[发明专利]具有可控表面硬化层的凸轮轴铸件的制备方法

说明书

本发明提供一种具有可控表面硬化层的凸轮轴铸件的制备方法，包括以下步骤：制备硬化层反应物片、制备铸造砂型、熔炼及浇注、取件。本发明能够通过控制硬化层反应物片的厚度控制铸件表面硬化层的厚度，实现表面硬化层厚度的可控性，将表面硬化层的厚度控制为4.5～7.5mm，使得加工完成后的表面硬化层精确控制在要求范围内，保证表面硬化的效果，提高凸轮的使用寿命。

技术领域

本发明专利涉及汽油发动机、柴油发动机领域，特别涉及一种具有可控表面硬化层的凸轮轴铸件的制备方法。

背景技术

凸轮轴是活塞发动机里的一个部件。它的作用是控制气门的开启和闭合动作。虽然在四冲程发动机里凸轮轴的转速是曲轴的一半(在二冲程发动机中凸轮轴的转速与曲轴相同)，不过通常它的转速依然很高，而且需要承受很大的扭矩。凸轮轴承受周期性的冲击载荷，凸轮与挺柱之间的接触应力很大，相对滑动速度也很高，因此凸轮尤其是与挺住直接作用的凸轮突桃的工作表面的磨损比较严重。

目前，制备凸轮轴表面硬化层的方法主要是采用在砂型中安放冷铁，利用快速冷却，以形成冷激层(快速冷却层，或冷硬层)，该冷激层的硬度通常在53HRC左右，硬度虽然比铸铁内部高，但仍有所不足，且冷激层内应力较大，又无自润滑效果，因此，凸轮轴的使用寿命的提高较为困难。同时，对于特定成分的凸轮轴而言，由于冷激层的形成完全由铁液与冷铁之间的温度差，以及冷铁的热传导率控制。而在铸造的浇注过程中，浇注在具体某一砂型时，铁液的具体温度很难精准控制，且浇注时的环境因素(包括温度、湿度等因素)因气候、季节、地域等影响变化较大，因此很难精准控制，常常导致冷激层厚度和硬度不具可控性，这将直接导致后续加工困难，严重时甚至导致整批产品报废。

为此，有必要提供一种具有可控表面硬化层的凸轮轴铸件的制备方法，所制备的汽车凸轮轴具有高硬度、自润滑、高耐磨性、高寿命的特点。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种具有可控表面硬化层的凸轮轴铸件的制备方法，所制备的汽车凸轮轴具有高硬度、自润滑、高耐磨性、高寿命的特点。

本实发明为实现上述目的所采用的技术方案是：具有可控表面硬化层的凸轮轴铸件的制备方法，包括以下步骤：

S1.制备硬化层反应物片，

S11.配料，所采用的原料成分为：

1)M粉、X粉和Fe-B合金粉，其中，M粉为Mo粉和Fe-Mo合金粉中至少一种，X粉为Fe、Ni、Co、Cr、Cu、Mn、V、碳黑、石墨中至少一种，Fe-B合金粉为FeB₂和FeB中至少一种，M粉的质量占比为40～90％，X粉的质量占比为0～30％，Fe-B合金粉的质量占比为10～60％；

2)或者M粉、Fe-X合金粉和Fe-B合金粉，其中，M粉为Mo粉和Fe-Mo合金粉中至少一种，Fe-X合金粉为Fe-Ni、Fe-Co、Fe-Cr、Fe-Cu、Fe-Mn、Fe-V中至少一种，Fe-B合金粉为FeB₂和FeB中至少一种，其中M粉的质量占比为40～90％，Fe-X粉的质量占比为0～45％，Fe-B合金粉的质量占比为10～60％；

S12.球磨，将原料粉末球磨均匀后，取出沉淀、干燥，得到混合粉料；

S13.造粒，按混合粉料的1～3wt％掺入成型剂，充分混合均匀后进行造粒、干燥，得到流动性良好的混合粒料；

S14.模压成型，将混合粒料装入模具中进行机械模压形成胚料，制备的胚料为弧形片，且弧形片的曲率与凸轮模样的曲面曲率一致，厚度为2-5mm；

S15.烧结，将坯料置入真空脱胶炉或流动气氛脱胶炉中，使压坯中的成型剂脱出，烧结完成后，取出即得到硬化层反应物片，厚度为2-5mm；

S2.制备铸造砂型，