[发明专利]一种高强度高韧性的球墨铸铁、曲轴及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高强度高韧性的球墨铸铁，对曲轴所使用的球墨铸铁材料进行了成分强化，本发明还提供了一种高强度高韧性的球墨铸铁曲轴的制备方法，对球墨铸铁曲轴进行了工艺强化，使得该曲轴的球化级别为1‑2级，石墨大小为5‑8级，等温淬火后得到上贝氏体组织2～3级，成分强化结合工艺强化实现强强联合使得该曲轴的抗拉强度≥900MPa，延伸率≥10％，冲击韧性≥190J/cm²，硬度为260‑320HBW，综合机械性能指标优于锻钢40Cr与42CrMo，实现了真正意义上的以铁代钢，与同样锻钢曲轴相比，重量降低10％以上，节约成本30％以上，降低了曲轴的制备加工难度，应用前景十分广阔。

技术领域

本发明涉及内燃机技术领域，尤其是涉及一种高强度高韧性的球墨铸铁、曲轴及其制备方法。

背景技术

曲轴是发动机的关键部件之一，曲轴在工作时承受大的负荷和不断变化的弯矩和扭矩作用，曲轴的强度和刚度对发动机的可靠性有决定性影响。曲轴常见的失效形式有强度值、韧性不足导致的疲劳断裂及硬度值低造成的磨损。因此，实际生产与应用中对曲轴的强度、硬度及韧性提出了很高的要求。

目前制造曲轴的材质主要有两种，一种是锻钢材质，如40Cr、42CrMo等；另一种是球墨铸铁材质，一般采用QT800-2、QT900-2等。用中国专利“球墨铸铁曲轴的组份及其生产方法”(专利号ZL201310335464.3)，可以制备QT900-5材质的曲轴，但该专利技术制备的曲轴与现有锻钢材质的曲轴的延伸率相比，还有一定差距(现有锻钢材质的延伸率一般在9％以上)，导致现在大功率的柴油机仍然更多使用锻钢曲轴。但是锻钢曲轴始终存在以下缺陷：重量大，锻造以及加工难度大，直接导致成本上升，不利于市场竞争，不符合国家提倡的节能减排要求。

因此，如何提供一种高强度且高韧性的球墨铸铁曲轴，降低曲轴的重量，降低曲轴的制备加工难度，减小曲轴的成本是目前本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种高强度高韧性的球墨铸铁。本发明实施例的另一目是提供一种高强度高韧性的球墨铸铁曲轴及其制备方法。

为解决上述的技术问题，本发明提供的技术方案为：

一种高强度高韧性的球墨铸铁，包括以下质量百分数的组分：0.36％～0.40％的C，1.9％～2.4％的Si，S≤0.020％，P≤0.025％，0.25％～0.65％的Mn，2.0％～3.0％的Ni，0.50％～0.85％的Cu，0.002％～0.008％的Sb，0.01％～0.02％的Sn，余量为Fe以及不可避免的杂质；且为上贝氏体组织2～3级。

优选的，还包括质量百分数为0.002％～0.005％的Bi。

优选的，还包括以下质量百分数的组分：0.003％～0.004％的Ca，0.0025％～0.003％的Mg，0.006％～0.01％的稀土RE，0.0003％～0.0075％的Ba。

优选的，还包括质量百分数为0.001％～0.0035％的Bi。

一种曲轴，由上述中任意一项所述的球墨铸铁制备而成。

优选的，所述曲轴的球化级别为1～2级，石墨大小为5～8级。

一种曲轴的制备方法，包括以下步骤：

1)冶炼铁水：控制冶炼完成后得到的铁水包括以下质量百分数的组分：0.36％～0.40％的C，1.9％～2.4％的Si，S≤0.020％，P≤0.025％，0.25％～0.65％的Mn，2.0％～3.0％的Ni，0.50％～0.85％的Cu，0.002％～0.008％的Sb，0.01％～0.02％的Sn，余量为Fe以及不可避免的杂质；

2)球化处理：向步骤1)得到的铁水中加入球化剂，进行球化处理；