一种汽车发动机锻件及其锻造方法
【专利摘要】本发明涉及一种汽车发动机锻件及其锻造方法，所述的发动机锻件由包括以下重量百分比的组分制成：碳：0.07~0.17，硅：0.13~0.15，镍：1.2~1.8，铬：2.2~4.5，锰：0.2~0.6，铜：0.05~0.15，钼：0.3~0.4，钛：0.5~1.2，钒：0.2~0.6余量为铁，各组分之和为100%。本发明通过合理的材料配方设计，采用粉末锻造方法进行锻造，提高了材料的利用率，锻件没有飞边，无材料损耗，机械加工余量小，制得的锻件耐高温、耐腐蚀、耐磨损、机械强度高。
【专利说明】一种汽车发动机锻件及其锻造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及汽车发动机领域，具体涉及一种汽车发动机锻件及其锻造方法。
【背景技术】
[0002]随着现代汽车发动机行业的发展，对汽车发动机厂家提出了更高的要求，汽车发动机厂家不仅要具有大批量生产的能力，也同时要具有小批量、多品种的生产技术。所以，在汽车发动机厂家现在已经普及了互换性、自动化生产，做到了流水线式生产线布置及工艺安排。而汽车发动机使用的特殊环境，使得对汽车发动机的材料及制备工艺较高。
[0003]在汽车的材料使用中，按重量计算，汽车上有71.9%的锻件。一般的汽车由车身、车箱、发动机、前桥、后桥、车架、变速箱、传动轴、转向系统等15个部件构成汽车锻件的特点是外形复杂、重量轻、工况条件差、安全度要求高。特别是汽车发动机锻件，需要锻件的材料具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、机械强度高的优点，更关系到汽车的安全性能和运行效率。
【发明内容】
[0004]为了解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种耐高温、耐腐蚀、耐磨损、机械强度高的汽车发动机锻件及其制备方法。
[0005]本发明的技术方案如下:
一种汽车发动机锻件，由包括以下重量百分比的组分制成:碳:0.07、.17，硅:0.13?0.15，镍:1.2?1.8，铬:2.2?4.5，锰:0.2?0.6，铜:0.05?0.15，钥:0.3?0.4，钛:
0.5?1.2，钒:0.2?0.6余量为铁，各组分之和为100%ο
[0006]优选的，所述的钛的重量百分比为0.8^1.0，钒:0.3^0.5。
[0007]钒元素是铁的优良的脱氧剂，可以细化组织晶粒，提高强度和韧性，同时钒与碳形成碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。
[0008]氢化脱氢钛粉具有质量好、粒度细的特点，在粉末锻造工艺中和钒一起使用能够增加锻件的晶粒分散。
[0009]优选的，所述的钛选自氢化脱氢钛粉或离心雾化钛粉，优选氢化脱氢钛粉。
[0010]优选的,所述的镍、铬和猛的重量比例为1:2:(0.3^0.5)。
[0011 ] 镍元素的加入能提高锻件的强度和韧性，提高淬透性，和耐腐蚀能力。镍元素的晶格常数与y-铁相近，可以形成连续固溶体，提高锻件的淬硬性，当镍元素与铬和钥一起使用时，淬透性增加尤其明显，同时也增强了锻件的抗疲劳强度。
[0012]铬元素能提高钢的淬透性和耐磨性，能改善钢的抗腐蚀能力和抗氧化作用。
[0013]锰元素的加入能增加锻件的强度和硬度，起到脱氧和脱疏的功效。
[0014]在本发明中镍铬锰按照上述比例进行搭配使用，能够起到较好的协同作用，提升锻件的淬透性、耐磨性、强度和硬度。
[0015]铜元素加入可以提高锻件的耐腐蚀性能，提高韧性和疲劳强度，并对淬透性有一定的好处。
[0016]优选的，所述的铁粉选用10(Γ200目的雾化粉，优选100目的赫格那斯雾化粉。
[0017]优选的，所述的碳选用20(Γ400目的石墨，优选鳞片状石墨。
[0018]上述汽车发动机锻件的制备方法，包括以下步骤:
(1)原料雾化制粉
按以下重量百分比准备原料，碳:0.07、.17，硅:0.13^0.15，镍:1.2^1.8，铬:
2.2?4.5，锰:0.2?0.6，铜:0.05?0.15，钥:0.3?0.4，钛:0.5?1.2，钒:0.2?0.6 余量为铁，各组分之和为100%，将各组分原料加入真空感应炉冶炼，浇筑成金属块，然后将金属块加入真空感应炉-氩气雾化装置重熔，熔融的金属液体经过漏嘴流入氩气雾化装置中，用高压氩气将其雾化成粉末；
(2)粉末预处理
将步骤(I)中制得的粉末经过筛分后进入静电分离装置，通过静电处理除去其中的非金属杂质，然后加入真空炉中加热除去粉末表面吸附的气体；
(3)热压成形
将步骤(2)中预处理的粉末在真空下装入模具中，密封，热压后冷却成形，取出成形后的制品，经过锻造、淬火和时效处理制得所述汽车发动机锻件。
[0019]优选的，所述的步骤(I)中在真空感应炉中冶炼的温度为1600°C?1800°C，真空度为 0.002?0.005Pa ；
优选的，所述的步骤(I)中在真空感应炉-氩气雾化装置中重熔的温度为15000C?1700°C，真空度为0.2?0.8Pa，氩气吹喷压力为2.0?2.5MPa。
[0020]优选的，其特征在于，所述的步骤(2)中筛分后粉末的粒度为10(Γ200目，优选200目；
优选的，所述的步骤(2)中真空炉中加热的温度为40(T500 °C，真空度为0.001 ?0.003Pa。
[0021]优选的，所述的步骤(3)中热压的温度为1200°C?1400°C，压力为10(Tl50MPa ； 优选的，所述的步骤(3)中锻造工艺具体为，先将成形后的制品用水压机进行自由锻预制坯，加热温度为1200°C，锻造过程中变形量为50%飞0%，然后在1300°C下用水压机进行模锻，一火锻成；
优选的，所述的步骤(3)中淬火处理的具体工艺为，将锻好的制品加入9(T10(TC的热水中进行淬火处理。
[0022]本发明的锻件合金淬火敏感性较高，如采用空冷方式淬火，会导致锻件伸长率下降，强度低，如采用冷水进行淬火，会导致冷却不均匀，晶粒分布不均匀，而采用较高温度的热水进行淬火处理，可以使锻件的晶粒变小，分布更加均匀，伸长率和强度得到较大提升。
[0023]和现有技术相比，本发明的有益效果在于:
1.本发明通过合理的材料配方设计,制得了一种耐高温、耐腐蚀、耐磨损、机械强度高的汽车发动机锻件。
[0024]2.本发明采用粉末锻造方法进行锻造，提高了材料的利用率，锻件没有飞边，无材料损耗，机械加工余量小，制得的锻件力学性能优异。
[0025]3.本发明锻造过程中采用先自由锻预制坯，再锻模的多次固溶锻造工艺改善了锻态混晶和粗晶组织，有利于获得均勻细小的晶粒。
[0026]4.本发明的淬火处理工艺使锻件的晶粒变小，分布更加均匀，伸长率和强度得到较大提升。
【具体实施方式】
[0027]下面结合实施例对本发明做进一步说明，实施例中除特殊说明外，所有组分含量均为重量百分比。
[0028]实施例1
一种汽车发动机锻件，由以下方法制得:
(1)原料雾化制粉
按以下重量百分比准备原料，碳0.15，硅:0.14，镍:1.6，铬:3.2，锰:0.48，铜:0.1，钥:0.35，钛:0.8，钒:0.3余量为铁，各组分之和为100%，将各组分原料加入真空感应炉冶炼，浇筑成金属块，然后将金属块加入真空感应炉-氩气雾化装置重熔，熔融的金属液体经过漏嘴流入氩气雾化装置中，用高压氩气将其雾化成粉末；
所述的钛选自氢化脱氢钛粉，所述的铁粉100目的赫格那斯雾化粉，所述的碳选用300目鳞片状石墨；
其中在真空感应炉中冶炼的温度为1700°C，真空度为0.004Pa ；
其中在真空感应炉-氩气雾化装置中重熔的温度为1600°C，真空度为0.5Pa，氩气吹喷压力为2.2MPa ；
(2)粉末预处理
将步骤(I)中制得的粉末经过筛分后进入静电分离装置，通过静电处理除去其中的非金属杂质，然后加入真空炉中加热除去粉末表面吸附的气体；
其中筛分后粉末的粒度为150目，
其中真空炉中加热的温度为450°C，真空度为0.002Pa。
[0029](3)热压成形
将步骤(2)中预处理的粉末在真空下装入模具中，密封，热压后冷却成形，取出成形后的制品，经过锻造、淬火和时效处理制得所述汽车发动机锻件。
[0030]其中热压的温度为1300°C，压力为120MPa ;锻造工艺具体为，先将成形后的制品用水压机进行自由锻预制坯，加热温度为1200°C，锻造过程中变形量为55%，然后在1300°C下用水压机进行模锻，一火锻成；淬火处理的具体工艺为，将锻好的制品加入100°C的热水中进行淬火处理。
[0031]对制得的汽车发动机锻件进行性能测试，测试结果如下:抗拉强度1423Rm/MPa，屈服强度 1022 Rp0.2/MPa。
[0032]实施例2
一种汽车发动机锻件，由以下方法制得:
(I)原料雾化制粉
按以下重量百分比准备原料，碳:0.07，硅:0.13，镍:1.2，铬:2.4，锰:0.4，铜:0.05，钥:0.3，钛:0.5，钒:0.2余量为铁，各组分之和为100%，将各组分原料加入真空感应炉冶炼，浇筑成金属块，然后将金属块加入真空感应炉-氩气雾化装置重熔，熔融的金属液体经过漏嘴流入氩气雾化装置中，用高压氩气将其雾化成粉末； 所述的铁粉选用100目的赫格那斯雾化粉，所述的碳选用200目的鳞片状石墨；
其中，真空感应炉中冶炼的温度为1600°C，真空度为0.002Pa ；
在真空感应炉-氩气雾化装置中重熔的温度为1500°C，真空度为0.2Pa，氩气吹喷压力为 2.0MPa ；
(2)粉末预处理
将步骤(I)中制得的粉末经过筛分后进入静电分离装置，通过静电处理除去其中的非金属杂质，然后加入真空炉中加热除去粉末表面吸附的气体；
其中筛分后粉末的粒度为100目，真空炉中加热的温度为400°C，真空度为0.0OlPa ；
(3)热压成形
将步骤(2)中预处理的粉末在真空下装入模具中，密封，热压后冷却成形，取出成形后的制品，经过锻造、淬火和时效处理制得所述汽车发动机锻件；
其中热压的温度为1200°C°C，压力为10MPa ;锻造工艺具体为，先将成形后的制品用水压机进行自由锻预制坯，加热温度为1200°C，锻造过程中变形量为50%，然后在1300°C下用水压机进行模锻，一火锻成；淬火处理的具体工艺为，将锻好的制品加入90°C的热水中进行淬火处理。
[0033]对制得的汽车发动机锻件进行性能测试，测试结果如下:抗拉强度1322Rm/MPa，屈服强度 985 Rp0.2/MPa。
[0034]实施例3
一种汽车发动机锻件，由以下方法制得:
(1)原料雾化制粉
按以下重量百分比准备原料，碳:0.17，硅:0.15，镍:1.8，铬:4.5，锰:0.6，铜:
0.15，钥:0.4，钛:1.2，钒:0.6余量为铁，各组分之和为100%，将各组分原料加入真空感应炉冶炼，浇筑成金属块，然后将金属块加入真空感应炉-氩气雾化装置重熔，熔融的金属液体经过漏嘴流入氩气雾化装置中，用高压氩气将其雾化成粉末；
所述的钛选自离心雾化钛粉，所述的铁粉选用200目赫格那斯雾化粉，所述的碳选用400目的石墨；
其中在真空感应炉中冶炼的温度为1800°C，真空度为0.005Pa ；
其中在真空感应炉-氩气雾化装置中重熔的温度为1700°C，真空度为0.8Pa，氩气吹喷压力为2.5MPa ；
(2)粉末预处理
将步骤(I)中制得的粉末经过筛分后进入静电分离装置，通过静电处理除去其中的非金属杂质，然后加入真空炉中加热除去粉末表面吸附的气体；
其中筛分后粉末的粒度为200目，其中真空炉中加热的温度为500°C，真空度为
0.003Pa ；
(3)热压成形
将步骤(2)中预处理的粉末在真空下装入模具中，密封，热压后冷却成形，取出成形后的制品，经过锻造、淬火和时效处理制得所述汽车发动机锻件。
[0035]其中热压的温度为1400°C，压力为150MPa ；
其中锻造工艺具体为，先将成形后的制品用水压机进行自由锻预制坯，加热温度为1200°C，锻造过程中变形量为60%，然后在1300°C下用水压机进行模锻，一火锻成；
其中淬火处理的具体工艺为，将锻好的制品加入100 V的热水中进行淬火处理。
[0036]对制得的汽车发动机锻件进行性能测试，测试结果如下:抗拉强度1255Rm/MPa，屈服强度 968 Rp0.2/MPa。
[0037]实施例4
一种汽车发动机锻件，由以下方法制得:
(1)原料雾化制粉
按以下重量百分比准备原料，碳0.13，硅:0.14，镍:1.6，铬:3.2，锰:0.48，铜:0.1，钥:0.4，钛:1.0，钒:0.5余量为铁，各组分之和为100%，将各组分原料加入真空感应炉冶炼，浇筑成金属块，然后将金属块加入真空感应炉-氩气雾化装置重熔，熔融的金属液体经过漏嘴流入氩气雾化装置中，用高压氩气将其雾化成粉末；
所述的钛选自氢化脱氢钛粉，所述的铁粉100目的赫格那斯雾化粉，所述的碳选用300目鳞片状石墨；
其中在真空感应炉中冶炼的温度为1700°C，真空度为0.004Pa ；
其中在真空感应炉-氩气雾化装置中重熔的温度为1600°C，真空度为0.6Pa，氩气吹喷压力为2.4MPa ；
(2)粉末预处理
将步骤(I)中制得的粉末经过筛分后进入静电分离装置，通过静电处理除去其中的非金属杂质，然后加入真空炉中加热除去粉末表面吸附的气体；
其中筛分后粉末的粒度为150目，
其中真空炉中加热的温度为500°C，真空度为0.003Pa。
[0038](3)热压成形
将步骤(2)中预处理的粉末在真空下装入模具中，密封，热压后冷却成形，取出成形后的制品，经过锻造、淬火和时效处理制得所述汽车发动机锻件。
[0039]其中热压的温度为1300°C，压力为120MPa ;锻造工艺具体为，先将成形后的制品用水压机进行自由锻预制坯，加热温度为1200°C，锻造过程中变形量为55%，然后在1300°C下用水压机进行模锻，一火锻成；淬火处理的具体工艺为，将锻好的制品加入100°C的热水中进行淬火处理。
[0040]对制得的汽车发动机锻件进行性能测试，测试结果如下:抗拉强度1326Rm/MPa，屈服强度 1013 Rp0.2/MPa。
[0041]以上所述实施例只是本发明的较佳实例，并非来限制本发明实施范围，故凡依本发明申请专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括本发明专利申请范围内。
【权利要求】
1.一种汽车发动机锻件，其特征在于，由包括以下重量百分比的组分制成:碳:0.07?0.17，硅:0.13?0.15，镍:1.2?1.8，铬:2.2?4.5，锰:0.2?0.6，铜:0.05?0.15，钥:0.3?0.4，钛:0.5?1.2，钒:0.2?0.6余量为铁，各组分之和为100%。
2.根据权利要求1所述的一种汽车发动机锻件，其特征在于，所述的钛的重量百分比为 0.8?1.0，钒:0.3?0.5。
3.根据权利要求2所述的一种汽车发动机锻件，其特征在于，所述的钛选自氢化脱氢钛粉或离心雾化钛粉，优选氢化脱氢钛粉。
4.根据权利要求1所述的一种汽车发动机锻件，其特征在于，所述的镍、铬和锰的重量比例为 I:2:(0.3?0.5)。
5.根据权利要求1所述的一种汽车发动机锻件，其特征在于，所述的铁粉选用10(Γ200目的雾化粉，优选100目的赫格那斯雾化粉。
6.根据权利要求1所述的一种汽车发动机锻件，其特征在于，所述的碳选用20(Γ400目的石墨，优选鳞片状石墨。
7.—种如权利要求广6中所述的汽车发动机锻件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)原料雾化制粉 按以下重量百分比准备原料，碳:0.07、.17，硅:0.13^0.15，镍:1.2^1.8，铬:2.2?4.5，锰:0.2?0.6，铜:0.05?0.15，钥:0.3?0.4，钛:0.5?1.2，钒:0.2?0.6 余量为铁，各组分之和为100%，将各组分原料加入真空感应炉冶炼，浇筑成金属块，然后将金属块加入真空感应炉-氩气雾化装置重熔，熔融的金属液体经过漏嘴流入氩气雾化装置中，用高压氩气将其雾化成粉末； (2)粉末预处理 将步骤(I)中制得的粉末经过筛分后进入静电分离装置，通过静电处理除去其中的非金属杂质，然后加入真空炉中加热除去粉末表面吸附的气体； (3)热压成形 将步骤(2)中预处理的粉末在真空下装入模具中，密封，热压后冷却成形，取出成形后的制品，经过锻造、淬火和时效处理制得所述汽车发动机锻件。
8.根据权利要求7所述的一种汽车发动机锻件的制备方法，其特征在于，所述的步骤Cl)中在真空感应炉中冶炼的温度为1600°C?1800°C，真空度为0.002?0.005Pa ； 或所述的步骤(I)中在真空感应炉-氩气雾化装置中重熔的温度为1500°C?1700°C，真空度为0.2?0.8Pa，氩气吹喷压力为2.0?2.5MPa。
9.根据权利要求7所述的一种汽车发动机锻件的制备方法，其特征在于，所述的步骤(2)中筛分后粉末的粒度为100?200目，优选200目； 或所述的步骤(2)中真空炉中加热的温度为40(T50(TC，真空度为0.00Γ0.003Pa。
10.根据权利要求7所述的一种汽车发动机锻件的制备方法，其特征在于，所述的步骤(3)中热压的温度为12000C?1400°C，压力为100?150MPa； 或所述的步骤(3)中锻造工艺具体为，先将成形后的制品用水压机进行自由锻预制坯，加热温度为1200°C，锻造过程中变形量为50%飞0%，然后在1300°C下用水压机进行模锻，一火锻成； 或所述的步骤(3)中淬火处理的具体工艺为，将锻好的制品加入9(Γ100?的热水中进行淬火处理。
【文档编号】C22C38/50GK104264061SQ201410355273
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年7月24日 优先权日:2014年7月24日
【发明者】杨奎琦, 夏长生, 谭一农 申请人:浙江昌利锻造有限公司