品由此硬化成為成型形狀。因此，在燒結(jié)后初步成型產(chǎn)品的強度增加。

接下來，在鍛造中，將燒結(jié)的初步成型產(chǎn)品投入沖模(die)以進行鍛造壓制，并且向其施加模壓壓力以增加初步成型產(chǎn)品的總體密度。在此，模壓壓力為200-600噸/cm³。

在再加熱中，對鍛造的初步成型產(chǎn)品再次加熱以防止在鍛造之后晶粒在空氣冷卻期間變粗、進而降低強度。再加熱可以在880-950℃下在燒結(jié)爐中在氫氛下進行。

當再加熱溫度低于880℃時，奧氏體組織不被100％轉(zhuǎn)變，因此，在冷卻時可能無法100％地形成為馬氏體組織。此外，當再加熱的溫度高于950℃時，晶粒變粗，因此，性能例如強度可降低。

在冷卻中，對加熱的初步成型產(chǎn)品進行冷卻以通過引發(fā)向馬氏體組織的轉(zhuǎn)變而增強強度。可以在執(zhí)行冷卻的同時將冷卻速率控制在2-3℃/s。當執(zhí)行冷卻控制時，冷卻進行至400℃或更低。

由于初步成型產(chǎn)品的各部件的體積不同，在控制期間各部件具有不同的冷卻速率。體積較小的小頭和桿具有相對較高的冷卻速率，因此，它們的強度由于形成為馬氏體組織而增加。在體積較大的大頭的情況下，其冷卻速率相對較低，因此，回火效應(yīng)自發(fā)地發(fā)生。因此，表現(xiàn)出允許進行螺栓孔鉆鉆孔處理的硬度值。

當以這樣的方式促進制造處理時，即使是在使用裂解加工(fracture splitting)實施裂解(splitting)時形變也減少了，因此，可以使用常規(guī)的裂解加工代替其中使用激光刻痕(laser notch)的加工分割法。因此，制造成本降低。

當控制冷卻速率低于2℃/s時，完全形變成為馬氏體組織是不可能的，并且形成了奧氏體殘余物。因此，機械性能例如強度可能降低。另一方面，當冷卻控制速率高于3℃/s時，由于快速冷卻，初步成型產(chǎn)品彎曲，并且大頭的硬度值可能增加。因此，鉆孔和拋光變得困難，因此，加工成本增加。

在表2中，在僅使控制的冷卻速率變化的情況下，比較了由根據(jù)本發(fā)明用于連桿的合金粉末組合物制成的連桿的機械性能，例如抗彎強度。該合金粉末組合物包括0.7％的碳(C)、1％的銅(Cu)、1.8％的鉻(Cr)、0.4％或更少的錳(Mn)、0.2％或更少的硫(S)和余量的鐵(Fe)。

表2

屈曲是其中連桿因向其施加的壓縮荷載而彎曲的現(xiàn)象?？箯潖姸仁窃谶B桿彎曲前施加至連桿的荷載。此外，基于連桿大頭的底表面測定彎曲度。具體而言，彎曲度可以通過以下方程(1)獲得：

(小頭上側(cè)的距離(step)-小頭下側(cè)的距離)/2---------------------方程(1)

在過冷卻技術(shù)規(guī)范的情況下，屈服強度和抗張強度增加。但是，受控的冷卻速率高，因此，由于快速冷卻而使彎曲度大。當發(fā)生彎曲時，如表2所示連桿的抗彎強度降低。此外，在常規(guī)冷卻技術(shù)規(guī)范的情況下，受控的冷卻速率低，因此彎曲度小。但是，整體的屈服強度、抗張強度和抗彎強度低。

參考圖3，其是圖示對連桿屈曲進行評估的圖，可以確定在一定值或更高值下抗彎強度線性增加，但是在約2mm或更高值下不出現(xiàn)線性的抗彎強度增加，相反地，在約3mm或更高值下抗彎強度降低。

在回火中，在恒定的溫度范圍內(nèi)對冷卻的初步成型產(chǎn)品加熱。回火可以在450-600℃下執(zhí)行以向初步成型產(chǎn)品提供韌性并降低其硬度值。

當回火在低于450℃下執(zhí)行時，初步成型產(chǎn)品的韌性變得不足且硬度值增加。因此，加工變得困難。另一方面，當回火在高于600℃下執(zhí)行時，初步成型產(chǎn)品的機械性能例如強度可能降低。

與在鋼鍛造之后經(jīng)歷Q/T處理的連桿相比，在根據(jù)上述制造連桿的方法制造的連桿的情況下，機械性能例如屈服強度、抗張強度和芯部硬度是極好的。

通過將冷卻速率控制在2-3℃/s來代替根據(jù)常規(guī)方法通過熱處理例如淬火將連桿整體快速冷卻，小頭和桿由于其體積小而相對快速地冷卻，大頭由于其體積大則相對較慢地冷卻。因此，可顯示出自發(fā)的回火效應(yīng)。

將通過根據(jù)本公開的連桿制造方法制造的連桿與在鋼鍛造之后經(jīng)歷Q/T處理的連桿的機械性能進行了比較。結(jié)果總結(jié)在下表3中。

表3

如表3所示，能夠確定的是，與在鋼鍛造之后經(jīng)歷Q/T處理的連桿相比，通過根據(jù)本公開的連桿制造方法制造的連桿具有增強的屈服強度、抗張強度和芯部硬度。此外，能夠確定的是，在通過根據(jù)本公開的連桿制造方法制造的連桿中，大頭的芯部硬度低于小頭或桿的芯部硬度。因此，大頭的硬度值相對較低，因此有利于加工。

如從上述說明中顯而易見的，本公開提供了用于連桿的合金粉末組合物。通過控制合金粉末組合物中的影響淬透性增加的銅(Cu)與鉻(Cr)的重量比，可以預期機械性能例如疲勞強度和抗張強度的增強。

此外，能夠預期的是，根據(jù)使用本公開的合金粉末制造連桿的方法，通過在實施冷卻時控制冷卻速率，顯示出整體上優(yōu)異的機械性能，同時，體積大的大頭具有優(yōu)異的模壓性能。

盡管已出于說明性的目的公開了本公開的示例性實施方式，但本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠認識到，在不偏離如所附權(quán)利要求公開的發(fā)明的范圍和主旨的情況下，多種修改、添加和替換是可行的。