Влияние процесса нормализации на распределительный вал из стали Cf53 | MachineMFG

Влияние процесса нормализации на распределительный вал из стали Cf53

0
(0)

1. Предисловие

Распределительный вал - важнейший компонент привода клапанов двигателя внутреннего сгорания. Он отвечает за регулирование открытия и закрытия клапанов в соответствии с определенной последовательностью работы и фазами клапанов, обеспечивая достаточный подъем клапанов. Таким образом, он играет решающую роль в общей производительности привода клапанов.

В четырехтактном двигателе скорость вращения распределительного вала в два раза меньше скорости вращения коленчатого вала. Следовательно, распределительный вал вращается с очень высокой скоростью и должен выдерживать значительный крутящий момент.

Во время работы поверхность кулачка и коромысла или толкателя испытывает высокие периодические контактные нагрузки и высокую скорость относительного скольжения. В результате распределительный вал должен обладать достаточной прочностью и жесткостью, а поверхность кулачка - хорошей износостойкостью и ударопрочностью.

2. История исследования

Модель M - это крупногабаритный дизельный двигатель, предназначенный для морского использования. Распределительный вал этого изделия изготовлен из стали Cf53.

Во время первоначальных испытаний корпуса распределительного вала на растяжение предел текучести был признан низким. Однако после того, как поставщик внес коррективы в процесс термообработки, предел текучести соответствовали требуемым стандартам, в то время как прочность на разрыв оставалась низкой (см. табл. 1).

Таблица 1 Испытания механических свойств распределительного вала из стали Cf53

ПроектRm/МПаRp0.2/МПа
Стандартное значение710~850≥400
Первый тест717358
Второй тест685408

Кроме того, во время ежедневного производства распределительный вал, изготовленный из стали Cf53 (эквивалент стали 55), демонстрирует проблему низкой твердости, составляющей менее 200 HBW.

Чтобы решить вышеупомянутые проблемы с качеством, мы провели расследование и анализ производственной площадки компании-поставщика, ответственной за изготовление распределительного вала типа M на ранних стадиях. Мы предложили меры по улучшению ситуации, которые включают в себя корректировку параметров процесса, в том числе оборудования для нормализации, температуры нормализации и скорости охлаждения.

Схема регулировки процесса приведена в таблице 2.

Таблица 2 Схема настройки процесса термообработки распределительного вала из стали Cf53

ПроектОборудование для термической обработкиТехнологический маршрут  Метод охлаждения
Перед регулировкой  Троллейбусная печь  820 ℃ нормализацияПринудительное воздушное охлаждение 
После настройки  Проволока для нормализации толкающей пластины840 ℃ нормализацияСильный холодный ветер

В этой заметке анализируются физико-химические свойства материала корпуса улучшенного стального распредвала Cf53 и исследуется влияние процесс нормализации на механические свойства распределительного вала из стали Cf53. Цель - разработать разумный технологический план для улучшения комплексных свойств распределительного вала.

3. Анализ материалов

3.1 Химический состав

Химический состав распределительного вала был проверен, и результаты приведены в таблице 3, которые соответствуют требованиям спецификации материала: Стальной распределительный вал (стандарт предприятия) Q / WCG 610.22.

Таблица 3 Химический состав распределительного вала из стали cf53 (массовая доля) (%)

ПроектCSiMnCrNiPS
Стандартное значение0.52~0.570.15~0.350.60~0.80≤0.35≤0.30≤0.025≤0.035
Значение обнаружения0.5610.2410.7490.2120.0110.0090.010

3.2 Механические свойства

Испытания на растяжение при комнатной температуре проводились на разрывной машине в физико-химической лаборатории (см. рис. 1).

Рис. 1 Испытание на растяжение

И определяет твердость контрольной планки распределительного вала.

Результаты испытаний механических свойств стержня распределительного вала см. в таблице 4.

Таблица 4 Результаты испытаний механических свойств корпуса распределительного вала

ПроектТермическая обработкаRm/МПаRp0.2/МПаA(%)Z(%)ТвердостьHBW
Стандартное значениенормализация  710~850≥400≥16≥40214~252
1 # образец нормализация  7914291842222
2 # образецнормализация  7534091947226

Показатели проверки соответствуют требованиям спецификации материала для стального распределительного вала (стандарт предприятия) Q/WCG 610.22.

В таблице 1 приведено сравнение результатов испытаний механических свойств распределительного вала из стали Cf53 до и после корректировки процесса. Механические свойства, особенно прочность на разрыв (RM), значительно улучшились после корректировки процесса.

3.3 Металлографическая структура корпуса

На рис. 2a показана структура центра кулачкового вала модели M после коррозии с использованием спирта азотной кислоты 4%. В позиции B можно наблюдать отчетливую вытянутую область диаметром 1,5 мм, которая по цвету полностью отличается от окружающих областей. Металлографическая структура этой области представлена на рис. 2b.

Структурные характеристики района B заметно отличаются от района A, что свидетельствует о формировании региональной сегрегации.

Рис. 2 Макроструктура и металлографическая структура оси кулачка после коррозии

На рис. 3 показана металлографическая структура области A в центре распределительного вала для модели M.

Металлографическая микроструктура оценивается с помощью диаграммы оценки металлографической структуры и метода оценки стальных штамповок в соответствии с GB/T 13320-2007.

Структура ядра состоит из перлита и феррита с равномерным размером зерен.

Рейтинг структуры - 2 класс.

Согласно методу GB/T 6394-2002 для определения среднего размера зерна металлов, фактический размер зерна аустенит 8 класс, что соответствует техническим требованиям.

На рис. 4 представлена металлографическая структура области B в центре распределительного вала для модели M.

Структура сердцевины в основном перлитовая с небольшим количеством распределенного феррита, зерна перлита относительно однородны.

Рис. 3 металлографическая структура участка 4 центра кулачкового вала

Рис. 4 Металлографическая структура участка B центра кулачкового вала

Центральная область стержня распределительного вала является конечной точкой кристаллизации и содержит большое количество C, S, P и других элементов. Содержание WC в стали Cf53 составляет от 0,52% до 0,57%, а область сегрегации основного компонента близка к эвтектоидной точке компонента. Таким образом, в основном формируется перлитная структура, и лишь небольшое количество ферритной структуры.

Согласно диаграмме оценки дефектов макроструктуры конструкционной стали GB/T 1979-2001, центральная сегрегация оценивается как класс 1, что находится в допустимом диапазоне технических требований.

Поэтому очень важно контролировать зону сегрегации в центре распределительного вала, повышать чистоту расплавленной стали, использовать разумный процесс заливки и большой коэффициент ковки при ковке и прокатке прутковой заготовки.

Поскольку сильная сегрегация может существенно повлиять на качество стали, проверка дефектов сегрегации должна проводиться под разумным контролем при входном контроле сортового материала, чтобы гарантировать качество заготовки.

3.4 Металлографическая структура поверхности индукционная закалка слой

Глубина слоя поверхностного индукционного упрочнения и результаты испытаний на твердость кулачкового наконечника персика, круга основания и опорного журнала (см. рис. 5) приведены в таблице 5.

Таблица 5 Результаты обнаружения слоя огня краски индукции распределительного вала

 Персиковый кончикБазовая окружностьЦапфа подшипника
Закаленный корпус/ммТвердостьHRCЗакаленный корпус/ммТвердостьHRCЗакаленный корпус/ммТвердостьHRC
Критерий1.5~5.559~631.5~3.5≥551.5~3.5≥55
Тест5.061.23.563.43.563.2

Соответствует стандартным требованиям.

Металлографическая структура слоя индукционной закалки показана на рисунке 6.

Оценка этой структуры проводится в соответствии с QC/T 502-1999, который является стандартом для металлографического контроля автомобильных деталей индукционной закалки.

Наблюдаемая структура идентифицируется как тонкая игла мартенситОтносится к классу 4 и удовлетворяет требованиям стандарта 20200718.

Рис. 6 Металлографическая структура слоя индукционной закалки

3.5 Заключение

После анализа распределительного вала типа М, изготовленного из стали Cf53 после технологической регулировки, можно сделать следующие выводы:

  1. Химический состав распределительного вала модели M соответствует требуемым стандартам.
  2. Увеличение скорости охлаждения при нормализации позволяет улучшить механические свойства (предел прочности, предел текучести, удлинение, уменьшение площади и твердость) распределительного вала.
  3. Металлографическая структура корпуса распределительного вала модели M также соответствует необходимым стандартам. В центре корпуса распределительного вала имеется центральная зона сегрегации уровня 1 диаметром 1,5 мм, распределенная вдоль центральной линии распределительного вала.
  4. Металлографическая структура слоя индукционной закалки распределительного вала типа М также находится в пределах требуемых спецификаций.

4. Предложения по улучшению

  1. Поставщик должен придерживаться процесса нормализации распределительного вала M-типа из стали Cf53 в соответствии с рекомендациями, предоставленными на этапах настройки и пробного производства. Кроме того, они должны улучшить соответствующую технологическую документацию.
  2. Контроль дефектов сегрегации должен осуществляться надлежащим образом, чтобы обеспечить качество заготовки в процессе получения пруткового материала на заводе.

Насколько публикация полезна?

Нажмите на звезду, чтобы оценить!

Средняя оценка 0 / 5. Количество оценок: 0

Оценок пока нет. Поставьте оценку первым.

Так как вы нашли эту публикацию полезной...

Подписывайтесь на нас в соцсетях!

Сожалеем, что вы поставили низкую оценку!

Позвольте нам стать лучше!

Расскажите, как нам стать лучше?

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Прокрутить вверх