发动机高压共轨锻件的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种发动机高压共轨锻件，包括轴向通道的轨体，以及与所述轨体一起锻造成型的多个径向管道；所述锻件的材质为碳含量为0.36~0.43wt%的低合金钢，其抗拉强度Rm为980~1100MPa，屈服强度Re≥650MPa，断后伸长率A≥14%，断面收缩率Z≥55%。本发明的发动机高压共轨锻件通过锻造和冷却工艺，既保证了合理的金相组织状态，得到的产品具有良好的机械综合性能，尤其是兼具优异的抗拉强度又具有良好的加工塑性；而且其制备过程中将热锻加工过程与热处理的冶金过程有机的结合起来，避免了热处理工艺的二次加热，且过程稳定性高，不仅显著降低了能耗，也大幅缩短了生产制造周期，大幅度降低生产成本。
【专利说明】发动机高压共轨锻件
【技术领域】
[0001] 本发明涉及发动机加工的【技术领域】，更具体地说，本发明涉及一种用于汽车的发 动机高压共轨锻件。
【背景技术】
[0002] 高压共轨系统极大地提高了汽车发动机的驾驶性能和排放性能，随着排放后处理 技术和空燃比控制技术的进步，不再以牺牲发动机的高热效率为代价，对于实现节能降耗 和环境保护具有重大意义。用于高压共轨的高强度材料中，根据需要微量添加了 Cr或Mo、 V等贵金属的合金钢材料，而且为了确保耐压性，高压共轨在经过热锻后通常需要经过正火 或退火等热处理。
[0003] 在现有技术中，与燃料喷射阀连接的燃料配管从泵开始在各个汽缸之间是独立 的，与之相对，在共轨式柴油发动机中，将称为共轨的配管设置在泵和喷射阀之间，在该共 轨内蓄压从泵压送来的高压的燃料，从这里将燃料分配到各汽缸的喷射阀。在该共轨式的 燃料喷射系统中，通过计算机，从低速区域到高速区域，对燃料喷射量或喷射的时机进行高 精度的控制，与以往的柴油发动机相比，能够实现大幅度的排气清洁度、燃耗性能、输出的 提高以及噪音、振动的减低的性能提高。为了应对日渐严格的尾气排放要求、以及为了安静 性的改善、燃耗性能、输出的提高，在推进共轨式柴油发动机的高压喷射化的同时，对使用 在共轨中的燃料喷射管要求有更高的耐压性。为此要求热处理后，Rm > 950MPa、Re > 600 MPa、A彡14%。要达到上述求，从热处理理论上分析，要避开贝氏体和马氏体转变区，在锻件 的纵向和横向截面上，实现组织的均匀一致。为此在现有技术中不仅需要采用价格比较昂 贵的合金钢，而且在交货状态时一般需要采用淬火+回火的热处理工艺；或者较为先进的 采用等温正火工艺。然而上述两种生产工艺，不仅均需二次加热，造成能源浪费，占用过多 的生产设备与人力资源，而且在某些情况下，综合力学性能要求也难以达到理想的状态。
【发明内容】
[0004] 为了解决现有技术中的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种发动机高压共 轨锻件。
[0005] 为了解决上述技术问题并实现本发明的目的，本发明采用了以下技术方案： 一种发动机高压共轨锻件，包括轴向通道的轨体，以及与所述轨体一起锻造成型的多 个径向管道；其特征在于：所述锻件的材质为碳含量为0. 36~0. 43wt%的低合金钢，并且其 抗拉强度Rm为98(Tll00 MPa，屈服强度Re彡650 MPa，断后伸长率A彡14%，断面收缩率 Z 彡 55%。
[0006] 其中，所述低合金钢中C的含量为0. 3(T〇. 35wt%，Si的含量为0. 15?0. 35wt%，Μη 的含量为〇. 65?0. 85wt%，Cr的含量为0. 35?0. 50wt%，Mo的含量为0. 12?0. 18wt%，V的含量 为 0· 15?0· 20wt%，Ti 的含量为 0· 01(Γ〇· 025wt%，A1 的含量为 0· 01(Γ〇· 025wt%，Cu 的含量 彡0· 20wt%，Ni的含量彡0· 20wt%，P的含量彡0· 015wt%，S的含量彡0· OlOwt%，余量为Fe 和不可避免的杂质。
[0007] 其中，所述低合金钢的冶炼方法为电炉+炉外精炼+真空脱气。
[0008] 其中，所述锻件是利用锻造余热进行热处理，并且所述锻件的终锻温度> 850°C， 并且所述热处理是指依次经过速冷、稳定冷却和缓冷工序的处理。
[0009] 其中，进行热处理时的入线温度彡800°C，出线温度彡250°C。
[0010] 其中，所述锻件经过速冷区、稳定区和缓冷区的处理实现对高压共轨锻件的热处 理，并且在进行热处理时所述锻件的轴向与锻件传送方向垂直。
[0011] 其中，所述锻件的速冷区的处理是指锻件温度由彡800°C降至580?590°C，时间 长度为2. 5?3. 0 min。
[0012] 其中，所述锻件的稳定区的处理是指锻件温度由580?590°C降至450?470°C， 时间长度为2. 5~3. 0 min。
[0013] 其中，所述锻件的缓冷区的处理是指锻件温度由450?470°C降至彡250°C，时间 长度为5. 0?5. 5 min。
[0014] 其中，所述锻件经过速冷区、稳定区和缓冷区的处理实现对高压共轨锻件的热处 理，并且在进行热处理时所述锻件的轴向与锻件传送方向垂直；进行热处理时的入线温度 彡800°C，出线温度< 250°C;所述锻件的速冷区的处理是指锻件温度由彡800°C降至580? 590°C，时间长度为2. 5?3. 0 min ;所述锻件的稳定区的处理是指锻件温度由580?590°C 降至450?470°C，时间长度为2. 5~3. 0 min ;所述锻件的缓冷区的处理是指锻件温度由 450?470°C降至彡250°C，时间长度为5. 0?5· 5 min。
[0015] 与现有技术相比，本发明所述的发动机高压共轨锻件具有以下有益效果： 本发明所述的发动机高压共轨锻件通过锻造和冷却工艺，既保证了合理的金相组织 状态，得到的产品具有良好的机械综合性能，尤其是兼具优异的抗拉强度又具有良好的加 工塑性；而且其制备过程中将热锻加工过程与热处理的冶金过程有机的结合起来，避免了 热处理工艺的二次加热，且过程稳定性高，不仅显著降低了能耗，也大幅缩短了生产制造周 期，大幅度降低生产成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1为本发明所述的发动机高压共轨锻件的结构示意图； 图2为实施例所述的高压共轨锻件的热处理工艺示意图； 图3为实施例所述的高压共轨锻件在热处理工艺中排布方式的示意图； 图4为实施例所述的高压共轨锻件在热处理工艺中温控过程功能分区的示意图； 图5为实施例所述的高压共轨锻件性能检测取样位置的示意图； 图6为对比例1中所述的高压共轨锻件正火温度与机械性能的关系图。
【具体实施方式】
[0017] 以下将结合具体实施例对本发明所述的发动机高压共轨锻件做进一步的阐述，以 帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解；需要 指出的是实施例中有关结构、功能以及材料等的描述都是其特征在于：示例性的。
[0018] 如附图1所示，本发明所述的发动机高压共轨锻件，包括轴向通道的轨体，以及与 所述轨体一起锻造成型的多个径向管道；所述锻件的材质为碳含量为0. 36~0. 43wt%的低 合金钢，具体来说所述低合金钢中C的含量为0. 3(T〇. 35wt%，Si的含量为0. 15?0. 35wt%， Μη的含量为0· 65?0· 85wt%，Cr的含量为0· 35?0· 50wt%，Mo的含量为0· 12?0· 18wt%，V的含 量为 0· 15?0· 20wt%，Ti 的含量为 0· 01(Γ〇· 025wt%，A1 的含量为 0· 01(Γ〇· 025wt%，Cu 的含 量彡(λ 20wt%，Ni的含量彡(λ 20wt%，P的含量彡(λ 015wt%，S的含量彡(λ OlOwt%，余量为Fe 和不可避免的杂质。所述低合金钢的冶炼方法为电炉+炉外精炼+真空脱气。所述锻件经 过速冷区、稳定区和缓冷区的处理实现对高压共轨锻件的热处理，并且在进行热处理时所 述锻件的轴向与锻件传送方向垂直；进行热处理时的入线温度彡800°C，出线温度< 250°C; 所述锻件的速冷区的处理是指锻件温度由彡800°C降至580?590°C，时间长度为2. 5~3. 0 min ;所述锻件的稳定区的处理是指锻件温度由580?590°C降至450?470°C，时间长度为 2. 5~3. 0 min ;所述锻件的缓冷区的处理是指锻件温度由450?470°C降至彡250°C，时间长 度为5. (Γ5. 5 min。经过上述热处理，本发明所述的发动机高压共轨锻件的抗拉强度Rm为 980?1100 MPa，屈服强度Re彡650 MPa，断后伸长率A彡14%，断面收缩率Z彡55%。
[0019] 实施例1 本实施例所述的发动机高压共轨锻件，包括轴向通道的轨体，以及与所述轨体一起锻 造成型的多个径向管道；所述锻件的材质为低合金钢，具体来说所述低合金钢中C的含量 为0. 30wt%，Si的含量为0. 35wt%，Mn的含量为0. 72wt%，Cr的含量为0. 44wt%，Mo的含量为 0· 15wt%，V的含量为0· 16wt%，Ti的含量为0· 015wt%，A1的含量为0· 015wt%，Ni的含量为 0. 12wt%，P的含量为0. 012wt%，S的含量为0. OlOwt%，余量为Fe和不可避免的杂质。所述 低合金钢的冶炼方法采用电炉+炉外精炼+真空脱气的方法制备得到。所述锻件经过速冷 区、稳定区和缓冷区的处理实现对高压共轨锻件的热处理。在进行热处理时，入线前按照规 定方式与平面密度要求摆放锻件的步骤，随锻造生产节拍，按照图3所示的入线摆放方式 ： 锻件长向与传送链条运动方向相垂直摆放；每17?25秒排放一件。随链条转动，通过入口 幕帘，进入速冷区；所述控制入线温度，入线温度> 800°C，可以使用红外测温仪剔除超低 温锻件；合格品入线。为保证高压共轨精锻件的最低入线温度，且确保冷处理后通达到相关 检验性能要求，规定使用350KW中频炉加热，规定锻造加热温度控制范围1200?1250°C，终 锻温度不低于850°C ;如图2和4所示，在速冷区，区内温度范围由PLC程序控制，炉膛温度 40°C，加热器一辅助控制炉膛温度，锻件温度由彡800°C降至580°C，时间长度2. 75分钟，弓丨 风机一 12,进自然风，频率21Hz ;引风机二15,排出热风，频率21Hz ;在稳定区，区内温度范 围由PLC程序控制，炉膛温度40°C，加热器二辅助控制炉膛温度，锻件温度由降至580°C降 至460°C，时间长度2. 75分钟，引风机三22和引风机四25 -般情况下处于关闭状态，当温 度趋向超出规定范围内，自动启动，引风机三向区内引风；引风机四向外排风，直到达到正 常状态；所述控制缓冷区工艺参数：指锻件进入缓冷区30,区内温度范围由PLC程序控制， 炉膛温度40°C，加热器二辅助控制炉膛温度，锻件温度由降至460°C降至< 250°C，时间长 度5. 5分钟，引风机五32排出热风，频率15Hz ;引风机六35进自然风，频率15Hz ;所述出 线温度控制：锻件温度< 250°C，自然降至室温，落入锻件筐。在本实施例中采用的热处理 设备总功率不超过140KW，平均每班次可处理高压共轨1. 5吨，相当于热处理成本560元/ 吨；而等温正火、淬火回火则分别超过800元/吨、1000元/吨。仅此一项，就能够降低成本 三分之一以上；如图5所示，位置1和位置2为金相检测剖面位置，位置3为硬度检测剖面 位置，位置4为拉力试棒取样位置。经本实例验证的锻件，表面硬度平均值HB为28(Γ320 ; 剖面硬度HV10,金相组织为珠光体+铁素体，抗拉强度Rm为980 MPa以上，屈服强度Re为 650 MPa以上，断裂伸长率A为16?20%，断面收缩率Z彡55%。
[0020] 实施例2 本实施例所述的发动机高压共轨锻件，包括轴向通道的轨体，以及与所述轨体一起锻 造成型的多个径向管道；所述锻件的材质为低合金钢，具体来说所述低合金钢中C的含量 为0. 35wt%，Si的含量为0. 25wt%，Mn的含量为0. 85wt%，Cr的含量为0. 48wt%，Mo的含量为 0· 18wt%，V的含量为0· 18wt%，Ti的含量为0· 015wt%，A1的含量为0· 015wt%，Ni的含量为 0. 12wt%，P的含量为0. 012wt%，S的含量为0. OlOwt%，余量为Fe和不可避免的杂质。所述 低合金钢的冶炼方法采用电炉+炉外精炼+真空脱气的方法制备得到。所述锻件经过速冷 区、稳定区和缓冷区的处理实现对高压共轨锻件的热处理。在进行热处理时，入线前按照规 定方式与平面密度要求摆放锻件的步骤，随锻造生产节拍，按照图3所示的入线摆放方式 ： 锻件长向与传送链条运动方向相垂直摆放；每17?25秒排放一件。随链条转动，通过入口 幕帘，进入速冷区；所述控制入线温度，入线温度> 800°C，可以使用红外测温仪剔除超低 温锻件；合格品入线。为保证高压共轨精锻件的最低入线温度，且确保冷处理后通达到相关 检验性能要求，规定使用350KW中频炉加热，规定锻造加热温度控制范围1200?1250°C，终 锻温度不低于850°C ;如图2和4所示，在速冷区，区内温度范围由PLC程序控制，炉膛温度 40°C，加热器一辅助控制炉膛温度，锻件温度由彡800°C降至580°C，时间长度2. 75分钟，弓丨 风机一 12,进自然风，频率21Hz ;引风机二15,排出热风，频率21Hz ;在稳定区，区内温度范 围由PLC程序控制，炉膛温度40°C，加热器二辅助控制炉膛温度，锻件温度由降至580°C降 至460°C，时间长度2. 75分钟，引风机三22和引风机四25 -般情况下处于关闭状态，当温 度趋向超出规定范围内，自动启动，引风机三向区内引风；引风机四向外排风，直到达到正 常状态；所述控制缓冷区工艺参数：指锻件进入缓冷区30,区内温度范围由PLC程序控制， 炉膛温度40°C，加热器二辅助控制炉膛温度，锻件温度由降至460°C降至< 250°C，时间长 度5. 5分钟，引风机五32排出热风，频率15Hz ;引风机六35进自然风，频率15Hz ;所述出线 温度控制：锻件温度< 250°C，自然降至室温，落入锻件筐。在本实施例中采用的热处理设 备总功率不超过140KW，平均每班次可处理高压共轨1. 5吨，相当于热处理成本560元/吨； 而等温正火、淬火回火则分别超过800元/吨、1000元/吨。仅此一项，就能够降低成本三 分之一以上；如图5所示，位置1和位置2为金相检测剖面位置，位置3为硬度检测剖面位 置，位置4为拉力试棒取样位置。经本实例验证的锻件，表面硬度平均值HB为28(Γ320 ;剖 面硬度HV10,金相组织为珠光体+铁素体，抗拉强度Rm为1020 MPa以上，屈服强度Re为 660 MPa以上，断裂伸长率A为14?18%，断面收缩率Z彡55%。
[0021] 对比例1 使用与实施例2相同材料的高压共轨锻件，锻造工艺规定使用350 KW中频炉加热，规 定锻造加热温度控制范围1200?1250 °C，终锻温度不低于860 °C。与实施例1不同的是 采用现有技术中的等温正火和退火工艺进行热处理，其中等温正火的温度范围为90(Γ1150 °C，保持时间为250秒；退火是指将正火后的锻件加热到650 °C，然后以10°C /分的速度冷 却到常温。经过该热处理后的高压共轨锻件的机械性能如表6所示。根据表6所表示的抗 拉强度Rm，屈服强度Re，延伸率A以及硬度HB与正火温度的关系曲线可以看出，采用本发 明所述的合金钢材料通过现有技术中常规的正火+退火工艺，很难同时满足高压共轨锻件 的抗拉强度Rm和断裂延伸率性能的指标。
[0022] 对于本领域的普通技术人员而言，具体实施例只是对本发明进行了示例性描述， 显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案 进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合 的，均在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种发动机高压共轨锻件，包括轴向通道的轨体，以及与所述轨体一起锻造成型的 多个径向管道；其特征在于：所述锻件的材质为碳含量为0. 36~0. 43wt%的低合金钢，并且 其抗拉强度伽为980?1100 10^，屈服强度1^彡650 10^，断后伸长率^\彡14%，断面收缩率 Z 彡 55%。
2. 根据权利要求1所述的发动机高压共轨锻件，其特征在于：所述低合金钢中C的 含量为（λ 3(Γ〇· 35wt%，Si 的含量为 0· 15?35wt%，Μη 的含量为 0· 65?85wt%，Cr 的 含量为0· 35?0· 50wt%，Mo的含量为0· 12?0· 18wt%，V的含量为0· 15?0· 20wt%，Ti的含 量为（λ 01(Πλ 025wt%，A1 的含量为（λ 01(Πλ 025wt%，Cu 的含量彡（λ 20wt%，Ni 的含量 彡0· 20wt%，P的含量彡0· 015wt%，S的含量彡0· OlOwt%，余量为Fe和不可避免的杂质。
3. 根据权利要求1所述的发动机高压共轨锻件，其特征在于：所述低合金钢的冶炼方 法包括电炉炼钢、炉外精炼以及真空脱气的工序。
4. 根据权利要求1所述的发动机高压共轨锻件，其特征在于：所述锻件是利用锻造余 热进行热处理，并且所述锻件的终锻温度> 850°C，并且所述热处理是指依次经过速冷、稳 定冷却和缓冷工序的处理。
5. 根据权利要求4所述的发动机高压共轨锻件，其特征在于：进行热处理时的入线温 度彡800°C，出线温度彡250°C。
6. 根据权利要求1所述的发动机高压共轨锻件，其特征在于：所述锻件经过速冷区、 稳定区和缓冷区的处理实现对高压共轨锻件的热处理，并且在进行热处理时所述锻件的轴 向与锻件传送方向垂直。
7. 根据权利要求6所述的发动机高压共轨锻件，其特征在于：所述锻件的速冷区的处 理是指锻件温度由彡800°C降至580?590°C，时间长度为2. 5?3. 0 min。
8. 根据权利要求6所述的发动机高压共轨锻件，其特征在于：所述锻件的稳定区的处 理是指锻件温度由580?590°C降至450?470°C，时间长度为2. 5?3. 0 min。
9. 根据权利要求6所述的发动机高压共轨锻件，其特征在于：所述锻件的缓冷区的处 理是指锻件温度由450?470°C降至彡250°C，时间长度为5. (Γ5. 5 min。
10. 根据权利要求1所述的发动机高压共轨锻件，其特征在于：所述锻件经过速冷区、 稳定区和缓冷区的处理实现对高压共轨锻件的热处理，并且在进行热处理时所述锻件的轴 向与锻件传送方向垂直；进行热处理时的入线温度彡800°C，出线温度< 250°C ;所述锻件 的速冷区的处理是指锻件温度由彡800°C降至580?590°C，时间长度为2. 5?3. 0 min ;所述 锻件的稳定区的处理是指锻件温度由580?590°C降至450?470°C，时间长度为2. 5?3. 0 min ;所述锻件的缓冷区的处理是指锻件温度由450?470°C降至彡250°C，时间长度为 5. 0~5· 5 min〇
【文档编号】C22C38/50GK104141095SQ201410397010
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年8月13日 优先权日:2014年8月13日
【发明者】曾庆峰, 马祖斌, 赵昌德, 李玉田, 刘贤存, 郑世念, 龙金义, 孟祥海, 乔世逊 申请人:山东金马工业集团股份有限公司