[发明专利]一种发动机高强度曲轴及其制备方法

说明书

本发明公开了一种发动机高强度曲轴，所述曲轴的材料为非调质钢；按重量百分比计，所述非调质钢包含C 0.25～0.3％、Mn 1.5～2.0％、Si 0.15～0.25％、P≤0.015％、S≤0.05％、Cr 0.03～0.1％，以及余量的Fe和不可避免的杂质。本发明所述曲轴中低C含量使曲轴毛坯校直容易，降低了曲轴毛坯废品率；高Mn含量提高了曲轴材料的强度；不添加稀有金属Mo和V，降低了钢材成本；采用碳氮共渗(软氮化)+水淬火的强化方式大大提高了曲轴弯曲和扭转强度。

技术领域

本发明涉及汽车零配件加工领域，具体涉及一种发动机高强度曲轴及其制备方法。

背景技术

以提高地球环境的保护意识为基础，法规对高性能汽油机的排量要求逐渐增加，要求汽油机的性能提高、排量降低，且成本降低，这样在发动机的生产制造中，曲轴约占发动机成本的5-10％，曲轴的成本降低是降低发动机成本的重要方面。

现有技术中一般采用曲轴的配比为：碳0.35-0.38、42CrMo钢等材料，采用圆角滚压加工的方案成型曲轴，这种方案中含有稀有金属Mo和V等，因此其成本较高，并且C含量高，曲轴校直困难，废品率高。例如现有技术中公开的一种曲轴用钢的含量配比：以质量％计，含有0.28％以上且0.47％以下的C、0.45％以下的Si、0.90％以上且1.50％以下的Mn、0.006％以下的S、0.30％以下的Cu、0.15％以下的Mo以及0.06％以上且0.32％以下的V，余部为Fe及不可避免的杂质，其中包含稀有元素Mo和V，使其成本较高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种发动机高强度曲轴及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种发动机高强度曲轴，所述曲轴采用将非调质钢进行锻造和机械加工，并进一步进行碳氮共渗和随后水淬火处理而获得；按重量百分比计，所述非调质钢包含C 0.25～0.3％、Mn 1.5～2.0％、Si 0.15～0.25％、P≤0.015％、S≤0.05％、Cr0.03～0.1％，以及余量的Fe和不可避免的杂质。

本发明所述曲轴选用的非调质钢中C含量为0.25～0.3％，相对目前曲轴常用材料C38(C含量约0.38％)/42CrMo(C含量约0.42％)系列的C含量低，利于曲轴校直，降低了废品率；C含量过低则强度下降。Mn含量在一定范围内，含量越高，钢材强度越高，表现在曲轴强度越高，但是Mn含量过高则会导致硬度过大，影响校直。Mn含量为1.5～2.0％可以使Mn大量固溶强化在铁素体，提升了铁素体强度(曲轴材料金相组织为珠光体和铁素体，其中铁素体强度低，裂纹萌生于低强度铁素体)，弥补了C含量低和不加稀有元素Mo和V等强度不足，从而提升曲轴材料强度。由于不添加稀有元素Mo和V等稀有金属，降低了曲轴原材料成本约10％。碳氮共渗(软氮化)+水淬火的强化方式大大提高了曲轴弯曲和扭转强度。通过选用上述成分的非调质钢和曲轴的强化方式结合，能够得到高强度曲轴。本发明所述曲轴尤其适用于小排量汽油发动机。

作为本发明所述发动机高强度曲轴的优选实施方式，所述曲轴的轴颈自表面向下50-60μm深度的硬度为HV320-360。该硬度范围是曲轴的控制指标，在一定范围内硬度越高，曲轴整体强度越高。

作为本发明所述发动机高强度曲轴的优选实施方式，所述碳氮共渗的步骤包括：将曲轴在550～650℃环境下且在NH₃和RX的混合气体中保温1.5～2.5h。