专利名称：一种球铁合金曲轴的制作方法
技术领域：
本发明涉及冶金和铸铁合金领域，具体地说是一种球铁合金曲轴。
背景技术：
我们知道，曲轴是重要的机器零件之一，其结构和受力复杂，工作负荷大，对内部 冶金材料和铸造质量以及成型精度要求都很高。传统球墨铸铁曲轴与钢轴相比具有易切 削、润滑效果好的特点，目前用于正火态曲轴最好的材料为球铁900-2，曲轴本体抗拉强度 彡900Mpa，延伸率彡2%，整体硬度低，在HB300以下。而等温淬火球铁ADI材料的金相组 织为奥贝球铁，抗拉强度> 900Mpa，延伸率> 2%，整体硬度在HB300以上，导致ADI曲轴 加工困难且圆角滚压效果不是十分理想，且成本比较高，因此用等温淬火的方法生产高牌 号球铁曲轴的工艺在我国一直难以推广。本申请人专利一种曲轴用铜锡球铁材料，专利号 为 99112243. 7，其化学成分为 C 3. 1-3. 3%, Si 2. 15-2. 35%, S ( 0. 03%, P ( 0. 04%, Mn 0. 25-0. 45%,Cu 0.5-0. 7%，Sn 0. 03-0. 05%，其余为Fe。其采用锡代替钼铸造球铁曲轴， 其成本低，加入锡后石墨球趋于圆整，个数增加，球径变小，并能强烈的促进珠光体的形成， 使曲轴的强度提高稳定达到或超过标准。曲轴的破坏形式主要是弯曲疲劳破坏，曲轴疲劳裂纹几何都起源于应力集中的部 位——曲轴曲柄至轴颈的过渡圆角处，因此，圆角滚压是延长曲轴疲劳寿命的关键。圆角滚 压用在钢轴上效果不是很大，但用在球铁曲轴上则大大提高了曲轴的强度。主要是因为球 铁具有微观塑性大，而宏观塑性小的特点，微观形变对强化作用甚大。利用滚轮的压力作 用，在曲轴的主轴颈和连杆颈过渡圆角处很容易形成一条滚压塑性变形带。这条塑性变形 带产生的残余压应力可与曲轴在工作时的拉应力抵消或部分抵消，同时使圆角处形成高硬 度的致密层，使圆角表面粗糙度达到RaO. 1以下，从而大大减小圆角处的应力集中，从而提 高曲轴疲劳强度和机械强度。经德国赫根塞特(HEGENSCHEID)公司测定，球铁曲轴经滚压 后寿命可增至100% 280%。在实际的生产过程中，由于球铁曲轴某些元素或者机械性能 的影响，滚压效果并不十分，在柴油机增压过程中反而容易断裂。随着柴油机不断增压强化以及向大功率发展，对曲轴本体的机械性能提出了更高 的要求。即在抗拉强度高的基础上延伸率也要提高。以便于曲轴的圆角滚压生产，提高抗 疲劳性，用来代替45#、42CrM0Al、48MnV、38MnSiV等调质钢和非调质合金结构钢曲轴。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了克服上述现有技术的不足，提供一种适合于塑 性变形，具有良好的机械性能和综合性能，可以达到良好的圆角滚压强化效果，使疲劳弯矩 大幅提升，实现以铁代钢的球铁合金曲轴。本发明解决上述技术问题采用的技术方案是一种球铁合金曲轴，其以优质生铁 为原料，用电炉熔炼，其特征是在熔化中过程加入铜、镍，经球化孕育处理、浇注、冷却、清 理得到球铁合金曲轴，球铁合金曲轴的组成成分和含量(重量％)是C 3.50-4.00，Si1. 1-2. 0，Mn 0. 1-0. 8，P < 0. 040，S < 0. 03，Cu 0. 35-0. 5，NiO. 25-0. 35，余量为 Fe。本发明由于合金球铁以优质生铁为原料，电炉熔炼过程加入铜、镍，铜元素可以 有效的提高曲轴的抗拉强度，镍元素则能抵消铜元素降低球铁塑韧性的作用。对照现有 技术，本发明球铁合金曲轴抗拉强度> 900Mpa，屈服强度> 500Mpa，延伸率> 5%，冲击值 AK彡40J/cm2，硬度为250-300HB，其具有优异的综合性能，并且可以达到良好的圆角滚压 强化效果，使疲劳弯矩大幅提升，可以制作高牌号WD615曲轴。其在继承传统球铁曲轴的优 点下可替代钢轴，工艺成熟，生产成本低，生产效率大大提高。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步的描述。本发明采用优质生铁为原料，在15t的美国应达电炉熔炼，在电炉熔炼过程中加 入铜、镍，进行球化孕育、浇注成型。浇注过程中进行二次随流孕育，加入球铁孕育剂，便于 进一步提高石墨球的圆整度，同时使组织更加细化。球铁专用孕育剂为市购产品。所获得合 金球铁曲轴成分和含量(重量％ )是C 3. 50-4. 00，Si 1. 1-2. Ο,Μη 0. 1-0. 8，Ρ < 0. 040， S < 0. 03，Cu0. 35-0. 5，NiO. 25-0. 35，余量为Fe。试验表明，铜元素可以有效的提高曲轴的 抗拉强度，镍元素则能抵消铜元素降低球铁塑韧性的作用。通过对铜镍合金成份进行综合 优化，达到其复合作用。随着铜含量的增加，球铁的抗拉强度提高，当铜由0增至到0. 5%左 右，强度增加明显，再由0. 5%提高，则强度值变化不大。而随着铜含量的增加，试棒延伸率 逐渐降低。镍加入量较低时，镍改善球铁塑性的作用发挥得不充分，造成延伸率波动较大； 镍合金加入量较高，延伸率普遍提高，可见镍不但具有提高延伸率的作用而且能够稳定延 伸率。本发明中，铜-镍复合作用的最佳加入量范围为铜0.35-0.5%、镍0.25-0. 35%。实验数据表明铜镍复合时，合金量(铜+镍)％为0. 8%时，试棒强度可达960Mpa 左右ο本发明WD615铁轴本体抗拉强度彡900Mpa，屈服强度彡500Mpa，延伸率彡5%，冲 击值AK彡40J/cm2，硬度250-300HB。进行圆角滚压，其疲劳强度和安全系数可以与钢轴相 媲美，足以实现以铁代钢。实施例1 在熔炼过程中首先挑选优质生铁，优质生铁(成分中C 4.0%, Sil. 12%,Mn 0. 1%,P 0. 04%,S 0.03%)，在熔化中过程加入铜、镍，进行球化孕育、浇注成型。所获得合 金球铁曲轴成分和含量(重量％)是:C 4. 0%,Si 1. 12%,Mn 0. 1%,P 0. 04%,S 0. 03%, Cu 0. 35%, NiO. 35%，余量为 Fe。实施例2 采用优质生铁，电炉熔炼，在熔化中过程加入铜、镍，进行球化孕育、浇 注成型。所获得合金球铁曲轴成分和含量(重量％ )是C 4. 0%、Si 2.0%, Mn 0.8%, P 0. 01%, S 0. 02%, Cu 0. 50%，NiO. 3%，余量为 Fe。实施例3 采用优质生铁，电炉熔炼，在熔化中过程加入铜、镍，进行球化孕育、浇 注成型。所获得合金球铁曲轴成分和含量(重量％)是C 3. 5%、Si 1.8%, Mn 0.7%, P 0. 03%, S 0. 03%, Cu 0. 40%，NiO. 25%，余量为 Fe。上述各实施例得到的合金球铁曲轴具体性能指标如表1 表1
实施例2生产的WD615铁轴，进行圆角滚压，其疲劳强度和安全系数可以与钢轴相 媲美，足以实现以铁代钢。结果见表2。表权利要求
一种球铁合金曲轴，其以优质生铁为原料，用电炉熔炼，其特征是在熔化中过程加入铜、镍，经球化孕育处理、浇注、冷却、清理得到球铁合金曲轴，球铁合金曲轴的组成成分和含量(重量％)是C 3.50 4.00，Si 1.1 2.0，Mn 0.1 0.8，P＜0.040，S＜0.03，Cu 0.35 0.5，Ni0.25 0.35，余量为Fe。
2.根据权利要求1所述合金球铁曲轴，其特征是合金球铁曲轴的组成成分和含量 (重量％ )是C 4.0%、Si 2. 0%,Μη 0. 8%,P 0. 01%,S 0. 02%, Cu 0. 50%，NiO. 3%，余 量为Fe。
全文摘要
本发明涉及一种合金球铁曲轴，其以优质生铁为原料，用电炉熔炼，在熔化中过程加入铜、镍，经球化孕育处理、浇注、冷却、清理得到球铁合金曲轴，球铁合金曲轴的组成成分和含量(重量％)是C 3.50-4.00，Si 1.1-2.0，Mn 0.1-0.8，P＜0.040，S＜0.03，Cu 0.35-0.5，Ni 0.25-0.35，余量为Fe。铜元素可以有效的提高曲轴的抗拉强度，镍元素则能抵消铜元素降低球铁塑韧性的作用。本发明球铁合金曲轴抗拉强度≥900MPa，屈服强度≥500MPa，延伸率≥5％，冲击值AK≥40J/cm2，硬度为250-300HB，可以达到良好的圆角滚压强化效果，使疲劳弯矩大幅提升，用来制作高牌号WD615曲轴。
文档编号C22C33/08GK101893033SQ20091001560
公开日2010年11月24日 申请日期2009年5月19日 优先权日2009年5月19日
发明者丛建臣, 于建波, 于海明, 孙军, 李首锋 申请人:天润曲轴股份有限公司