【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属材料加工应用，尤其涉及一种耐磨凸轮轴及其加工工艺。
技术介绍
1、凸轮轴是发动机中的一个关键部件，其主体是一个圆柱形杆，长度与气缸体的长度大致相同。上面安装有几个凸轮，这些凸轮通过推动挺柱或摇臂来驱动气门，从而控制气门的开闭，进而调节燃油和空气的进出，实现发动机的正常工作循环。在发动机高速运转时，凸轮轴高速旋转，导致凸轮的工作面承受着周期性的冲击载荷，这会导致疲劳磨损现象的发生。一旦磨损量超过了某个临界值，就会导致气门间隙增大，使得气门开启的时间延迟并且开启的程度不足，进而严重影响发动机的性能。
2、为了减少这种磨损，提高凸轮轴的耐磨性至关重要。理论上讲，磨损率与磨损表面的硬度成反比，因此提高凸轮工作面的硬度是改善其耐磨性的关键。然而，在实际生产中，由于铸件材料配方的选择以及加工过程中温度和时间的控制尚不够合理，往往难以使凸轮轴达到理想的耐磨性能。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种耐磨凸轮轴及其加工工艺，能够提高凸轮轴的耐磨性能。
2、本专利技术通过以下技术手段解决上述技术问题：
3、第一方面，本专利技术公开了一种耐磨凸轮轴，以质量百分数计，其化学成分包括，铬10-12%、镍5-7%、碳3-4%、钼2-3%、钒0.5-1%、高硅铝合金0.2-0.3%、铌0.1-0.3%、钛0.1-0.2%，余量为fe和不可避免的杂质。
4、通过精确设计合金成分，以优化其耐磨性、强度、韧性和抗疲劳性能。铬、碳、钼
5、第二方面，本专利技术公开了一种耐磨凸轮轴的加工工艺，所述加工工艺包括以下步骤，s1.将包括铬、镍、碳、钼、钒、高硅铝合金、铌、钛和铁的原材料进行熔炼，出炉，孕育处理，然后加入覆盖剂，并进行搅拌、扒渣，得到合金熔体；
6、s2.将所述合金熔体铸造成凸轮轴毛坯；
7、s3.对所述毛坯进行固溶处理和时效处理；
8、s4.对经处理的毛坯进行高频淬火和粗加工，得到凸轮轴预成型件；
9、s5.对所述预成型件进行激光熔覆处理，形成复合涂层；
10、s6.对熔覆后的凸轮轴进行等离子体渗氮处理；
11、s7.对渗氮后的凸轮轴进行磷化处理，得到成品凸轮轴。
12、首先，原材料经过熔炼和孕育处理，确保合金成分均匀，并通过加入覆盖剂进一步提纯熔体，消除杂质，得到高品质合金熔体。铸造成毛坯后，毛坯经过固溶处理和时效处理，使材料内部晶粒细化、组织稳定，为后续加工奠定基础。高频淬火和粗加工使毛坯获得所需的形状和基本机械性能。激光熔覆在表面形成高硬度复合涂层，增强耐磨性。等离子体渗氮处理进一步提升表层硬度和耐磨性，而磷化处理则提高表面抗腐蚀性能，最终制成耐磨性能优异的成品凸轮轴。
13、优选的，按质量份数，所述步骤s1中孕育处理的孕育剂包含75-80份硅铁，1-5份zno-tio2复合材料，0.1-0.2份锶，0.5-1.5份铝，孕育剂用量占熔体重量0.2-0.5%。
14、硅铁作为主要成分，能够有效地促进石墨形核，提高熔体的石墨化能力，从而改善合金的机械性能。zno-tio2复合材料可以提高材料的抗氧化性和耐磨性，锶能细化晶粒，增强合金的韧性，铝则有助于提高熔体的流动性和均匀性。孕育剂的使用能够确保熔体在冷却过程中形成均匀的组织结构，减少铸造缺陷，提升合金的整体质量。
15、优选的，按质量份数，所述步骤s1的覆盖剂包括氧化钙30-35份、二氧化硅20-25份、碳酸钙15-20份、氟化钠10-15份、氧化铝10-15份、碳粉5-7份、硼砂3-5份；覆盖剂的用量为熔体重量的0.5-1%。
16、碳酸钙在高温下分解生成氧化钙，能够有效去除熔体中的氧化物杂质，起到净化作用。二氧化硅则作为主要的成膜物质，与其他成分共同作用，形成稳定的覆盖膜，保护熔体免受外界氧气的侵入，防止氧化。氟化钠降低了熔体的粘度，提高了覆盖剂在熔体表面的流动性和铺展性。氧化铝增强了覆盖膜的稳定性和抗化学侵蚀能力，碳粉进一步减少了熔体与空气的接触面积，防止氧化。硼砂作为熔剂，降低了熔点并促进覆盖剂的均匀分布，确保覆盖效果。
17、优选的，所述步骤s3中的固溶处理在1050-1150℃下进行，保温2-4小时后进行快速淬火，随后在400-500℃下进行时效处理，保温6-8小时后空冷。
18、优选的，所述步骤s4的高频淬火在800-900℃下进行，并在锻造后进行空冷。
19、优选的，所述步骤s5的激光熔覆处理时，采用的合金中含有75-80%碳化铬和20-25%镍铬合金。
20、优选的，所述步骤s6的等离子体渗氮处理时间为12-24小时，渗氮层厚度为0.3-0.5 mm，渗氮处理温度为500-600℃。
21、优选的，所述的步骤s7磷化处理采用高温磷化工艺，在250-300℃下进行，磷化膜厚度为5-15μm。
22、本专利技术的有益效果：
23、（1）本专利技术的耐磨凸轮轴表现出优异的耐磨性和机械性能，尤其在高温、高冲击载荷和复杂工况下表现出色。合金材料不仅具备极高的耐磨性，还拥有良好的韧性、抗疲劳性和抗腐蚀性，从而显著延长了凸轮轴的使用寿命和可靠性，确保其在长时间高强度运行中的稳定表现。
24、（2）耐磨凸轮轴利用三阶段的表面处理措施去提高耐磨性能。首先，激光熔覆处理在凸轮轴表面形成了具有高硬度和优异耐磨性的复合涂层，有效延长了其使用寿命。等离子体渗氮处理形成了一层高硬度且耐磨的渗氮层，显著增强了其抗磨损能力和疲劳寿命。此外，磷化处理采用的高温磷化工艺，大幅提高了凸轮轴表面的耐腐蚀性和润滑性能，减少了磨损和摩擦，有效提高了凸轮轴在苛刻环境下的长期稳定性和可靠性。确保了凸轮轴的高耐磨性、优异的表面硬度、以及良好的抗腐蚀性能，使得本专利技术的耐磨凸轮轴在高负荷、高磨损环境中具备了出色的表现，并显著延长了其使用寿命。
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1.一种耐磨凸轮轴，其特征在于：以质量百分数计，其化学成分包括，铬10-12%、镍5-7%、碳3-4%、钼2-3%、钒0.5-1%、高硅铝合金0.2-0.3%、铌0.1-0.3%、钛0.1-0.2%，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.一种如权利要求1所述耐磨凸轮轴的加工工艺，其特征在于：所述加工工艺包括以下步骤，
3.根据权利要求2所述的一种耐磨凸轮轴的加工工艺，其特征在于：按质量份数，所述步骤S1中孕育处理的孕育剂包含75-80份硅铁，1-5份ZnO-TiO2复合材料，0.1-0.2份锶，0.5-1.5份铝，孕育剂用量占熔体重量0.2-0.5%。
4.根据权利要求2所述的一种耐磨凸轮轴的加工工艺，其特征在于：按质量份数，所述步骤S1的覆盖剂包括氧化钙30-35份、二氧化硅20-25份、碳酸钙15-20份、氟化钠10-15份、氧化铝10-15份、碳粉5-7份、硼砂3-5份；所述覆盖剂的用量为熔体重量的0.5-1%。
5.根据权利要求2所述的一种耐磨凸轮轴的加工工艺，其特征在于：所述步骤S3中的固溶处理在1050-1150℃下进行，保
6.根据权利要求2所述的一种耐磨凸轮轴的加工工艺，其特征在于：所述步骤S4的高频淬火在800-900℃下进行，并在锻造后进行空冷。
7.根据权利要求2所述的一种耐磨凸轮轴的加工工艺，其特征在于：所述步骤S5的激光熔覆处理时，采用的合金中含有75-80%碳化铬和20-25%镍铬合金。
8.根据权利要求2所述的一种耐磨凸轮轴的加工工艺，其特征在于：所述步骤S6的等离子体渗氮处理时间为12-24小时，渗氮层厚度为0.3-0.5 mm，渗氮处理温度为500-600℃。
9.根据权利要求2所述的一种耐磨凸轮轴的加工工艺，其特征在于：所述步骤S7的磷化处理采用高温磷化工艺，在250-300℃下进行，磷化膜厚度为5-15μm。
...【技术特征摘要】
1.一种耐磨凸轮轴，其特征在于：以质量百分数计，其化学成分包括，铬10-12%、镍5-7%、碳3-4%、钼2-3%、钒0.5-1%、高硅铝合金0.2-0.3%、铌0.1-0.3%、钛0.1-0.2%，余量为fe和不可避免的杂质。
2.一种如权利要求1所述耐磨凸轮轴的加工工艺，其特征在于：所述加工工艺包括以下步骤，
3.根据权利要求2所述的一种耐磨凸轮轴的加工工艺，其特征在于：按质量份数，所述步骤s1中孕育处理的孕育剂包含75-80份硅铁，1-5份zno-tio2复合材料，0.1-0.2份锶，0.5-1.5份铝，孕育剂用量占熔体重量0.2-0.5%。
4.根据权利要求2所述的一种耐磨凸轮轴的加工工艺，其特征在于：按质量份数，所述步骤s1的覆盖剂包括氧化钙30-35份、二氧化硅20-25份、碳酸钙15-20份、氟化钠10-15份、氧化铝10-15份、碳粉5-7份、硼砂3-5份；所述覆盖剂的用量为熔体重量的0.5-1%。
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【专利技术属性】
技术研发人员：周康康，朱国明，徐刚强，黄清锋，郭生霞，葛金亮，游平飞，王勇，
申请(专利权)人：浙江博星工贸有限公司，
类型：发明
国别省市：
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