[发明专利]一种组合式粉末冶金中空凸轮轴凸轮材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于汽车发动机等内燃机用凸轮轴新的生产工艺技术领域，特别涉及一种组合式粉末冶金中空凸轮轴凸轮材料及其制备方法。

背景技术

近年来，为了节约能源及减少污染，汽车减重显得愈加重要。每为汽车减重10%，就可降低油耗8%，不仅节约燃油还降低了尾气的排放量。为了解决传统凸轮轴重量大、材料利用率低、加工成本高等问题，新型凸轮轴的设计理念必须是少加工、质量小、结构紧凑。同时轴的各个部分必须满足不同的性能要求。凸轮片要有较高的耐磨性、耐胶着及点蚀，轴颈的滑动摩擦系数小，芯轴则要抗弯曲、抗剪切强度好。传统的铸造凸轮轴很难同时满足这些性能要求，且需要大量的机加工才能最终成形，成本高、浪费原材料。最主要的是很难在减轻重量方面有所突破。所以各国的汽车工业已开始研制并使用新型的组合式中空凸轮轴，简称组合式凸轮轴。各种类型的组合装配方式正不断的被人们发明研制出来，所有这些组合装配方式的根本原则都是减轻重量、满足性能要求。

组合式凸轮轴发展到今天，常用连接方法可以分为三大类：焊接法，机械法（主要包括过盈装配、机械扩管法、滚花装配法），组合烧结法。

焊接法在焊接时会产生很多的热量，使得焊接区瞬间高温材料会发生变形，影响被焊零件尺寸的稳定性，焊接区激烈的热变化也容易产生裂纹，焊接效果难以保证，且外观需要进一步整形；扩管法凸轮与钢管为间隙配合，利用液压或机械扩管，为了利于轴体的塑性变形要求管壁比较薄，凸轮承受张应力热套连接时，凸轮在工作时产生的热量通过金属基体发生热传递，这些热量传递到凸轮与轴体结合的部位会使过盈量发生改变，连接强度稳定性下降。

美国路虎MG-F汽车的可变阀控制（VVC）发动机其凸轮轴就是采用的组合烧结技术，轴体用的是冷拔钢管，凸轮采用的是赫格纳斯的Astaloy E粉（Fe-5Cr-2Cu-2.5C-1Si-1Mo-0.5P）经液相烧结在钢管上，其它烧结件用的是Fe-Cu-C系粉末，先烧结再使用钎焊方法与轴体连接。

CN 1858288A公开了一项关于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：C0.4-0.6%，Cr1.0-1.5%，Ni1.5-2.0%，Mo0.6-1.0%，Cu2-2.5%，其余为Fe。凸轮制备采用压制烧结法和粉末锻造法，压制烧结法制备的凸轮还要采取两种表面强化处理：高频淬火和宽带激光表面淬火；粉末锻造法在锻造后采用油淬和低温回火的热处理工艺，凸轮与钢管采用机械法连接。此项技术存在一定的不足，碳含量较低，不利于凸轮硬度及耐磨性的提高，使得必须采用表面强化处理或是热处理工艺来提高硬度，增加了制造成本，同时也使得生产周期延长。另外，凸轮与钢管采用机械法连接，稳定性不高，而且粉末锻造工艺复杂，设备投资较大。CN 101368250A公开了一项稀土添加高碳含量凸轮材料及粉末冶凸轮轴生产工艺的专利，凸轮材料成分为C 1.5-2%，Cr 7.5-10%，Ni 1.5-2%，Mo 0.75-1%，P 0.45-0.6%，氟化稀土1.75-2%，余量为Fe。凸轮经压制成型后，将压坯先在950℃下预烧结30min，然后凸轮、轴颈与钢管装配后在1140℃烧结，保温60min。此项技术虽然也是通过液相烧结实现钢管与凸轮的冶金结合，但是凸轮片在压制后需要预烧，增加了能耗和成本、延长了生产周期。

组合烧结技术在我国还刚刚起步，技术不够成熟，还未能大量进入市场，主要依靠进口。目前国内许多发动机制造厂家迫切需要国内自行研发的组合式凸轮轴来替代进口，节省资金。因此，此项技术具有十分广阔的市场和良好的应用技术。

发明内容

本发明的目的在于克服传统铸造凸轮轴的缺点，改进其它粉末冶金凸轮轴的凸轮材料及凸轮与芯轴的装配连接方式，减少工艺流程，降低能耗。同时通过所添加的合金成分提高粉末冶金凸轮的耐磨性及凸轮轴的使用稳定性。提供一种组合式粉末冶金中空凸轮轴凸轮材料及一种高效的组合式中空凸轮轴的生产方法。

本发明提供一种组合式粉末冶金中空凸轮轴凸轮材料，该凸轮材料合金成分范围为：C 1.5-3%，Cr 3-7%，Mo 0.5-1.5%，P 0.3-0.6%，Cu 1-3%，Si 0.05-1.5%，Mn 0.05-1.5%，Ti 0.01-1.5%，余量为Fe。

本发明涉及的组合式粉末冶金中空凸轮轴凸轮材料的制备方法是：