專利名稱：一種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車底盤，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸。
背景技術(shù)：
曲軸是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的曲柄連桿機(jī)械中最重要的機(jī)件之一，它與連桿配合將作用在活塞頂上的燃燒氣體壓力轉(zhuǎn)變?yōu)榍D(zhuǎn)的動(dòng)力，進(jìn)而傳給底盤的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。同時(shí)，驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)和其它輔助裝置，如風(fēng)扇、水泵、發(fā)電機(jī)等。由于活塞的變速往復(fù)運(yùn)動(dòng)、曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和連桿的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致各零部件特別是曲軸受到高頻、交變的拉、壓、剪、扭、振動(dòng)、摩擦等復(fù)雜應(yīng)力作用。當(dāng)這些應(yīng)力過(guò)大且交變應(yīng)力經(jīng)過(guò)很大的循環(huán)次數(shù)后，易造成曲軸和其它零件的失效，尤其是疲勞斷裂的產(chǎn)生。
為了滿足曲軸承受負(fù)荷的強(qiáng)度要求，目前，在排量、額定功率較大的轎車的發(fā)動(dòng)機(jī)中，其曲軸都是采用中碳鋼或中碳合金鋼經(jīng)模鍛而成。這種曲軸結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是曲柄半徑較大(Φ43～Φ50mm)，重疊度值很小(0.25～2.5mm)。目前各廠家都是采用錳釩低合金的曲軸材料。為了提高耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，軸頸表面經(jīng)高頻淬火或氮化處理，并經(jīng)精密磨削加工，以達(dá)到較高的尺寸精度、表面硬度和表面粗糙度的要求。曲軸表面磨損或失圓，須進(jìn)行磨削修正或更換。但是，采用上述的鋼材料制造曲軸，也存在弊端。主要是三方面問題，一是鋼材料價(jià)格較高，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)成本高；其次是毛坯制造難度較大，鍛造工藝設(shè)備復(fù)雜、加工過(guò)程成本高；三是在后續(xù)的切削加工中難度較大。
在小排量(2.0L以下)的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中，其曲軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是曲柄半徑較小(Φ34.5～Φ45.5mm)，重疊度值較大(4.75～13.5mm)。對(duì)于這類曲軸的材料，國(guó)內(nèi)各大廠家已普遍采用鑄態(tài)或正火態(tài)的QT700-2、QT800-2、QT850-2等牌號(hào)的球墨鑄鐵，其耐磨、減震、降噪的性能和抗疲勞強(qiáng)度都有了一定的提高，且加工制造難度下降，并獲得了節(jié)能、降耗的效果。但是，其牌號(hào)最高、性能最好的球墨鑄鐵的機(jī)械性能為抗拉強(qiáng)度σb＞900MPa，屈服強(qiáng)度σs≥600MPa，延伸率δ≥2％，仍然不能完全滿足曲軸所承受的負(fù)載的要求，特別是不能適應(yīng)大排量汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷。
綜上所述，鑄鐵是曲軸材料的發(fā)展方向，但是其材料的性能、工藝仍需要提高，以滿足各類汽車制造和使用的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是提供一種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸，其目的是提高曲軸材料的機(jī)械性能。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為所提供的這種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸采用鑄鐵材料，所述的鑄鐵材料采用材料強(qiáng)化工藝，其方法為普通球墨鑄鐵經(jīng)等溫淬火熱處理成為奧貝球墨鑄鐵，其基體組織為上貝氏體和殘余奧氏體，鑄態(tài)毛坯球化等級(jí)為1～2級(jí)，石墨球徑為6級(jí)以上。
所述的奧貝球墨鑄鐵的曲軸的材料強(qiáng)化工藝過(guò)程為鑄造球墨鑄鐵曲軸毛坯、高溫奧氏體化加熱、等溫淬火、清洗、表面滾壓拋光。
所述的鑄造球墨鑄鐵曲軸毛坯，其鑄造方法為金屬型覆砂生產(chǎn)工藝，即型腔體為金屬，型腔內(nèi)表面覆造型砂，造型砂采用過(guò)濾器凈化工藝，造型砂均勻無(wú)雜質(zhì)。
所述的鑄造球墨鑄鐵曲軸毛坯材料，其強(qiáng)化工藝過(guò)程中的熔化工藝是采用中頻電爐熔化方法，爐料和配料的化學(xué)成份為錳(Mn)＜0.3％，磷(P)＜0.03％，硫(S)＜0.02％，碳(C)＝3.5～3.9％，硅(Si)＝2.2～2.6％，銅(Cu)＝0.7～0.9％，采用含鋇低稀土即硅鎂合金為球化劑，加入量為0.8～0.9％。
所述的等溫淬火的工藝規(guī)范為奧氏體化加熱溫度890～910℃，保溫時(shí)間1～1.5小時(shí)，等溫淬火至365～370℃，保溫時(shí)間1.5～2小時(shí)。
采用上述技術(shù)方案，使本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)所采用的普通鑄鐵相比，具有更好的機(jī)械力學(xué)性能，耐磨性、韌性和疲勞強(qiáng)度更高，且具有節(jié)能、降耗、減震、降低成本的效果。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明圖1為本發(fā)明的等溫淬火工藝曲線示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明所要解決的問題是提供一種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸，特別是應(yīng)用于較大排量的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸中。本發(fā)明的核心問題是提高采鑄鐵材料的曲軸的綜合力學(xué)性能，用較低成本的鑄鐵材料代替鋼材特別是低合金鋼的鍛造毛坯，并采取工藝措施使其滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的性能要求。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案及其相應(yīng)的具體的實(shí)施方式如下本發(fā)明所提供的這種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸采用鑄鐵材料，關(guān)鍵在于鑄鐵材料采用材料強(qiáng)化工藝，其方法為普通球墨鑄鐵經(jīng)等溫淬火熱處理成為奧貝球墨鑄鐵，其基體組織為上貝氏體和殘余奧氏體，鑄態(tài)毛坯球化等級(jí)為1～2級(jí)，石墨球徑為6級(jí)以上。
高強(qiáng)度、高韌性的奧貝體球墨鑄鐵具有優(yōu)越的綜合機(jī)械性能，同時(shí)成本比鋼材低，毛坯制造和切削加工方便。其材質(zhì)性能指標(biāo)為抗拉強(qiáng)度σb＞1050MPa，屈服強(qiáng)度σs≥750MPa，延伸率δ≥4％，硬度HB240～320。
奧貝球墨鑄鐵的曲軸的材料強(qiáng)化工藝過(guò)程為鑄造球墨鑄鐵曲軸毛坯、高溫奧氏體化加熱、等溫淬火、清洗、表面滾壓拋光。表面滾壓拋光的作用在于減少表面缺陷，使表面產(chǎn)生塑性變形和殘余壓就應(yīng)力，提高其硬度，克服疲勞裂紋的產(chǎn)生，大幅度提高曲軸的承載能力和疲勞強(qiáng)度。
本發(fā)明要求保證球墨鑄鐵曲軸毛坯內(nèi)在質(zhì)量最好、穩(wěn)定性和一致性最高、金相組織致密無(wú)疏松、內(nèi)部夾雜物和缺陷最少、機(jī)械強(qiáng)度最高。
為了獲得優(yōu)質(zhì)和穩(wěn)定的球墨鑄鐵的曲軸毛坯，在鑄造球墨鑄鐵曲軸毛坯時(shí)，其鑄造方法為金屬型覆砂生產(chǎn)工藝，即型腔體為金屬，型腔內(nèi)表面覆造型砂。這種方式可以提高鑄型的剛性，控制鑄件的冷卻速度。造型砂采用過(guò)濾器凈化工藝，造型砂均勻無(wú)雜質(zhì)。等溫淬火設(shè)備和作業(yè)線合理配置至關(guān)重要，溫度自動(dòng)測(cè)量調(diào)控，溫度波動(dòng)范圍不得正超過(guò)±0.5℃。
嚴(yán)格控制坯料的化學(xué)成份，進(jìn)行精煉獲得優(yōu)質(zhì)的原鐵水，精選爐料和配料。鑄造球墨鑄鐵曲軸毛坯材料強(qiáng)化工藝過(guò)程中的熔化工藝，采用中頻電爐熔化方法，爐料和配料的化學(xué)成份為錳(Mn)＜0.3％，磷(P)＜0.03％，硫(S)＜0.02％，碳(C)＝3.5～3.9％，硅(Si)＝2.2～2.6％，銅(Cu)＝0.7～0.9％，采用含鋇低稀土即硅鎂合金為球化劑，在保證球化的前提下按最少加入量控制，加入量為0.8～0.9％。孕育處理工藝采用采取多級(jí)瞬時(shí)孕育處理工藝。
控制球墨鑄鐵曲軸毛坯鑄件冷卻速度和打箱時(shí)間，對(duì)鑄件進(jìn)行預(yù)處理。保證球墨鑄鐵曲軸毛坯原始基體組織中珠光體與鐵素體之比例，珠光體最佳含量為65～75％。
如圖1所示，本發(fā)明采用的等溫淬火的工藝規(guī)范為奧氏體化加熱溫度890～910℃，保溫時(shí)間1～1.5小時(shí)，等溫淬火至365～370℃，保溫時(shí)間1.5～2小時(shí)。
上面對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)直接應(yīng)用于其它場(chǎng)合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸，采用鑄鐵材料，其特征在于所述的鑄鐵材料采用材料強(qiáng)化工藝，其方法為普通球墨鑄鐵經(jīng)等溫淬火熱處理成為奧貝球墨鑄鐵，其基體組織為上貝氏體和殘余奧氏體，鑄態(tài)毛坯球化等級(jí)為1～2級(jí)，石墨球徑為6級(jí)以上。
2.按照權(quán)利要求1所述的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸，其特征在于所述的奧貝球墨鑄鐵的曲軸的材料強(qiáng)化工藝過(guò)程為鑄造球墨鑄鐵曲軸毛坯、高溫奧氏體化加熱、等溫淬火、清洗、表面滾壓拋光。
3.按照權(quán)利要求2所述的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸，其特征在于所述的鑄造球墨鑄鐵曲軸毛坯，其鑄造方法為金屬型覆砂生產(chǎn)工藝，即型腔體為金屬，型腔內(nèi)表面覆造型砂，造型砂采用過(guò)濾器凈化工藝，造型砂均勻無(wú)雜質(zhì)。
4.按照權(quán)利要求2所述的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸，其特征在于所述的鑄造球墨鑄鐵曲軸毛坯材料，其強(qiáng)化工藝過(guò)程中的熔化工藝是采用中頻電爐熔化方法，爐料和配料的化學(xué)成份為錳(Mn)＜0.3％，磷(P)＜0.03％，硫(S)＜0.02％，碳(C)＝3.5～3.9％，硅(Si)＝2.2～2.6％，銅(Cu)＝0.7～0.9％，采用含鋇低稀土即硅鎂合金為球化劑，加入量為0.8～0.9％。
5.按照權(quán)利要求2所述的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸，其特征在于所述的等溫淬火的工藝規(guī)范為奧氏體化加熱溫度890～910℃，保溫時(shí)間1～1.5小時(shí)，等溫淬火至365～370℃，保溫時(shí)間1.5～2小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸，采用鑄鐵材料，其特征在于所述的鑄鐵材料采用材料強(qiáng)化工藝，其方法為普通球墨鑄鐵經(jīng)等溫淬火熱處理成為奧貝球墨鑄鐵，其基體組織為上貝氏體和殘余奧氏體，鑄態(tài)毛坯球化等級(jí)為1～2級(jí)，石墨球徑為6級(jí)以上。采用上述技術(shù)方案，使本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)所采用的普通鑄鐵相比，具有更好的機(jī)械力學(xué)性能，耐磨性、韌性和疲勞強(qiáng)度更高，且具有節(jié)能、降耗、減震、降低成本的效果。
文檔編號(hào)F16C3/04GK1959134SQ20061008813
公開日2007年5月9日 申請(qǐng)日期2006年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月27日
發(fā)明者朱航, 徐弋謙 申請(qǐng)人:奇瑞汽車有限公司