專利名稱：：稀土添加高碳含量凸輪材料及粉末冶金組合式中空凸輪軸的制作方法
技術領域：
：本發明為汽車發動機凸輪軸新的生產工藝，特別涉及稀土添加高碳含量粉末冶金組合式中空凸輪軸凸輪材料的配方及凸輪、芯軸、軸頸的裝配連接及制造方法。
背景技術：
：凸輪軸是汽車發動機配氣機構中的重要零件，凸輪軸的結構設計與加工質量好壞，直接影響發動機的性能.近年來,因環境保護的需要,很多國家都在開發低油耗、無污染的汽車發動機.隨著發動機功率及轉速的不斷提髙，對凸輪軸運動的平穩性、射磨性能及抗扭強度提出了更高的要求.同時在保證凸輪軸高強度與可靠性的前提下，凸輪軸的設計制造應具有結構緊湊、重量輕、加工流程簡化的特點，以達到輕量化、低成本、高效率的目的。目前，大部分發動機制造企業都采用鑄造整體式凸輪軸，其材料有的采用中碳低合金鋼(經髙頻淬火)，有的采用球墨鑄鐵.整體式凸輪軸加工工藝包括粗加工、半精加工和精加工。生產中采用自動線多工位機床，設備投資較大，生產線占地面積多，生產成本較髙。汽車工業先進國家在汽車上大量使用粉末冶金零件，平均每輛車達12kg以上。l訴O年代初期以來，美國和日本汽車公司開始研發粉末冶金組合式凸輪軸，如美國RoverMG-F汽車的可變閥控制(WC)發動機,凸輪軸芯軸由冷拉鋼管制成，鋼管上的凸輪用AstaloyE鋼粉(含O.5%C5免Cr,1%Mo，2%Cu，0.5%P及l免Si)燒結而成，驅動輪的燒結元件用Fe—Cu—C燒結而成，然后再釬焊在鋼管上，這樣的復合凸輪軸在重量上節材40免左右，使加工大大簡化、降低成本，并使發動機功率得到提高.日本活塞環株式會社從80年代中期開始生產燒結連接式凸輪軸，1992年開始生產專門用于低能耗發動機的凸輪軸,凸輪采用燒結合金,具有非常好的耐磨損及耐點蝕性能，目前已生產了近10OO萬根。我國汽車工業使用粉末冶金材料較少，平均每車3kg左右，且多為導管、軸套之類，髙強度結構件幾乎空白。2006年2月《粉末冶金技術》報道了北京亞新科集團所屬江蘇儀征廠向美國GrandHqveii工廠提供粉末冶金組合式凸輪軸的半成品。另據報道，上海通用公司生產的別克轎車使用了裝配式空心凸輪軸，但其凸輪是用鍛造工藝成型的鋼件.國內有人申請了一項關于凸輪制品的生產工藝,其采用的是復壓、復燒和碳氮共滲工藝，凸輪材料的成分為CO.5*,Cul.5%,Crl.5%,MnO.4%,MoO.59i,SO.15%，余量為Fe。但是這種工藝比較復雜，設備要求比較髙，不適合大批量生產。國內還有人申請了一項關于P/M中空凸輪軸凸輪制備及熱處理方法的專利，其凸輪成分為CO.4-0.6%,Crl.0-1.5%,Nil.5-2.0%,Mo0.6-1.0%,Cu2-2.5%,其余為Fe,凸輪制備采用粉末鍛造法，之后采用油淬+低溫回火的熱處理工藝，凸輪與芯軸采用機械法連接。但是，這項技術也存在一定的不足，由于凸輪材料碳含量較低，不利用凸輪硬度及射磨性的提高，Cr含量太低，保證不了足夠的耐腐蝕性能。另外，凸輪和芯軸采用機械法連接，穩定性不高。而且粉末鍛造工藝復雜，設備投資較大。近年來，我國的粉末冶金技術取得了長足的進步，如合金粉末的制備、高密度粉末冶金材料的壓制和燒結技術都有發展，為粉末冶金中空凸輪軸的研制和生產創造了條件。粉末冶金中空凸輪軸在汽車工業先進國家如美、德、日得到較為廣泛的應用，2006年粉末冶金空心凸輪軸已占領美國凸輪軸市場的30%。目前國內許多發動機制造廠家及凸輪軸專業生產廠對凸輪軸制造新技術給予高度重視，迫切需要國內自行研制的組合式凸輪軸，以求替代進口、節省資金、帶來更顯著的經濟效益。因此，此項技術具有十分廣闊的市場和良好的應用前景。
發明內容本發明的目的在于克服傳統鑄造凸輪軸以及粉末鍛造裝配式凸輪軸的缺點，改進其他粉末冶金凸輪材料以及優化凸輪、芯軸、軸頸的裝配方法，提高組合式中空凸輪軸的使用穩定性。提供一種高效的汽車用組合式中空凸輪軸的生產方法。本發明的凸輪材料成分為C1.5-2%,Cr7.5-10%,Ni1.5-2%，Mo0.75-1%，P0.45-0.6%,氟化稀土1.75-2%，余量為Fe。其中Cr、Mo、P以預合金粉末的形式加入。本發明涉及的組合式中空凸輪軸的具體生產方法是將各種粉末按一定比率混合，混料的同時加入0.8%的硬脂酸鋅作為壓制潤滑劑，加入0.6免的PEG作為粘接抓壓機采用60T油壓機，壓制壓力600-700MP,保壓時間10-20秒；壓制后，凸輪壓坯先在950'C下預結30niin，然后與芯軸、軸頸裝配燒結114(TC,保溫60min，其中芯軸為中空的碳素鋼管，軸頸材料為灰鑄鐵。本發明具有以下優點(1)粉末冶金是一種近凈形的制造工藝，與傳統機械加工生產方法相比，具有成本低、效率高、前期投資少、環境污染小等優點，而且能夠制造復雜形狀的機械結構零件，具有節材、省能、省工時等優勢，非常適合于大批量生產。(2)本發明中的粉末冶金成型工藝簡單，且凸輪預燒后與芯軸裝配燒結，一次性實現冶金結合，結合強度高，性能可靠。(3)本發明涉及的凸輪材料含碳量達1.5-2%，燒結之后的凸輪材料硬度HRC》55,且含有大量彌散分布的游離態石墨，可以起到很好的潤滑作用，大大降低了凸輪的磨損，提高了使用壽命。(4)稀土元素的加入，可起到活化燒結、細化晶粒的目的，而且可以降低燒結溫度，減少裝配燒結時的尺寸變形量。另外，裝配燒結完成后，無需進行熱處理及后續機加工，這又在一定程度上節省了工時，降低了生產成本。圖l(a)、(b)凸輪材料燒結后的顯微組織圖2(a)粉末冶金組合式中空凸輪軸示意圖圖2(b)粉末冶金組合式中空凸輪軸實物圖,附表說明表l組合式凸輪軸連結方法性能比較具體實施例方式下面結合附圖及附表進一步說明本發明的具體內容。凸輪材料成分如前所述，其經壓制燒結后顯微組織如圖l所示，組織為珠光體+滲碳體，且有適量彌散分布的游離態石墨存在，能夠起到良好的潤滑作用，這種組織在保證凸輪材料高硬度的同時，大大降低其摩擦系數，提高耐磨性能。稀土元素的加入，可起到活化燒結、細化晶粒的目的，而且可以降低燒結溫度，減少裝配燒結時的尺寸變形量。凸輪材料HRC硬度》55,抗拉強度^550MP。圖2(a)、(b)分別是粉末冶金組合式中空凸輪軸裝配示意圖及實物圖。凸輪預燒后與芯軸、軸頸裝配燒結，一次性實現冶金結合，結合強度高，性能可靠。表l所示為組合式凸輪軸冶金結合方法與其他連接方式的性能比較，對比可以看出，冶金結合方式綜合性能大大優于其他連接方式。另外，裝配燒結完成后，無需進行熱處理及后續機加工，這又在一定程度上節省了工時，降低了生產成本。表一<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>權利要求1.一種組合式粉末冶金中空凸輪軸凸輪材料，其特征是合金成分含量為C1.5-2％，Cr7.5-10％，Ni1.5-2％，Mo0.75-1％，P0.45-0.6％，氟化稀土1.75-2％，余量為Fe，并加入0.8％的硬脂酸鋅粉末作為壓制潤滑劑和0.6％的PEG作為粘接劑。2、一種組合式粉末冶金中空凸輪軸壓制燒結工藝，其特征是壓機采用60T油壓機，壓制壓力600-700MP，保壓時間10-20秒；壓制后，凸輪壓坯先在950'C下預結30min,然后與芯軸、軸頸裝配燒結1140'C，保溫60min,其中芯軸為中空的碳素鋼管，軸頸材料為灰鑄鐵。3、一種組合式粉末冶金中空凸輪軸凸輪和芯軸連接方式，其特征是凸輪預燒后與芯軸裝配燒結，一次性實現冶金結合，結合強度高，性能可靠。4、一種含有適量彌散分布的游離態石墨的凸輪材料，其特征是較高的碳含量在保證高硬度的同時，可以起到很好的潤滑作用，大大降低凸輪的磨損，.提高了使用壽命。全文摘要本發明公開了一種粉末冶金裝配式凸輪軸凸輪材料的配方及其制備方法。稀土添加高碳含量凸輪材料的成分為C1.5-2％，Cr7.5-10％，Ni1.5-2％，Mo0.75-1％，P0.45-0.6％，氟化稀土1.75-2％，余量為Fe，其中Cr、Mo、P以預合金粉末的形式加入。將各種粉末按一定比率混合，混料的同時加入0.8％的硬脂酸鋅作為壓制潤滑劑，加入0.6％的PEG作為粘接劑。壓制后，壓坯先在950℃下預結30min，然后與凸輪、軸頸裝配燒結1140℃，保溫60min。用該種方法生產的裝配式中空凸輪軸在保證了高強度與可靠性的前提下，同時具有結構緊湊、重量輕、加工流程簡化的特點，達到了輕量化、低成本、高效率的目的，克服了傳統鑄造凸輪軸難以解決的技術難題。文檔編號B22F3/16GK101368250SQ200810045999公開日2009年2月18日申請日期2008年9月8日優先權日2008年9月8日發明者寧李,衛楊,計熊,邱代榮申請人:四川大學