專利名稱：一種金屬材料及用該材料生產各種金屬配件的工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬材料及用該材料生產各種金屬配件的工藝，包括高壓柱塞泵的閥桿轉子、柱塞、配油盤等配件以及各種齒輪、軸瓦、軸套、滑塊、軸襯、缸套的生產工藝。
背景技術：
目前國內液壓行業、工程機械、橡塑機械、水泥機械、減速機行業、汽車工業、機床行業等行業使用的各種機械配件，包括高壓柱塞泵的閥桿轉子、柱塞、齒輪配油盤等配件以及各種軸瓦、軸套、軸襯、缸套、齒輪、齒環、蝸輪等配件，均按照GB1176-87的標準的規定選材和加工生產的，如鋁黃銅25-6-3-3，合金牌號為ZCuZn25Al6Fe3Mn3，該材料的抗拉強度為725-740Mpa、延伸率為7-10、HB為157，又如錳黃銅38-2-2，合金牌號為ZCuZn38Mn2Pb2，該材料的抗拉強度為245-345Mpa、延伸率為大約10-18、HB大約為140，上述合金材料分別具有高強度性能、耐磨性能、優越的塑性、抗沖擊性能、抗咬合性能、低溫性能、小于300℃的高溫穩定運行性能、耐蝕性能等，需要根據所加工配件的運行環境進行選用，為了能滿足不同配件在各種運行環境下的性能要求，需要生產加工多種牌號的鑄銅合金材料，由于銅合金加工性能差，我國又是缺少銅的國家，上述材料大部分依靠進口，使產品的生產成本偏高，浪費國家大量外匯，此外，有些配件，如高壓柱塞泵中的轉子配件，其生產材料多采用從國外進口的水平連鑄球墨鑄鐵型材，加工成配件后進行軟氮化處理，處理后經檢測合格后裝機使用，成本高，成品率低，與之相配合的柱塞、配油盤則采用材質為38CrMoALA(或其他可替代的鋼材)，也經加工后進行軟氮化處理，處理后經檢測合格后使用，又由于轉子的轉速為1000--4000轉/分鐘，與柱塞、配油盤高速磨擦，不僅要求高耐磨，更須防止摩擦副之間由于咬合而產生抱死，這種采用多種材料加工的組合配件，不僅成本高，且質量不穩定、運行不穩定，易發生抱死現象，縮短配件的使用壽命。
發明內容
本發明針對現有技術的不足，提供一種金屬材料及用該材料生產各種金屬配件的工藝，所生產的配件在合理工作環境下反映出優越的高強度性能、耐磨性能、抗沖擊性能、抗咬合性能、低溫性能、小于300℃的高溫穩定運行性能、耐蝕等綜合性能，同時可降低材料成本，且加工性能好，既可提高加工效率，又可延長刀具壽命，其生產工藝合理，使產品的各項性能指標均優于現有產品，本發明所采取的技術方案如下本發明所述金屬材料是由含有多種成分的鐵水經水平連鑄鑄鐵型材工藝生產的，其特征在于材料的成分為C3.4～3.6％、Si2.4～2.6％、Mn0.02～0.05％、P＜0.04％、S＜0.02％、Ti＜0.04％、雜質性元素總和＜0.08％，其金相組織為退火態的鐵素體100％，球化率＞85％，球數＞100個/mm2，縮松、夾雜及碳化物＜1％，毛坯的性能指標為抗拉強度大于450MPa，延伸率大于20，硬度HB150-170。
用上述材料生產各種金屬配件的工藝包括機加工、熱處理、清洗和冷卻，最后進行修正處理，其中機加工按標準規定的結構尺寸或圖紙規定的尺寸進行加工，其特征在于將加工好的配件采用等溫淬火進行熱處理，加熱溫度為奧氏體化溫度，即880℃～930℃，在此溫度范圍內取定保溫溫度值后，其變化幅度為±3℃，保持恒溫時間為0.5～2小時，且為保護氣氛加熱，然后將加熱后的配件在短時間內置入鹽浴槽中，以避免出現氧化、脫碳現象，鹽浴為硝鹽，溫度為240℃～380℃，鹽浴槽等溫溫度變化幅度為±3℃，處理時間為0.5～2小時，然后進行清洗并冷卻至室溫，最后根據熱處理后的變形量，通過機加工按圖紙將配件修正成正確的尺寸和配合公差即可。
與現有技術相比，本發明解決了國內相關配件生產成本高的問題，HRC達到24～33，抗拉強度900～1050MPa，延伸率為8-11％，金相組織為殘余奧氏體(＞43％)+羽毛狀鐵素體，高的殘余奧氏體解決了摩擦副之間在相對高速運轉下的面壓問題，優異的塑性可使單位面積實際壓強減小，防止出現相對高速運轉過程中抱死問題。高的殘于奧氏體受壓產生高密度位錯以及鐵素體晶格扭曲，產生硬化效應，更加耐磨，強度更高。本工藝配件的材料內球形石墨起到儲油作用減小摩擦副相互間由于摩擦產生的阻力，而且石墨本身就是最好的潤滑劑。相互間摩擦作用的降低，也降低了由于磨擦生熱變形產生的摩擦副間抱死的問題。在這種條件下，其壽命必然大幅提高。本工藝配件在堿性環境下有優越的耐蝕性能，高的殘余奧氏體的存在空氣環境中也表現出優于鋁的耐蝕性能。
具體實施方案實施例一、以蝸輪、空壓機用襯套、圓錐破碎機用襯套、機床用金屬套、汽車同步器齒環、(工程、橡塑、水泥)機械滑塊(軸瓦、軸套、軸襯、缸套、齒輪)這些配件為例本發明所述金屬材料是由含有多種成分的鐵水經水平連鑄鑄鐵型材工藝生產的，其中材料成分為C3.4～3.6％、Si2.4～2.6％、Mn＜0.04％、P＜0.04％、S＜0.02％、Ti＜0.04％、雜質性元素總和＜0.08％，其金相組織為退火態的鐵素體100％，球化率＞85％，球數＞100個/mm2，縮松、夾雜及碳化物＜1％，毛坯的性能指標為抗拉強度大于450MPa，延伸率大于20，硬度HB150-170。
用上述材料生產配件的工藝包括機加工、熱處理、清洗和冷卻，最后進行修正處理，機加工按圖紙規定的尺寸加工，將加工完的鐵素體球墨鑄鐵配件進行等溫淬火，加熱溫度為奧氏體化溫度，即880℃～930℃，在此溫度范圍內取定保溫溫度值后，其變化幅度為±3℃，并在此保溫溫度值保持恒溫0.5～2小時，且為保護氣氛加熱，然后將加熱后的配件在短時間內置入鹽浴槽中，以避免出現氧化、脫碳現象，鹽浴為硝鹽，溫度為340℃～380℃，鹽浴槽等溫溫度變化幅度為±3℃，并根據配件的壁厚，處理時間為0.5～2小時；然后進行清洗并冷卻至室溫，最后根據熱處理后的變形量，通過機加工按圖紙將配件修正成正確的尺寸和配合公差即可。本產品硬度選擇應合理，避免出現咬合現象，此外，在高溫、高速、高溫、高速工作環境下，必須根據硬度差、相對運動速度進行咬合實驗，同時考慮高溫膨脹率比鋼、球墨鑄鐵大這一情況，適當調整尺寸公差及配合公差。采用本發明所述金屬材料及用該材料生產的各種金屬配件，其工作溫度最好在低于鹽浴熱處理溫度值60℃以下。
實施例二、以高壓柱塞泵轉子為例本發明所述金屬材料是由含有多種成分的鐵水經水平連鑄鑄鐵型材工藝生產的，其材料成分為C3.4～3.6％、Si2.4～2.6％、Mn＜0.04％、P＜0.04％、S＜0.02％、Ti＜0.04％、雜質性元素總和＜0.08％，其金相組織為退火態的鐵素體100％，球化率＞85％，球數＞100個/mm2，縮松、夾雜及碳化物＜1％，毛坯的性能指標為抗拉強度大于450MPa，延伸率大于20，硬度HB150-170；
機加工按標準規定的轉子結構尺寸進行加工，轉子孔公差取標準上公差為最小尺寸，相應的，柱塞外園公差取標準公差的下公差為最大尺寸，配油盤外園公差取標準公差的下公差為最大尺寸，具體公差帶的確定需進行熱處理后結合不同規格、形狀來確定，雖然變形量比鋼、球墨鑄鐵大，但相同的規格、形狀，處理工藝相同，處理后尺寸變化量可以穩定傳遞。配合間隙的選擇不能太小，避免產生抱死，必須經裝機試驗確定配合公差。
將加工完的轉子進行等溫淬火熱處理，加熱溫度應達到奧氏體化溫度，即880℃～930℃，在此溫度范圍內取定保溫溫度值后，其變化幅度為±3℃，并在此保溫溫度值保持恒溫0.5～2小時(時間根據壁厚確定)，且為保護氣氛加熱，然后將加熱后的配件在短時間內置入鹽浴槽中，以避免出現氧化、脫碳現象，鹽浴為硝鹽，溫度為340℃～380℃，鹽浴槽等溫溫度變化幅度為±3℃，并根據配件的壁厚，處理時間為0.5～2小時；本產品硬度差選擇應合理，避免出現咬合現象。
最后進行清洗并冷卻至室溫。
上述轉子與材質仍為38CrMoALA(或其他可替代的鋼材)進行軟氮化處理的柱塞、配油盤進行摩擦副的匹配，轉子材料硬度HRC達到24～30，抗拉強度900～1000MPa，延伸率為8-11％，金相為殘余奧氏體(＞43％)+羽毛狀鐵素體，與原柱塞、配油盤(HV820)配合，硬度搭配合理，避免了轉子與柱塞、配油盤之間在相對高速運轉過程中抱死問題，同時轉子材料高的殘余奧氏體解決了轉子與柱塞之間在相對高速運轉下的面壓問題，優異的塑性可使單位面積實際壓強減小，防止出現轉子與柱塞、配油盤之間在相對高速運轉過程中抱死問題。轉子材料高的殘于奧氏體受壓產生高密度位錯以及鐵素體晶格扭曲，產生硬化效應，轉子更加耐磨，產品強度更高。轉子材料內的球形石墨起到儲油作用減小摩擦副相互間由于摩擦產生的阻力，而且石墨本身就是最好的潤滑劑。相互間摩擦作用的降低，也降低了由于磨擦生熱變形產生的摩擦副間抱死的問題。在這種條件下，其壽命必然大幅提高。
實施例三、以高壓柱塞泵的柱塞、配油盤為例本發明所述金屬材料是由含有多種成分的鐵水經水平連鑄鑄鐵型材工藝生產的，其材料成分為C3.4～3.6％、Si0.8～1.0％、Mn＜0.04％、P＜0.04％、S＜0.02％、Ti＜0.04％、Ni0.2～0.4雜質性元素總和＜0.08％；其金相組織為退火態的鐵素體100％，球化率＞85％，球數＞100個/mm2，縮松、夾雜及碳化物＜1％，毛坯的性能指標為抗拉強度大于450MPa，延伸率大于20，硬度HB150-170；機加工按標準規定的結構尺寸進行加工，柱塞外園公差取標準公差的下公差為最大尺寸，配油盤外園公差取標準公差的下公差為最大尺寸，相應的轉子孔公差取標準上公差為最小尺寸，具體公差帶的確定需進行熱處理后結合不同規格、形狀來確定，雖然變形量比鋼、球墨鑄鐵大，但相同的規格、形狀，處理工藝相同，處理后尺寸可以穩定傳遞。配合間隙的選擇不能太小，避免產生抱死，必須經裝機試驗確定配合公差。
將加工完的柱塞、配油盤進行等溫淬火熱處理，加熱溫度應達到奧氏體化溫度，即900℃～920℃，在此溫度范圍內取定保溫溫度值后，其變化幅度為±3℃，并在此保溫溫度值保持恒溫0.5～2小時(時間根據壁厚確定)，且為保護氣氛加熱，然后將加熱后的配件在短時間內置入鹽浴槽中，以避免出現氧化、脫碳現象，鹽浴為硝鹽，溫度為240℃～250℃，鹽浴槽等溫溫度變化幅度為±3℃，并根據配件的壁厚，處理時間為0.5～2小時；本產品硬度差、轉速選擇應合理，避免出現咬合現象。
最后進行清洗并冷卻至室溫。
以本發明所述材料及加工工藝生產的轉子，其硬度HRC達到24～33，抗拉強度900～1050MPa，延伸率8-11％，金相為殘余奧氏體(＞43％)+羽毛狀鐵素體，而以本發明所述材料及加工工藝生產的柱塞、配油盤，其硬度HRC達到48～52，抗拉強度1600MPa以上，延伸率為＞1％，金相為殘余奧氏體(＜7％)+針狀鐵素體+少量馬氏體，由于硬度差20左右，建議轉子工作狀態使用在3000轉/分鐘以下。
權利要求
1.一種金屬材料，是由含有多種成分的鐵水經水平連鑄鑄鐵型材工藝生產的，其特征在于材料的成分為C 3.4～3.6％、Si 2.4～2.6％、Mn 0.02～0.05％、P＜0.04％、S＜0.02％、Ti＜0.04％、雜質性元素總和＜0.08％，其金相組織為退火態的鐵素體100％，球化率＞85％，球數＞100個/mm2，縮松、夾雜及碳化物＜1％，毛坯的性能指標為抗拉強度大于450MPa，延伸率大于20，硬度HB150-170。
2.一種由權利要求1所述材料生產各種金屬配件的工藝包括機加工、熱處理、清洗和冷卻，最后進行修正處理，其中機加工按標準規定的結構尺寸或圖紙規定的尺寸進行加工，其特征在于將加工好的配件采用等溫淬火進行熱處理，加熱溫度為奧氏體化溫度，即880℃～930℃，在此溫度范圍內取定保溫溫度值后，其變化幅度為±3℃，保持恒溫時間為0.5～2小時，且為保護氣氛加熱，然后將加熱后的配件在短時間內置入鹽浴槽中，以避免出現氧化、脫碳現象，鹽浴為硝鹽，溫度為240℃～380℃，鹽浴槽等溫溫度變化幅度為±3℃，處理時間為0.5～2小時，然后進行清洗并冷卻至室溫，最后根據熱處理后的變形量，通過機加工按圖紙將配件修正成正確的尺寸和配合公差即可。
全文摘要
本發明公開了一種金屬材料及用該材料生產金屬配件的工藝，其中金屬材料由含有多種成分的鐵水經水平連鑄鑄鐵型材工藝生產的，材料中含有C、Si、Mn、P、S、Ti等，雜質性元素總和＜0.08％，其金相組織為退火態的鐵素體100％，球化率＞85％，球數＞100個/mm
文檔編號C21D9/00GK101029369SQ20071006166
公開日2007年9月5日 申請日期2007年4月2日 優先權日2007年4月2日
發明者閆曉峰 申請人:閆曉峰