[发明专利]大功率发动机曲轴及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大功率发动机曲轴。属于发动机旋转运动件领域。涉及机车柴油机曲轴、船用柴油机曲轴、燃气机曲轴等技术领域。

背景技术

目前，柴油机广泛应用于在机车、船舶、电站等领域上。曲轴是发动机中传递动力的主要部件，曲轴的功用是把活塞的往复运动通过连杆变成旋转运动，以输出发动机所产生的功率，并驱动发动机的配气机构、喷油泵、机油泵、水泵以及其他附件。

现在，国内大功率发动机曲轴材料多是采用合金钢，例如：42CrMo、40CrNiMo等，其材料成本昂贵。本发明设计出合理的化学成份，从而明显提高了力学性能，保证在低成本的前提下满足了生产大功率发动机曲轴的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题之一是：提供一种机械性能提高的大功率发动机碳钢曲轴，保证在低成本的前提下满足生产大功率发动机碳钢曲轴的需求。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种大功率发动机曲轴，所述曲轴包含的组分及重量百分比如下：C：0.42～0.50%，Si：0.15～0.37%，Mn：0.50～0.90%，P：0～0.035%，S：0～0.035%，Cr：0.15～0.30%，Ni：0.15～0.40%，Mo：0.01～0.15%，Cu：0～0.20% ，余量为铁和不可避免的杂质；

作为优选方式，所述曲轴包含的组分及重量百分比如下：C：0.44～0.48%，Si：0.15～0.35%，Mn：0.60～0.90%，P：0～0.035%，S：0～0.035%，Cr：0.20～0.30%，Ni：0.20～0.40%，Mo：0.01～0.15%，Cu：0～0.20% 。

作为优选方式，所述曲轴包含的组分及重量百分比如下：C：0.45～0.47%，Si：0.15～0.35%，Mn：0.65～0.90%，P：0～0.03%，S：0～0.03%，Cr：0.25～0.30%，Ni：0.25～0.40%，Mo：0.05～0.15%，Cu：0～0.20% 。

作为优选方式，所述曲轴的机械性能为：抗拉强度Rm为690-850MPa，名义屈服强度Rp0.2≥390MPa，断后伸长率A≥16%，断面收缩率≥45%，深度5mmU型缺口试样的冲击吸收功Aku5≥22J。

以下具体说明各元素的作用及原理：

 C：碳是决定钢材性能的最重要元素。当钢中含碳量在0.8%以下时，随着含碳量的增加，可提高钢材的强度、硬度和淬透性。本发明材料为中碳钢，在含碳量为0.42～0.50%范围内，调质热处理后可提高材料的强度和塑韧性。

Si：是作为脱氧剂而存在的，是钢中的有益元素。硅含量较低时，能提高钢材的强度，而对塑性和韧性无明显影响，硅含量较高时，材料脆性增加，故设定范围为0.15～0.37% 。

Mn：锰具有很好的脱氧能力，可以改善钢的品质，在含硫的钢中，锰能使硫造成的热脆性和冷脆性减到最小。提高钢的强度和硬度及耐磨性。在本发明材料中加入0.65～0.90%的锰，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬透性，改善钢的热加工性能。

P：磷是钢中的有害元素，增加钢的冷脆性，降低钢的冲击韧性等。但由于其是由矿石中带入的，不可能去除干净，必须严格控制含量，因此要求本钢中含磷量小于0.035% 。

S：硫是钢中的有害元素，使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造时造成裂纹。但由于其是由矿石中带入的，不可能去除干净，必须严格控制含量，因此要求本钢中含磷量小于0.035% 。

Cr：铬主要作用是提高淬透性。使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能。虽然增加铬的含量会增加材料的淬透性，但是本发明材料是中碳钢，不是合金钢，为降低成本，故将其含量确定为0.15～0.30% 。

Ni:可以提高钢的强度，而又能保持良好的塑性和韧性。增加钢的淬透性及硬度。但由于镍是较稀缺资源，为降低成本，故应合理使用，确定范围为0.15～0.40%。

Mo:钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在本发明材料中适当加入微量钼能提高其机械性能，防止回火脆性，因而确定范围为0.01～0.15%。

Cu:铜是钢中无法去除元素、残余元素，作为热压力加工用钢，为防止铜脆，必须将其含量控制在0-0.20% 。

与现有碳钢材料曲轴相比，本发明的碳钢曲轴明显提高了力学性能，机械性能参数如下：