专利名称：：稀土添加高碳含量凸轮材料及粉末冶金组合式中空凸轮轴的制作方法
技术领域：
：本发明为汽车发动机凸轮轴新的生产工艺，特别涉及稀土添加高碳含量粉末冶金组合式中空凸轮轴凸轮材料的配方及凸轮、芯轴、轴颈的装配连接及制造方法。
背景技术：
：凸轮轴是汽车发动机配气机构中的重要零件，凸轮轴的结构设计与加工质量好坏，直接影响发动机的性能.近年来,因环境保护的需要,很多国家都在开发低油耗、无污染的汽车发动机.随着发动机功率及转速的不断提髙，对凸轮轴运动的平稳性、射磨性能及抗扭强度提出了更高的要求.同时在保证凸轮轴高强度与可靠性的前提下，凸轮轴的设计制造应具有结构紧凑、重量轻、加工流程简化的特点，以达到轻量化、低成本、高效率的目的。目前，大部分发动机制造企业都采用铸造整体式凸轮轴，其材料有的采用中碳低合金钢(经髙频淬火)，有的采用球墨铸铁.整体式凸轮轴加工工艺包括粗加工、半精加工和精加工。生产中采用自动线多工位机床，设备投资较大，生产线占地面积多，生产成本较髙。汽车工业先进国家在汽车上大量使用粉末冶金零件，平均每辆车达12kg以上。l诉O年代初期以来，美国和日本汽车公司开始研发粉末冶金组合式凸轮轴，如美国RoverMG-F汽车的可变阀控制(WC)发动机,凸轮轴芯轴由冷拉钢管制成，钢管上的凸轮用AstaloyE钢粉(含O.5%C5免Cr,1%Mo，2%Cu，0.5%P及l免Si)烧结而成，驱动轮的烧结元件用Fe—Cu—C烧结而成，然后再钎焊在钢管上，这样的复合凸轮轴在重量上节材40免左右，使加工大大简化、降低成本，并使发动机功率得到提高.日本活塞环株式会社从80年代中期开始生产烧结连接式凸轮轴，1992年开始生产专门用于低能耗发动机的凸轮轴,凸轮采用烧结合金,具有非常好的耐磨损及耐点蚀性能，目前已生产了近10OO万根。我国汽车工业使用粉末冶金材料较少，平均每车3kg左右，且多为导管、轴套之类，髙强度结构件几乎空白。2006年2月《粉末冶金技术》报道了北京亚新科集团所属江苏仪征厂向美国GrandHqveii工厂提供粉末冶金组合式凸轮轴的半成品。另据报道，上海通用公司生产的别克轿车使用了装配式空心凸轮轴，但其凸轮是用锻造工艺成型的钢件.国内有人申请了一项关于凸轮制品的生产工艺,其采用的是复压、复烧和碳氮共渗工艺，凸轮材料的成分为CO.5*,Cul.5%,Crl.5%,MnO.4%,MoO.59i,SO.15%，余量为Fe。但是这种工艺比较复杂，设备要求比较髙，不适合大批量生产。国内还有人申请了一项关于P/M中空凸轮轴凸轮制备及热处理方法的专利，其凸轮成分为CO.4-0.6%,Crl.0-1.5%,Nil.5-2.0%,Mo0.6-1.0%,Cu2-2.5%,其余为Fe,凸轮制备采用粉末锻造法，之后采用油淬+低温回火的热处理工艺，凸轮与芯轴采用机械法连接。但是，这项技术也存在一定的不足，由于凸轮材料碳含量较低，不利用凸轮硬度及射磨性的提高，Cr含量太低，保证不了足够的耐腐蚀性能。另外，凸轮和芯轴采用机械法连接，稳定性不高。而且粉末锻造工艺复杂，设备投资较大。近年来，我国的粉末冶金技术取得了长足的进步，如合金粉末的制备、高密度粉末冶金材料的压制和烧结技术都有发展，为粉末冶金中空凸轮轴的研制和生产创造了条件。粉末冶金中空凸轮轴在汽车工业先进国家如美、德、日得到较为广泛的应用，2006年粉末冶金空心凸轮轴已占领美国凸轮轴市场的30%。目前国内许多发动机制造厂家及凸轮轴专业生产厂对凸轮轴制造新技术给予高度重视，迫切需要国内自行研制的组合式凸轮轴，以求替代进口、节省资金、带来更显著的经济效益。因此，此项技术具有十分广阔的市场和良好的应用前景。
发明内容本发明的目的在于克服传统铸造凸轮轴以及粉末锻造装配式凸轮轴的缺点，改进其他粉末冶金凸轮材料以及优化凸轮、芯轴、轴颈的装配方法，提高组合式中空凸轮轴的使用稳定性。提供一种高效的汽车用组合式中空凸轮轴的生产方法。本发明的凸轮材料成分为C1.5-2%,Cr7.5-10%,Ni1.5-2%，Mo0.75-1%，P0.45-0.6%,氟化稀土1.75-2%，余量为Fe。其中Cr、Mo、P以预合金粉末的形式加入。本发明涉及的组合式中空凸轮轴的具体生产方法是将各种粉末按一定比率混合，混料的同时加入0.8%的硬脂酸锌作为压制润滑剂，加入0.6免的PEG作为粘接抓压机采用60T油压机，压制压力600-700MP,保压时间10-20秒；压制后，凸轮压坯先在950'C下预结30niin，然后与芯轴、轴颈装配烧结114(TC,保温60min，其中芯轴为中空的碳素钢管，轴颈材料为灰铸铁。本发明具有以下优点(1)粉末冶金是一种近净形的制造工艺，与传统机械加工生产方法相比，具有成本低、效率高、前期投资少、环境污染小等优点，而且能够制造复杂形状的机械结构零件，具有节材、省能、省工时等优势，非常适合于大批量生产。(2)本发明中的粉末冶金成型工艺简单，且凸轮预烧后与芯轴装配烧结，一次性实现冶金结合，结合强度高，性能可靠。(3)本发明涉及的凸轮材料含碳量达1.5-2%，烧结之后的凸轮材料硬度HRC》55,且含有大量弥散分布的游离态石墨，可以起到很好的润滑作用，大大降低了凸轮的磨损，提高了使用寿命。(4)稀土元素的加入，可起到活化烧结、细化晶粒的目的，而且可以降低烧结温度，减少装配烧结时的尺寸变形量。另外，装配烧结完成后，无需进行热处理及后续机加工，这又在一定程度上节省了工时，降低了生产成本。图l(a)、(b)凸轮材料烧结后的显微组织图2(a)粉末冶金组合式中空凸轮轴示意图图2(b)粉末冶金组合式中空凸轮轴实物图,附表说明表l组合式凸轮轴连结方法性能比较具体实施例方式下面结合附图及附表进一步说明本发明的具体内容。凸轮材料成分如前所述，其经压制烧结后显微组织如图l所示，组织为珠光体+渗碳体，且有适量弥散分布的游离态石墨存在，能够起到良好的润滑作用，这种组织在保证凸轮材料高硬度的同时，大大降低其摩擦系数，提高耐磨性能。稀土元素的加入，可起到活化烧结、细化晶粒的目的，而且可以降低烧结温度，减少装配烧结时的尺寸变形量。凸轮材料HRC硬度》55,抗拉强度^550MP。图2(a)、(b)分别是粉末冶金组合式中空凸轮轴装配示意图及实物图。凸轮预烧后与芯轴、轴颈装配烧结，一次性实现冶金结合，结合强度高，性能可靠。表l所示为组合式凸轮轴冶金结合方法与其他连接方式的性能比较，对比可以看出，冶金结合方式综合性能大大优于其他连接方式。另外，装配烧结完成后，无需进行热处理及后续机加工，这又在一定程度上节省了工时，降低了生产成本。表一<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>权利要求1.一种组合式粉末冶金中空凸轮轴凸轮材料，其特征是合金成分含量为C1.5-2％，Cr7.5-10％，Ni1.5-2％，Mo0.75-1％，P0.45-0.6％，氟化稀土1.75-2％，余量为Fe，并加入0.8％的硬脂酸锌粉末作为压制润滑剂和0.6％的PEG作为粘接剂。2、一种组合式粉末冶金中空凸轮轴压制烧结工艺，其特征是压机采用60T油压机，压制压力600-700MP，保压时间10-20秒；压制后，凸轮压坯先在950'C下预结30min,然后与芯轴、轴颈装配烧结1140'C，保温60min,其中芯轴为中空的碳素钢管，轴颈材料为灰铸铁。3、一种组合式粉末冶金中空凸轮轴凸轮和芯轴连接方式，其特征是凸轮预烧后与芯轴装配烧结，一次性实现冶金结合，结合强度高，性能可靠。4、一种含有适量弥散分布的游离态石墨的凸轮材料，其特征是较高的碳含量在保证高硬度的同时，可以起到很好的润滑作用，大大降低凸轮的磨损，.提高了使用寿命。全文摘要本发明公开了一种粉末冶金装配式凸轮轴凸轮材料的配方及其制备方法。稀土添加高碳含量凸轮材料的成分为C1.5-2％，Cr7.5-10％，Ni1.5-2％，Mo0.75-1％，P0.45-0.6％，氟化稀土1.75-2％，余量为Fe，其中Cr、Mo、P以预合金粉末的形式加入。将各种粉末按一定比率混合，混料的同时加入0.8％的硬脂酸锌作为压制润滑剂，加入0.6％的PEG作为粘接剂。压制后，压坯先在950℃下预结30min，然后与凸轮、轴颈装配烧结1140℃，保温60min。用该种方法生产的装配式中空凸轮轴在保证了高强度与可靠性的前提下，同时具有结构紧凑、重量轻、加工流程简化的特点，达到了轻量化、低成本、高效率的目的，克服了传统铸造凸轮轴难以解决的技术难题。文档编号B22F3/16GK101368250SQ200810045999公开日2009年2月18日申请日期2008年9月8日优先权日2008年9月8日发明者宁李,卫杨,计熊,邱代荣申请人:四川大学