专利名称：一种发动机挺柱的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种发动机挺柱的制造方法。
背景技术：
挺柱是凸轮的从动件，其功用是将来自凸轮的运动和作用力传给推杆或气门，同时还承受凸轮所施加的侧向力，并将其传给机体或气缸盖。挺柱可分为机械挺柱和液压挺柱两大类，每一类中又有平面挺柱和滚子挺柱等多种结构形式。挺柱和凸轮是发动机配气机构中一对重要的摩擦副，挺柱工作时，其底面与凸轮接触，由于接触面积小，接触应力较大，因此摩擦和磨损都相当严重。一般在挺柱与凸轮接触的部分采用陶瓷材料或者硬质合金等耐磨材料，而基体采用碳钢、合金钢、镍铬合金铸铁和冷激合金铸铁等。耐磨部分与基体之间的连接有机械式(高温胶结或机械挤压包边) 和钎焊式等类型(复合陶瓷挺柱钎焊变形的研究及其控制，机械工程材料，Vol. 25，No. 10， 2001，16-18，以及陶瓷-金属复合挺柱的结构设计与应用效果，汽车技术，No. 9，1998， 12-14)。对于机械式连接，由于加工工序较多，粘胶和包边均需要依赖于操作者的经验和水平，因而质量分散度较大，不宜批量生产。而对于钎焊式连接，由于硬质合金和陶瓷材料的膨胀系数仅为基体钢材的一半或更低，存在较大的钎焊残余应力，残余应力的存在会使陶瓷或硬质合金表面龟裂，参见图1， 需要焊接时增加中间缓冲层等措施。此外，与凸轮接触部分一般为球面，需要进行加工，而硬质合金和陶瓷材料本身硬度很高，很难使用常规的磨料或根据加工，参见图2，使得加工成本较高，加工效率较低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种发动机挺柱的制造方法，加工方便，耐磨性能好，可以低成本并且高效率的实现，从而便于进行批量生产。本发明解决上述技术问题所采用的一个技术方案为一种发动机挺柱的制造方法，其特征在于，包括以下步骤1)设计材料组成基体采用的材料为烧结钢，耐磨的材料为粉末高速钢；2)设计耐磨组元高度；3)按照步骤2、中的组元，分别混合基体部分粉末和耐磨部分粉末，混合时添加不超过的粉末成型润滑剂；4)设计粉末冶金成型模具，并将模具装配在具有送粉靴的粉末成型压机上。5)将混合好的所述基体部分粉末和所述耐磨部分粉末分别装于与所述送粉靴相连的料筒中；6)将所述模具和所述压机调到充填状态，根据要求充填所述基体部分粉末；充填所述基体部分粉末后所述模具的阴模浮动，继续充填所述耐磨部分粉末；
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7)成型将上述分层充填的粉末进行压制；8)烧结将步骤7)压制后得到的生坯进行烧结得到包括基体部分和耐磨部分的所述挺柱；烧结后冷却速度小于等于1. 5°C ；9)加工根据图纸要求将烧结后的所述挺柱加工到规定的尺寸；10)淬火将所述基体部分和所述耐磨部分的硬度淬火到设计要求；11)回火将淬火后的所述挺柱进行回火；12)将步骤11)中已回火的所述挺柱进行表面氮化或氮碳共渗处理；步骤9)加工在步骤8)烧结之前或之后，或在步骤11)回火后进行。本发明解决上述技术问题所采用的另一个技术方案为一种发动机挺柱的制造方法，其特征在于，包括以下步骤1)设计材料组成基体采用的材料为烧结钢，耐磨的材料为粉末高速钢；2)设计耐磨组元高度；3)按照步骤2、中的组元，分别混合基体部分粉末和耐磨部分粉末，混合时添加不超过的粉末成型润滑剂；4)设计粉末冶金成型模具，并将模具装配在具有送粉靴的粉末成型压机上。5)将混合好的所述基体部分粉末和所述耐磨部分粉末分别装于与所述送粉靴相连的料筒中；6)将所述模具和所述压机调到充填状态，根据要求充填所述基体部分粉末；充填所述基体部分粉末后所述模具的阴模浮动，继续充填所述耐磨部分粉末；7)成型将上述分层充填的粉末进行压制；8)烧结将步骤7)压制后得到的生坯进行烧结得到包括基体部分和耐磨部分的所述挺柱；烧结后冷却速度大于1. 5°C ；9)加工根据图纸要求将烧结后的所述挺柱加工到规定的尺寸；10)回火步骤9)得到的所述挺柱进行回火；11)将步骤11)中已回火的所述挺柱进行表面氮化或氮碳共渗处理；步骤9)加工在步骤8)烧结之前或之后，或在步骤10)回火后进行。优选的，步骤1)中所述基体成分为碳0. 2 1%，铜0 4%，镍0 3%，钼 0 2%，铬0. 1 3%，锰0.05 2%，不超过2%的不可避免的杂质，铁余量；所述耐磨的材料成分为碳0. 7 2. 3%，铬3 6%，钼0 11%，钨0 13%，钒1 10%， 钴0 12%，不超过2%的不可避免的杂质，铁余量。优选的，步骤2)中所述耐磨组元高度为0. 3 15mm。优选的，步骤幻中所述基体部分粉末的混合时组元为96. 55%的雾化铁粉， 0. 65 %的石墨粉，2 %的电解铜粉，混合时添加0. 8 %的粉末成型润滑剂；所述耐磨部分组元为98. 2%的合金钢粉，的石墨粉，0. 8%的粉末成型润滑剂，所述合金刚粉的成分为钼为5%，钨为6%，铬为4%，钒为2%。优选的，步骤6)中所述基体部分粉末和所述耐磨部分粉末的充填高度为0. 5 35mm0优选的，步骤7)中压制后得到的生坯密度为6. 5 7. 3g/cm3。优选的，步骤8)中烧结温度为1000 1350°C，烧结时间不少于20分钟。
优选的，步骤11)中回火温度为500 600°C，回火时间1 4小时，回火次数为
1 3次。优选的，步骤12)中所述氮化采用等离子氮化处理。与现有技术相比，本发明的优点在于采用粉末冶金烧结组合烧结方法将需要耐磨的部分使用性能较好、热处理后耐磨性高的原材料，基体部分使用性能较差，价格较低的原材料，可以节省生产成本；同时由于在粉末压制过程中粉末颗粒会发生移动，使得耐磨层与基体之间相互交错，烧结时相互扩散，耐磨层与基体之间的结合强度非常高，达到冶金结合的水平；同时，使用粉末高速钢替代硬质合金或陶瓷材料，将大大降低原材料成本；此外，粉末冶金属于净尽成形工艺，耐磨部分可以直接成型为球面，减少加工量，降低加工成本；经过氮化处理后，将减小挺柱与凸轮之间的摩擦力，提高挺柱的耐磨性。
图1为现有技术的机加工挺柱的硬质合金与基体的焊接裂纹；图2为现有技术的机加工挺柱的结构示意图；图3为本发明的烧结挺柱的示意图；图4为本发明的耐磨部分与基体之间的结合情况；图5为本发明的耐磨部分的孔隙情况；图6为本发明的耐磨部分的金相组织；图7为本发明的基体部分的金相组织；图8为本发明的中等离子氮化后氮化层的金相组织。
具体实施例方式以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。一种发动机挺柱的制造方法，包括以下步骤1)设计材料组成基体部分采用的材料为烧结钢，耐磨部分的材料为粉末高速钢，优选的，基体部分成分为碳0. 2 1%，铜0 4%，镍0 3%，钼0 2%，铬 0. 1 3%，锰0. 05 2%，不超过2%的不可避免的杂质，铁余量；耐磨部分成分为碳 0. 7 2. 3%，铬3 6%，钼0 11%，钨0 13%，钒1 10%，钴0 12%，不超过 2%的不可避免的杂质，铁余量；更优选的，基体的成分碳为0. 6%，铜为2. 0%，2%以下的不可避免的其他杂质，余量为铁；耐磨部分的成分钼为5%，钨为6%，铬为4%，钒为2%，碳为0. 9%，以及2%以下的其他杂质，余量为铁；2)设计耐磨组元高度；优选的耐磨组元高度为0. 3 15mm ；更优选的，耐磨组元高度为3mm ；3)按照步骤2、中的组元，分别混合基体部分粉末和耐磨部分粉末，混合时添加不超过的粉末成型润滑剂；优选的，基体部分粉末的混合时组元为96. 55%的雾化铁粉， 0. 65%的石墨粉，2%的电解铜粉，混合时添加0.8%的粉末成型润滑剂；对于耐磨部分的组元，98. 2%的合金钢粉(钼为5%，钨为6%，铬为4%，钒为2% )，1%的石墨粉，0.8%的粉末成型润滑剂；4)设计粉末冶金成型模具，并将模具装配在具有送粉靴的粉末成型压机上；
5)将混合好的基体部分粉末和耐磨部分粉末分别装于与送粉靴相连的料筒中；6)将模具和压机调到充填状态，根据要求充填基体部分粉末；充填基体部分粉末后模具的阴模浮动，继续充填耐磨部分粉末；优选的，此部分粉末的充填高度为0. 5 35mm ；更优选的，耐磨部分粉末的充填高度为IOmm ；7)成型将上述分层充填的粉末进行压制；优选的，生坯密度6. 5 7. 3g/cm3 ；更优选的，生坯密度7. Og/cm3 ；8)烧结将步骤7)压制后得到的生坯进行烧结；优选的，烧结温度为1000 1350°C，时间不少于20分钟；更优选的，烧结温度为1250°C，时间30分钟；烧结炉可以采用推杆式烧结炉、步进梁式烧结炉或真空烧结炉，推杆式烧结炉或步进梁式烧结炉的烧结气氛为氮氢混合气体，真空烧结的冷却气体为氮气；参见图3，烧结后的挺柱包括基体部分1 和耐磨部分2 ；参见图4，由于基体部分粉末和耐磨部分粉末在烧结时相互扩散，耐磨部分2 与基体部分1之间的结合强度非常高；9)加工根据图纸要求将烧结后的挺柱加工到规定的尺寸；10)淬火将基体部分1和耐磨部分2的硬度淬火到设计要求；11)回火将淬火后的挺柱进行回火，优选的，回火温度为500 600°C，时间1 4小时，回火次数为1 3次；更优选的，回火温度为560°C，时间2小时；回火次数为3次。 参见图5-7，分别显示了耐磨部分2的空隙情况、金相组织以及基体部分1的金相组织；12)将已回火的挺柱进行表面氮化或氮碳共渗处理；优选的，氮化采用等离子氮化处理；参见图8，显示了氮化处理后氮化层的金相组织。如烧结后冷却速度大于1. 5°C，则挺柱可以不经过步骤10)而直接进行回火。可替代地，步骤9)可以移到步骤11)回火之后进行初加工。可替代地，步骤9)也可以提前到步骤8)之前进行初加工。烧结后耐磨部分2的宏观硬度为HRC64，显微硬度为HVa #90-1070 ；基体部分1的硬度为HRB73，显微硬度为HVai280-300 ；氮化处理后显微硬度为HVa J059-1203。以上所述仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理前提下，还可以做出多种变形和改进，这也应该视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种发动机挺柱的制造方法，其特征在于，包括以下步骤1)设计材料组成基体采用的材料为烧结钢，耐磨的材料为粉末高速钢；2)设计耐磨组元高度；3)按照步骤幻中的组元，分别混合基体部分粉末和耐磨部分粉末，混合时添加不超过的粉末成型润滑剂；4)设计粉末冶金成型模具，并将模具装配在具有送粉靴的粉末成型压机上。5)将混合好的所述基体部分粉末和所述耐磨部分粉末分别装于与所述送粉靴相连的料筒中；6)将所述模具和所述压机调到充填状态，根据要求充填所述基体部分粉末；充填所述基体部分粉末后所述模具的阴模浮动，继续充填所述耐磨部分粉末；7)成型将步骤6)分层充填的粉末进行压制；8)烧结将步骤7)压制后得到的生坯进行烧结得到包括基体部分(1)和耐磨部分(2) 的所述挺柱；烧结后冷却速度小于等于1. 5°C ；9)加工根据图纸要求将烧结后的所述挺柱加工到规定的尺寸；10)淬火将所述基体部分(1)和所述耐磨部分O)的硬度淬火到设计要求；11)回火将淬火后的所述挺柱进行回火；12)将步骤11)中已回火的所述挺柱进行表面氮化或氮碳共渗处理；步骤9)加工在步骤8)烧结之前或之后，或在步骤11)回火后进行。
2.一种发动机挺柱的制造方法，其特征在于，包括以下步骤1)设计材料组成基体采用的材料为烧结钢，耐磨的材料为粉末高速钢；2)设计耐磨组元高度；3)按照步骤幻中的组元，分别混合基体部分粉末和耐磨部分粉末，混合时添加不超过的粉末成型润滑剂；4)设计粉末冶金成型模具，并将模具装配在具有送粉靴的粉末成型压机上。5)将混合好的所述基体部分粉末和所述耐磨部分粉末分别装于与所述送粉靴相连的料筒中；6)将所述模具和所述压机调到充填状态，根据要求充填所述基体部分粉末；充填所述基体部分粉末后所述模具的阴模浮动，继续充填所述耐磨部分粉末；7)成型将步骤6)分层充填的粉末进行压制；8)烧结将步骤7)压制后得到的生坯进行烧结得到包括基体部分(1)和耐磨部分(2) 的所述挺柱；烧结后冷却速度大于1. 5°C ；9)加工根据图纸要求将烧结后的所述挺柱加工到规定的尺寸；10)回火步骤9)得到的所述挺柱进行回火；11)将步骤11)中已回火的所述挺柱进行表面氮化或氮碳共渗处理；步骤9)加工在步骤8)烧结之前或之后，或在步骤10)回火后进行。
3.如权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，步骤1)中所述基体成分为碳 0. 2 1%，铜0 4%，镍0 3%，钼0 2%，铬0. 1 3%，锰0. 05 2%，不超过 2%的不可避免的杂质，铁余量；所述耐磨的材料成分为碳0. 7 2.3%，铬3 6%，钼 0 11%，钨0 13%，钒1 10%，钴0 12%，不超过2%的不可避免的杂质，铁余量。
4.如权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，步骤2)中所述耐磨组元高度为 0. 3 15mm0
5.如权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，步骤；3)中所述基体部分粉末的混合时组元为96. 55%的雾化铁粉，0. 65%的石墨粉，2%的电解铜粉，混合时添加0. 8%的粉末成型润滑剂；所述耐磨部分组元为98. 2 %的合金钢粉，1 %的石墨粉，0. 8 %的粉末成型润滑剂，所述合金刚粉的成分为钼为5%，钨为6%，铬为4%，钒为2%。
6.如权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，步骤6)中所述基体部分粉末和所述耐磨部分粉末的充填高度为0. 5 35mm。
7.如权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，步骤7)中压制后得到的生坯密度为 6. 5 7. 3g/cm3。
8.如权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，步骤8)中烧结温度为1000 1350°C，烧结时间不少于20分钟。
9.如权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，步骤11)中回火温度为500 6000C，回火时间1 4小时，回火次数为1 3次。
10.如权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，步骤12)中所述氮化采用等离子氮化处理。
全文摘要
本发明公开了一种发动机挺柱的制造方法，经过设计材料组成、设计耐磨组元高度、混合粉末、设计模具、装粉末、充填粉末、成型、烧结、加工、淬火、回火和氮化处理这些步骤得到烧结挺柱，加工方便，可以低成本并且高效率的实现，从而便于进行批量生产，并且制得的挺柱耐磨性能良好。
文档编号C22C38/36GK102205416SQ201110132840
公开日2011年10月5日 申请日期2011年5月19日 优先权日2011年5月19日
发明者包崇玺 申请人:东睦新材料集团股份有限公司