專利名稱：錳銅合金奧貝球鐵汽車后橋螺旋錐齒輪及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種錳銅合金奧貝球鐵汽車后橋螺旋錐齒輪及其制備方法。
背景技術(shù)：
1977年M·Johansson宣布芬蘭Kymi Kymmene公司所屬的Karkkila鑄造廠發(fā)明了奧貝球鐵(ADI)，并在美、英、法、加等13個(gè)國家申請(qǐng)了專利。這種球鐵以貝氏體型鐵素體和奧氏體為基體組織，其中含有20～40％的奧氏體，賦予這種球鐵較高的塑性和韌性，具有優(yōu)異的綜合機(jī)械性能。而且由于奧氏體具有加工硬化能力，能顯著提高其疲勞強(qiáng)度和耐磨性。這種材料特別適合于替代20CrMnTi合金鍛鋼制造齒輪，并具有重量輕、噪聲小，節(jié)省能源等優(yōu)點(diǎn)。
生產(chǎn)合格的奧貝球鐵通常需要加入Mo、Ni、Cu等合金元素提高材料的淬透性，此外，對(duì)原材料的錳量有嚴(yán)格限制(Mn＜0.3％)。目前國內(nèi)外生產(chǎn)的合金奧貝球鐵主要是MoCu系、MoNi系和MoCuNi系。近年來，由于鉬鐵和鎳板等原材料價(jià)格的暴漲，使得這三種類型的合金奧貝球鐵的制造成本大大提高，而且對(duì)錳量的嚴(yán)格要求限制了生鐵來源，嚴(yán)重制約了奧貝球鐵的推廣應(yīng)用。
自1980年以來，我國對(duì)奧貝球鐵也進(jìn)行了研究與開發(fā)，常用MoCu系和MoCuNi系，應(yīng)用于拖拉機(jī)末端齒輪和發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)齒輪取得了較好的成果，但力學(xué)性能的穩(wěn)定性和生產(chǎn)成本問題有待解決。
當(dāng)前，全球性的能源危機(jī)和環(huán)境污染問題要求汽車輕量化勢(shì)在必行。與20CrMnTi合金鍛鋼相比，采用奧貝球鐵制造齒輪可使產(chǎn)品重量減少10％，可減少汽車的燃油消耗和尾氣排放。此外，20CrMnTi合金鋼齒輪的制造需要經(jīng)過冶煉與軋制(鍛鋼型材生產(chǎn))、鍛造和長時(shí)間滲碳淬火熱處理等一系列工序，消耗大量能源。而采用奧貝球鐵制造齒輪，由生鐵錠直接熔鑄而成，并全面地縮短和簡化了熱處理環(huán)節(jié)，顯著節(jié)省能源。因此，采用奧貝球鐵代替20CrMnTi合金鋼制造汽車齒輪對(duì)節(jié)能降耗和汽車工業(yè)的發(fā)展具有戰(zhàn)略意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種新型的錳銅合金奧貝球鐵，主要利用錳和銅保證材料的淬透性，并具有高的強(qiáng)度、塑性和韌性及好的耐磨性，適用于生產(chǎn)汽車(EQ140、EQ145)后橋螺旋錐齒輪。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用以下的技術(shù)方案本發(fā)明提供的錳銅合金奧貝球鐵汽車后橋螺旋錐齒輪，其組成重量百分比為C 3.4～3.8％，Si 2.4～2.9％，Mn 0.4～1.0％，Cu 0.5～1.2％，＜0.06％P，＜0.02％S，余量為鐵。
本發(fā)明提供的制備上述錳銅合金奧貝球鐵汽車后橋螺旋錐齒輪的方法是以普通新生鐵為原材料，合金成分選用Mn、Cu保證材料的淬透性，采用熔煉設(shè)備熔化，以稀土鎂硅鐵合金為球化劑，處理后造渣除渣，分兩次孕育澆注齒輪毛坯，保證球化率為1～2級(jí)，球徑大小6～7級(jí)；齒輪毛坯經(jīng)機(jī)加工后，進(jìn)行等溫淬火和回火處理，即可。本發(fā)明與常用的20CrMnTi合金鍛鋼齒輪比較，具有以下主要優(yōu)點(diǎn)其一.本發(fā)明力學(xué)性能如下(砂型鑄造25mmY型試塊取樣)σb1020～1100MPa，δ6.1～8.8％，αk70～120J/cm2，HRC32～34，強(qiáng)力噴丸后HRC36～39，綜合力學(xué)性能高，達(dá)到或超過國外標(biāo)準(zhǔn)，而且力學(xué)性能的穩(wěn)定性好。
其二.以普通新生鐵和回爐料為原材料，采用沖天爐和電爐雙聯(lián)熔煉。對(duì)新生鐵的含Mn量無特殊限制要求，突破了傳統(tǒng)奧貝球鐵對(duì)錳量的嚴(yán)格限制，擴(kuò)大了新生鐵的來源，方便生產(chǎn)。
其三.利用廉價(jià)的錳并加入適量的銅代替昂貴的鉬、鎳提高材料的淬透性，可顯著降低生產(chǎn)成本。
其四.熱處理工藝參數(shù)可在較大范圍內(nèi)變動(dòng)，等淬工藝性好，而且熱處理變形小。
其五.研制的錳銅合金奧貝球鐵汽車后橋螺旋錐齒輪(EQ140、EQ145主動(dòng)錐齒輪和從動(dòng)錐齒輪)已通過臺(tái)架試驗(yàn)，達(dá)到了國家標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)后撤卸檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，齒面無裂紋、點(diǎn)蝕等缺陷，磨損量小。
其六.齒輪毛坯生產(chǎn)采用普通的潮模砂造型，鑄造工藝簡單，實(shí)用于工業(yè)化大批量生產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明采用錳銅系，利用廉價(jià)的錳并加入適量的銅保證材料的淬透性，而不需要添加昂貴的鉬、鎳合金元素，合金成分在保證淬透性的同時(shí)，也保證了奧貝球鐵強(qiáng)度及塑韌性高的特點(diǎn)，同時(shí)也突破了傳統(tǒng)奧貝球鐵生產(chǎn)要求采用低錳生鐵(Mn＜0.3％)的嚴(yán)格限制，生產(chǎn)成本明顯低于20CrMnTi合金鍛鋼齒輪。
本發(fā)明錳銅合金奧貝球鐵汽車后橋螺旋錐齒輪的組成重量百分比為C 3.4～3.8％，Si 2.4～2.9％，Mn 0.4～1.0％，Cu 0.5～1.2％，＜0.06％P，＜0.02％S，余量為鐵。
上述錳銅含量的重量百分比可以采用Mn 0.6～0.9％，Cu 0.7～1.1％。
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不限定本發(fā)明的內(nèi)容。
實(shí)施例1操作方法以普通新生鐵為原材料，合金成分為C 3.5～3.7％，Si 2.6～2.8％，Mn 0.6～0.8％，Cu 0.7～0.9％，＜0.06％P，＜0.02％S，余量為鐵。采用沖天爐和電爐雙聯(lián)熔煉，以稀土鎂硅鐵合金為球化劑，處理后造渣除渣，用75％硅鐵分兩次孕育澆注齒輪毛坯(EQ140汽車后橋螺旋主動(dòng)錐齒輪和從動(dòng)錐齒輪)，保證球化率為1～2級(jí)，球經(jīng)大小6～7級(jí)，齒輪毛坯經(jīng)機(jī)加工后加熱到870～910℃，保溫2小時(shí)，淬入鹽浴終溫為360～375℃的鹽槽中，保溫2小時(shí)，隨后在310～330℃回火3小時(shí)，即可制成錳銅合金奧貝球鐵汽車后橋螺旋錐齒輪。
技術(shù)指標(biāo)殘余奧氏體含量為25～35％，力學(xué)性能為σb1035～1088MPa，δ6.5～8.5％，αk80～115J/cm2，HRC32～34，強(qiáng)力噴丸后HRC36～39。
實(shí)施例2操作方法除Mn為0.8～1.0％、Cu為0.5～0.7％外，其它同實(shí)施例1。
技術(shù)指標(biāo)殘余奧氏體含量為25～35％，力學(xué)性能為σb1020～1100MPa，δ6.1～7.6％，αk70～110J/cm2，HRC32～34，強(qiáng)力噴丸后HRC37～39。
實(shí)施例3操作方法除Mn為0.4～0.6％，Cu為1.0～1.2％外，其它同實(shí)施例1。
技術(shù)指標(biāo)殘余奧氏體含量為25～35％，力學(xué)性能為σb1025～1080MPa，δ6.3～8.8％，αk85～120J/cm2，HRC32～33，強(qiáng)力噴丸后HRC36～38。
權(quán)利要求
1.一種合金奧貝球鐵齒輪，其特征是一種錳銅合金奧貝球鐵汽車后橋螺旋錐齒輪，其組成重量百分比為C 3.4～3.8％，Si 2.4～2.9％，Mn 0.4～1.0％，Cu 0.5～1.2％，＜0.06％P，＜0.02％S，余量為鐵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合金奧貝球鐵齒輪，其特征是含錳銅的重量百分比為Mn0.6～0.9％，Cu 0.7～1.1％。
3.一種合金奧貝球鐵齒輪的制備方法，其特征是以普通新生鐵為原材料，合金成分選用Mn、Cu保證材料的淬透性，采用熔煉設(shè)備熔化，以稀土鎂硅鐵合金為球化劑，處理后造渣除渣，分兩次孕育澆注齒輪毛坯，保證球化率為1～2級(jí)，球徑大小6～7級(jí)；齒輪毛坯經(jīng)機(jī)加工后，進(jìn)行等溫淬火和回火處理，即可制成錳銅合金奧貝球鐵汽車后橋螺旋錐齒輪，所述錳銅合金奧貝球鐵汽車后橋螺旋錐齒輪的組成重量百分比為C 3.4～3.8％，Si 2.4～2.9％，Mn 0.4～1.0％，Cu 0.5～1.2％，＜0.06％P，＜0.02％S，余量為鐵。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的合金奧貝球鐵齒輪的制備方法，其特征是所述熔煉采用沖天爐和電爐雙聯(lián)熔煉。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的合金奧貝球鐵齒輪的制備方法，其特征是齒輪被加熱到870～910℃，保溫2小時(shí)，淬入鹽浴終溫為360～375℃的鹽槽中，保溫2小時(shí)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的合金奧貝球鐵齒輪的制備方法，其特征是在310～330℃回火3小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明涉及錳銅合金奧貝球鐵汽車后橋螺旋錐齒輪及其制備方法。該齒輪是以普通新生鐵為原材料，采用沖天爐和電爐雙聯(lián)熔煉，以稀土鎂硅鐵合金為球化劑，處理后造渣除渣，分兩次孕育澆注齒輪毛坯，再經(jīng)機(jī)加工、等溫淬火和回火處理后制成。該齒輪的組成重量百分比為C 3.4～3.8％，Si 2.4～2.9％，Mn 0.4～1.0％，Cu 0.5～1.2％，＜0.06％P，＜0.02％S，余量為鐵。合金成分選用Mn、Cu保證淬透性的前提下，具有強(qiáng)度、塑性、韌性、抗疲勞性能和耐磨性都很高的綜合力學(xué)性能。錳銅合金奧貝球鐵特別適合替代20CrMnTi合金鍛鋼生產(chǎn)EQ140和EQ145汽車后橋螺旋錐齒輪，而成本明顯降低。
文檔編號(hào)C22C37/00GK1936368SQ20061012478
公開日2007年3月28日 申請(qǐng)日期2006年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月17日
發(fā)明者劉生發(fā), 徐才安, 廖大軍 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué), 湖北車橋有限公司