专利名称：粉末冶金发动机连杆材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种粉末冶金发动机连杆材料及其制备方法，特别是一种铁基粉末冶金发动机连杆材料及其制备方法。
背景技术：
粉末冶金作为一项先进的制造技术，具有节能、高效、省材和环保等诸多优点，而汽车产业的不断发展，为我国粉末冶金制品产业带来了极好的机遇。随着汽车技术含量的日益提高，汽车用粉末冶金制品的技术水平也在不断提高，其中高性能(高强度、高精度等)、复杂形状的粉末冶金零件所占的比重不断增加。连杆是汽车发动机的主要零件，其质量直接影响着发动机的整体性能。在工作过程中，连杆受力复杂且苛刻，承受着经活塞传递过来的气体压力和由零件质量产生的惯性力。这两种力使连杆材料产生轴向的拉伸-压缩应力和横向的弯曲应力。可燃气体的燃烧压力产生压缩压力，而零件的往复运动惯性力在接近上止点时，在连杆中形成拉伸应力。连杆的弯曲应力来源于零件中心线的偏心率，曲轴和机体的变形，以及连杆本身的旋转运动惯性力。惯性力的大小和发动机转速的平方成正比。现代车用汽油机的转速可高达6000以上，因此惯性力在连杆负荷中占有很大的比例。 连杆的负荷是最大和最小应力幅不变的拉压负荷和方向可变的变幅弯曲应力。所以必须从连杆的设计结构和材料工艺方面要求连杆具有足够的强度、刚度和疲劳强度。同时，汽车发动机的高功率、低燃油耗、低振动和低噪声等性能发展趋势要求减轻连杆质量，钛合金以及铝、镁金属基复合材料等虽可以有效减轻连杆的质量，但高昂的原料和制造成本使其不能获得大规模工业应用，而铁基材料因具有良好的性价比而成为制备连杆的首选材料。目前的铁基连杆材料的疲劳周次难以达到500万次以上，并且存在制备工艺复杂，加工成本较高的缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种高性能的粉末冶金发动机连杆材料及其制备方法。为达到上述目的，本发明的粉末冶金发动机连杆材料，合金成分重量百分比为 MoO. 5 1. 5%, CrO. 5 1. 5%, MnO. 5 1. 0%, SiO. 5 1. 0%，Nil. 5 2. 0%，Cul. 0~2. 0%, C 0. 4 0. 8%,
余量为狗。本发明的粉末冶金发动机连杆材料的制备方法依次包括以下步骤
a.按重量百分比为MoO. 5 1. 5%, CrO. 5 1. 5%, MnO. 5 1. 0%, SiO. 5 1. 0%, Nil. 5 2. 0%, Cul. 0 2· 0%，C 0. 4 0· 8%，余量为Fe配料后，混合均勻；
b.压制，压制压力300 400MPa；
c.烧结，烧结温度100(Γ1300 ，保温时间1.5 2. 5小时；
d.精模锻，加热温度90(Tll0(rC，保温时间20 40分钟，锻打压力150 250kg；
e.淬火，淬火温度78(T900°C，保温时间2(Γ40分钟；回火，回火温度50(T600°C，保温时间50 70分钟。
优选地，烧结温度为1050°C。本发明的粉末冶金发动机连杆材料中通过硅和锰按前述比例的添加，能降低钢的临界淬火速度，在冷却时增加奥氏体的稳定性，抑制奥氏体的分解，使高温下形成的奥氏体得以保持到常温。这样不但使钢有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，改善钢的热加工性能，拉伸强度和延伸率的性能配合得最好，有利于热锻过程的变形，从而最终使得材料的锻造密度>7. 6g/cm3,抗拉强度>1060 MPa,屈服强度>600 MPa,对称循环抗拉疲劳强度>350 MPa，疲劳寿命稳定达500万周次。本发明的粉末冶金发动机连杆材料的制备方法不仅能制备出合格的质量稳定的产品，而且制备工艺简单，材料利用率>96%，大大降低了加工成本。
具体实施例方式下面结合附图
对本发明作进一步说明。实施例1
按重量百分比为 MoO. 5%, CrO. 5%, MnO. 5%, SiO. 5%, Nil. 5%, Cul. 0%, C 0. 4%，余量为 Fe 配料后混合；压制，压制压力300MPa ；烧结，烧结温度1000°C，烧结保温时间1. 5小时；精模锻，加热温度900°C，保温时间20分钟，锻打压力150kg ；淬火温度780°C，保温时间20分钟，回火温度500°C，保温时间50分钟。材料的最终性能为密度7. 62g/cm3，抗拉强度1066 MPa,屈服强度610MPa，对称循环抗拉疲劳强度350 MPa,疲劳寿命稳定达500万周次。实施例2:
按重量百分比为 MoO. 8%, CrO. 9%, MnO. 9%, Si06%, Nil. 8%, Cul. 2%, C 0. 5%，余量为 Fe 配料后混合；压制，压制压力350MPa ；烧结，烧结温度1150°C，烧结保温时间2. 5小时；精模锻，加热温度1100°C，保温时间30分钟，锻打压力180kg ；淬火温度800°C，保温时间30 分钟，回火温度550°C，保温时间60分钟。材料的最终性能为密度7. 65g/cm3，抗拉强度 IlOOMPa,屈服强度650MPa，对称循环抗拉疲劳强度360 MPa,疲劳寿命稳定达500万周次。实施例3:
按重量百分比为 Mol. 0%, Crl. 1%，Mnl. 2%, SiO. 6%, Ni2. 0%, Cul. 5%, C 0. 7%，余量为 Fe 配料后混合；压制，压制压力350MPa ；烧结，烧结温度1300°C，烧结保温时间2. 5小时；精模锻，加热温度980°C，保温时间40分钟，锻打压力220kg ；淬火温度900°C，保温时间30 分钟，回火温度600°C，保温时间60分钟。材料的最终性能为密度7. 76g/cm3，抗拉强度 1320MPa,屈服强度728MPa，对称循环抗拉疲劳强度360 MPa,疲劳寿命稳定达500万周次。实施例4:
按重量百分比为 Mol. 5%, Crl. 5%, Mnl. 0%, Sil. 0%, Ni2. 0%, Cu2. 0%, C 0. 8%，余量为 Fe 配料后混合；压制，压制压力400MPa ；烧结，烧结温度1050°C，烧结保温时间2小时；精模锻，加热温度1050°C，保温时间30分钟，锻打压力250kg ；淬火温度880°C，保温时间40分钟，回火温度540°C，保温时间70分钟。材料的最终性能为密度7. 82g/cm3，抗拉强度1560 MPa,屈服强度896 MPa，对称循环抗拉疲劳强度360 MPa，疲劳寿命稳定达500万周次。
权利要求
1.一种粉末冶金发动机连杆材料，其特征是合金成分重量百分比为MoO. 5^1. 5%， CrO. 5 1. 5%, MnO. 5 1. 0%, SiO. 5 1. 0%, Nil. 5 2. 0%, Cul. 0 2· 0%, C 0. 4 0. 8%，余量为 Fe。
2.一种粉末冶金发动机连杆材料的制备方法，其特征是，依次包括以下步骤a.按重量百分比为MoO. 5 1. 5%, CrO. 5 1. 5%, MnO. 5 1. 0%, SiO. 5 1. 0%, Nil. 5 2. 0%, Cul. 0 2· 0%，C 0. 4 0· 8%，余量为Fe配料后，混合均勻；b.压制，压制压力300 400MPa；c.烧结，烧结温度100(Γ1300 ，保温时间1.5 2. 5小时；d.精模锻，加热温度90(Tll0(rC，保温时间20 40分钟，锻打压力150 250kg；e.淬火，淬火温度78(T900°C，保温时间2(Γ40分钟；回火，回火温度50(T600°C，保温时间50 70分钟。
3.根据权利要求2粉末冶金发动机连杆材料的制备方法，其特征是，烧结温度为 1050 O。
全文摘要
本发明公开了一种粉末冶金发动机连杆材料及其制备方法，其合金成分重量百分比为Mo0.5~1.5%，Cr0.5~1.5%，Mn0.5~1.0%，Si0.5~1.0%，Ni1.5~2.0%，Cu1.0~2.0%，C0.4~0.8%，余量为Fe。制备方法包括配料、压制、烧结、精模锻和淬火、回火。材料的锻造密度>7.6g/cm3，抗拉强度>1060MPa，屈服强度>600MPa，对称循环抗拉疲劳强度>350MPa，疲劳寿命稳定达500万周次。
文档编号C21D8/00GK102162070SQ20111007838
公开日2011年8月24日 申请日期2011年3月30日 优先权日2011年3月30日
发明者刘芳, 周科朝, 李志友 申请人:中南大学