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一种棘爪限位板的制备工艺

文献发布时间：2023-06-19 19:28:50

技术领域

本发明属于合金材料加工技术领域，更具体地说，本发明涉及一种棘爪限位板的制备工艺。

背景技术

棘爪限位板是汽车发动机用于约束棘爪转动的结构，通过棘爪限位棘轮的单向转动，逆向锁死棘轮，因而棘爪限位板需要承受较大的转动力矩，这对棘爪限位板自身的强度和耐用性就有了较高的要求。

目前的棘爪限位板主要用20MnCr5钢材加工而成，20MnCr5钢材具有强度、韧性均高，淬透性良好的优点，热处理后所得到的20MnCr5钢材性能优于20Cr。且20MnCr5钢材淬火变形小，低温韧性良好，切削加工性较好。20MnCr5钢材在加工过程中通常在900℃和870℃分别进行油淬，随后在200℃进行回火热处理，冲压制成棘爪限位板时还需要一系列额外的热处理和切削工艺，提高了制作成本。公开号为CN112893489A的发明专利，公开了一种消除20MnCr5钢轧态混晶组织的轧制工艺，该专利以20MnCr5钢材为坯料，通过钢坯加热、钢坯粗轧、钢坯中轧、钢坯终轧、钢坯冷却，制得了硬度及力学性能都得到了大幅度提升的钢材。但是其以20MnCr5作为原坯，后续轧制加工热处理过程繁杂，工艺成本极高，坯料中各元素含量不可根据需求进行调节，而研究表明一些金属的适当添加，可以增加20MnCr5钢材的一些特异性性能，例如钛的添加可以增强20MnCr5钢材的车削加工性能。公开号为CN109385578B的中国发明专利，公开了一种粉末冶金行星齿轮加工工艺，其以粉末冶金的方法，可控制坯体中各原料的用量，得到了强度、抗磨性大的行星齿轮，但是这种通过粉末冶金工艺制备板材的方法其制得的板材表面以及一定深度范围内板材的粗糙度、平整度非常不均匀，因而在热处理之后需要对表面进行精整、抛丸、去毛刺。因此为了得到硬度大、耐磨性好的棘爪限位板，从粉末冶金工艺是可以控制各原料含量以得到目标强度的板材的，但是后续热处理工艺和表面处理工艺仍然需要进一步探索，以获得硬度大且表面粗糙度低、耐磨性好的棘爪限位板板材，从而能够加工出硬度大、耐磨性好的棘爪限位板。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种棘爪限位板，所述棘爪限位板包括以下质量百分比的原料成分：1.00％～1.30％的铬粉，1.20％～1.75％的锰粉，0.01％～0.08％的铜粉，0.12％～0.25％的碳粉，0.01％～0.15％的镍粉，0.01％～0.08％的钼粉，0.01％～0.02％的二氧化硅粉末，0～0.02％的硫粉，0～0.03％的磷粉，0.01％～0.02％的钛粉，0.02％～0.04％的铅粉，0.05％～0.08％的钨粉，96.18％～97.60％的铁粉。

一种棘爪限位板的制备工艺，包括以下步骤：

步骤一、将铬粉、锰粉、铜粉、碳粉、镍粉、钼粉、二氧化硅粉末、硫粉、磷粉、钛粉、铅粉、钨粉和铁粉投入至混料机中混合均匀，得到混合粉末；

步骤二、使用静压机将混合粉末压制为粗坯；

步骤三、对粗坯进行烧结；

步骤四、对烧结后的粗坯进行轧制、退火、油淬、回火，得到板材；

步骤五、将板材放入浸泡液中浸泡2～8h，随后使用切削液进行切削加工，得到棘爪限位板板材；

步骤六、按照图纸，将棘爪限位板板材加工为棘爪限位板。

优选的是，其中，所述步骤二中，静压机压制混合粉末的压力为20～150MPa，压制时间为2～3h。

优选的是，其中，所述步骤三对粗坯进行烧结的具体方法包括：将真空烧结炉的真空度抽至2.2×10

优选的是，其中，所述步骤四中，粗坯轧制的初始温度为1000～1200℃，轧制末段的温度为800～900℃；退火的方法为：将轧制的粗坯冷却至250℃，然后以15℃/min的升温速率升温至920～980℃，保温40～80min，之后以25℃/min的速度降温至870℃。

优选的是，其中，所述步骤四中，退火后油淬的具体方法包括：将退火至870℃的粗坯立即浸入至10号机油中，冷却至150℃；油淬后，将将粗坯投入至回火炉中，回火升温至260～380℃，保温50min，得到板材。

优选的是，其中，所述步骤五中使用的浸泡液的配制方法包括：将碳酸氢钠、四硼酸钠和偏硅酸钠溶解于去离子水中，得到溶液A，碳酸氢钠、四硼酸钠、偏硅酸纳和去离子水的质量体积比为1～2g:1～3g:2g:6～12L；将3-羟基苯甲酸和乙氧基化烷基硫酸钠溶解于乙醇中，得到溶液B，3-羟基苯甲酸、乙氧基化烷基硫酸钠与乙醇的质量体积比为1g:3g:5L；将溶液A升温至50～75℃，然后缓慢倒入溶液B，以200～300r/min的转速搅拌30min，得到浸泡液。

优选的是，其中，所述步骤五中使用的切削液的配制方法包括：将三乙醇胺、油酸、氯化石蜡、石油磺酸钡混溶于乙醇溶液中，其中三乙醇胺、油酸、氯化石蜡、石油磺酸钡、乙醇的体积比为5～8:6:4:1～2:45，在80～120℃温度下将乙醇蒸发完全，得到油相；将硼砂、脂肪醇聚氧乙烯基醚溶解于去离子水中，得到水相，其中硼砂、脂肪醇聚氧乙烯基醚与水的质量比为2:1～3:25；以60～80r/min的转速搅动水相，以油相和水相1:5的体积比将油相加入至水相中，继续搅拌30min，然后加入水相体积1/12的甘油，继续搅拌至体系透明，得到切削液。

本发明至少包括以下有益效果：本发明在制备棘爪限位板时，通过混合、压制、热处理、使用配制的浸泡液浸泡板材、使用配制的切削液切削板材，最后通过板材加工得到棘爪限位板，制得的棘爪限位板具有强度和耐磨性高、硬度大的特点，能够承受限位棘爪转动受到的较大力矩。

本发明在制备棘爪限位板时，采用金属粉末冶金的方法，以金属粉末为原料，控制金属粉末中碳粉的含量在0.12％～0.25％之间，控制硫粉含量在0.02％以下，并向金属粉末中掺入0.01％～0.02％的钛粉，0.02％～0.04％的铅粉以及0.05％～0.08％的钨粉，钛粉和铅粉的加入，使得制备得到的板材具有极高的切削加工性能，而钨粉的加入使得板材的强度得到极大提升。

本发明在切削棘爪限位板的过程中，先对制得的板材进行长时间浸泡，软化板材表面的毛刺和粒状突起，然后使用切削液对浸泡后的板材进行切削加工，去除板材表面的毛刺和粒状突起，提升了板材表面的光滑度和平整度，使得板材具有更高的耐磨性。其中，配制的浸泡液以碳酸氢钠、四硼酸钠和偏硅酸钠为主要原料，并混合3-羟基苯甲酸、乙氧基化烷基硫酸钠，与常规浸泡液相比，提高了浸泡液对板材表面的软化和乳化效果。

本发明在对板材进行切削加工时，使用现配的切削液，以三乙醇胺、油酸、氯化石蜡、石油磺酸钡为主要原料的油相，以硼砂脂肪醇聚氧乙烯基醚为主要原料的水相，将油相和水相混合，并加入甘油得到切削液，提高了切削液的润滑性能，减小了对刀具的磨损，可以最大程度切削掉板材表面的毛刺，提升板材表面的光滑度，降低了棘爪限位板表面的粗糙度；同时提高了板材的防锈蚀能力，也便于后续按照图纸将板材车削加工为棘爪限位板。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

具体实施方式

下面对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

实施例1

本实施例提供了一种棘爪限位板的制备工艺，包括以下步骤：

步骤一、将2.00kg的铬粉、2.4kg的锰粉、0.02kg的铜粉、0.24kg的碳粉、0.02kg的镍粉、0.02kg的钼粉、0.02kg二氧化硅粉末、0.02kg的硫粉、0.02kg的磷粉、0.02kg的钛粉、0.04kg的铅粉、0.10kg的钨粉和194.90kg的铁粉投入至混料机中混合均匀，得到混合粉末；

步骤二、使用静压机将混合粉末压制为粗坯，静压机压制混合粉末的压力为50MPa，压制时间为3h；

步骤三、对粗坯进行烧结，具体方法包括：将真空烧结炉的真空度抽至2.2×10

步骤四、对烧结后的粗坯进行轧制、退火、油淬、回火，得到板材；粗坯轧制的初始温度为1000℃，轧制末段的温度为800℃；退火的方法为：将轧制的粗坯冷却至250℃，然后以15℃/min的升温速率升温至920℃，保温40min，之后以25℃/min的速度降温至870℃；退火后油淬的具体方法包括：将退火至870℃的粗坯立即浸入至10号机油中，冷却至150℃；油淬后，将将粗坯投入至回火炉中，回火升温至260℃，保温50min，得到板材；

步骤五、将板材放入浸泡液中浸泡3h，随后使用切削液进行切削加工，得到棘爪限位板板材；其中，浸泡液的配制方法包括：将10g碳酸氢钠、10g四硼酸钠和20g偏硅酸钠溶解于60L去离子水中，得到溶液A；将10g的3-羟基苯甲酸和30g乙氧基化烷基硫酸钠溶解于50L乙醇中，得到溶液B；将溶液A升温至50℃，然后缓慢倒入溶液B，以200r/min的转速搅拌30min，得到浸泡液；

切削液的配制方法包括：将5L三乙醇胺、6L油酸、4L氯化石蜡、1L石油磺酸钡混溶于45L乙醇溶液中，在120℃温度下将乙醇蒸发完全，得到油相；将2kg硼砂、1kg脂肪醇聚氧乙烯基醚溶解于25kg去离子水中，得到水相；以60r/min的转速搅动水相，按照油相和水相1:5的体积比将油相加入至水相中，继续搅拌30min，然后加入水相体积1/12的甘油，继续搅拌至体系透明，得到切削液。

步骤六、按照图纸，将棘爪限位板板材加工为棘爪限位板。

实施例2

本实施例提供了一种棘爪限位板的制备工艺，包括以下步骤：

步骤一、将2.20kg的铬粉、2.60kg的锰粉、0.06kg的铜粉、0.28kg的碳粉、0.06kg的镍粉、0.04kg的钼粉、0.04kg二氧化硅粉末、0.04kg的硫粉、0.04kg的磷粉、0.04kg的钛粉、0.06kg的铅粉、0.12kg的钨粉和194.42kg的铁粉投入至混料机中混合均匀，得到混合粉末；

步骤二、使用静压机将混合粉末压制为粗坯，静压机压制混合粉末的压力为60MPa，压制时间为3h；

步骤三、对粗坯进行烧结，具体方法包括：将真空烧结炉的真空度抽至2.2×10

步骤四、对烧结后的粗坯进行轧制、退火、油淬、回火，得到板材；粗坯轧制的初始温度为1100℃，轧制末段的温度为850℃；退火的方法为：将轧制的粗坯冷却至250℃，然后以15℃/min的升温速率升温至950℃，保温50min，之后以25℃/min的速度降温至870℃；退火后油淬的具体方法包括：将退火至870℃的粗坯立即浸入至10号机油中，冷却至150℃；油淬后，将将粗坯投入至回火炉中，回火升温至300℃，保温50min，得到板材；

步骤五、将板材放入浸泡液中浸泡3h，随后使用切削液进行切削加工，得到棘爪限位板板材；其中，浸泡液的配制方法包括：将15g碳酸氢钠、15g四硼酸钠和20g偏硅酸钠溶解于80L去离子水中，得到溶液A；将10g的3-羟基苯甲酸和30g乙氧基化烷基硫酸钠溶解于50L乙醇中，得到溶液B；将溶液A升温至60℃，然后缓慢倒入溶液B，以200r/min的转速搅拌30min，得到浸泡液；

切削液的配制方法包括：将6L三乙醇胺、6L油酸、4L氯化石蜡、1L石油磺酸钡混溶于45L乙醇溶液中，在110℃温度下将乙醇蒸发完全，得到油相；将2kg硼砂、1kg脂肪醇聚氧乙烯基醚溶解于25kg去离子水中，得到水相；以65r/min的转速搅动水相，按照油相和水相1:5的体积比将油相加入至水相中，继续搅拌30min，然后加入水相体积1/12的甘油，继续搅拌至体系透明，得到切削液。

步骤六、按照图纸，将棘爪限位板板材加工为棘爪限位板。

实施例3

本实施例提供了一种棘爪限位板的制备工艺，包括以下步骤：

步骤一、将2.40kg的铬粉、3.00kg的锰粉、0.10kg的铜粉、0.40kg的碳粉、0.20kg的镍粉、0.10kg的钼粉、0.04kg二氧化硅粉末、0.04kg的硫粉、0.04kg的磷粉、0.04kg的钛粉、0.06kg的铅粉、0.12kg的钨粉和193.46kg的铁粉投入至混料机中混合均匀，得到混合粉末；

步骤二、使用静压机将混合粉末压制为粗坯，静压机压制混合粉末的压力为100MPa，压制时间为2h；

步骤三、对粗坯进行烧结，具体方法包括：将真空烧结炉的真空度抽至2.2×10

步骤五、将板材放入浸泡液中浸泡6h，随后使用切削液进行切削加工，得到棘爪限位板板材；其中，浸泡液的配制方法包括：将15g碳酸氢钠、25g四硼酸钠和20g偏硅酸钠溶解于100L去离子水中，得到溶液A；将10g的3-羟基苯甲酸和30g乙氧基化烷基硫酸钠溶解于50L乙醇中，得到溶液B；将溶液A升温至70℃，然后缓慢倒入溶液B，以250r/min的转速搅拌30min，得到浸泡液；

切削液的配制方法包括：将6L三乙醇胺、6L油酸、4L氯化石蜡、1L石油磺酸钡混溶于45L乙醇溶液中，在120℃温度下将乙醇蒸发完全，得到油相；将2kg硼砂、2kg脂肪醇聚氧乙烯基醚溶解于25kg去离子水中，得到水相；以80r/min的转速搅动水相，按照1:5的体积比将油相加入至水相中，继续搅拌30min，然后加入水相体积1/12的甘油，继续搅拌至体系透明，得到切削液。

步骤六、按照图纸，将棘爪限位板板材加工为棘爪限位板。

实施例4

本实施例提供了一种棘爪限位板的制备工艺，包括以下步骤：

步骤一、将2.60kg的铬粉、3.50kg的锰粉、0.16kg的铜粉、0.50kg的碳粉、0.30kg的镍粉、0.16kg的钼粉、0.04kg二氧化硅粉末、0.04kg的硫粉、0.06kg的磷粉、0.04kg的钛粉、0.08kg的铅粉、0.16kg的钨粉和192.36kg的铁粉投入至混料机中混合均匀，得到混合粉末；

步骤二、使用静压机将混合粉末压制为粗坯，静压机压制混合粉末的压力为150MPa，压制时间为2h；

步骤三、对粗坯进行烧结，具体方法包括：将真空烧结炉的真空度抽至2.2×10

步骤四、对烧结后的粗坯进行轧制、退火、油淬、回火，得到板材；粗坯轧制的初始温度为1200℃，轧制末段的温度为900℃；退火的方法为：将轧制的粗坯冷却至250℃，然后以15℃/min的升温速率升温至980℃，保温50min，之后以25℃/min的速度降温至870℃；退火后油淬的具体方法包括：将退火至870℃的粗坯立即浸入至10号机油中，冷却至150℃；油淬后，将将粗坯投入至回火炉中，回火升温至380℃，保温50min，得到板材；

步骤五、将板材放入浸泡液中浸泡8h，随后使用切削液进行切削加工，得到棘爪限位板板材；其中，浸泡液的配制方法包括：将20g碳酸氢钠、30g四硼酸钠和20g偏硅酸钠溶解于120L去离子水中，得到溶液A；将10g的3-羟基苯甲酸和30g乙氧基化烷基硫酸钠溶解于50L乙醇中，得到溶液B；将溶液A升温至75℃，然后缓慢倒入溶液B，以300r/min的转速搅拌30min，得到浸泡液；

切削液的配制方法包括：将8L三乙醇胺、6L油酸、4L氯化石蜡、1L石油磺酸钡混溶于45L乙醇溶液中，在120℃温度下将乙醇蒸发完全，得到油相；将2kg硼砂、3kg脂肪醇聚氧乙烯基醚溶解于25kg去离子水中，得到水相；以80r/min的转速搅动水相，按照油相和水相1:5的体积比将油相加入至水相中，继续搅拌30min，然后加入水相体积1/12的甘油，继续搅拌至体系透明，得到切削液。

步骤六、按照图纸，将棘爪限位板板材加工为棘爪限位板。

对比例1

本对比例提供的棘爪限位板的制备工艺中，步骤一～步骤四的工艺方法与实施例1相同，与实施例1不同的是在步骤五对板材进行浸泡切削时，使用的浸泡液为市售的FKES-603粉末冶金防锈剂，浸泡时间为3h，使用的切削液为市售的DX-2线切削液。

对比例2

本对比例提供的棘爪限位板的制备工艺中，步骤一～步骤四的工艺方法与实施例2相同，与实施例2不同的是在步骤五对板材进行浸泡切削时，使用的浸泡液为市售的FKES-603粉末冶金防锈剂，浸泡时间为3h，使用的切削液为市售的SC707微乳化切削液。

对比例3

本对比例提供的棘爪限位板的制备工艺，包括以下步骤：

步骤一、将2.00kg的铬粉、2.4kg的锰粉、0.02kg的铜粉、0.24kg的碳粉、0.02kg的镍粉、0.02kg的钼粉、0.02kg二氧化硅粉末、0.02kg的硫粉、0.02kg的磷粉和194.90kg的铁粉投入至混料机中混合均匀，得到混合粉末；

步骤二、使用静压机将混合粉末压制为粗坯，静压机压制混合粉末的压力为50MPa，压制时间为3h；

步骤三、对粗坯进行烧结，具体方法包括：将真空烧结炉的真空度抽至2.2×10

步骤六、按照图纸，将棘爪限位板板材加工为棘爪限位板。

对比例4

本实施例提供了一种棘爪限位板的制备工艺，包括以下步骤：

步骤一、将2.20kg的铬粉、2.60kg的锰粉、0.06kg的铜粉、0.28kg的碳粉、0.06kg的镍粉、0.04kg的钼粉、0.04kg二氧化硅粉末、0.04kg的硫粉、0.04kg的磷粉和194.42kg的铁粉投入至混料机中混合均匀，得到混合粉末；

步骤二、使用静压机将混合粉末压制为粗坯，静压机压制混合粉末的压力为60MPa，压制时间为3h；

步骤三、对粗坯进行烧结，具体方法包括：将真空烧结炉的真空度抽至2.2×10

步骤六、按照图纸，将棘爪限位板板材加工为棘爪限位板。

分别测定实施例1-实施例4、对比例1-对比例4制得的板材以及市售的20MnCr5板材的表面粗糙度、表面洛氏硬度、芯部洛氏硬度和硬化层深度，得到下表：

其中，表面粗糙度是取100mm试样，使用表面轮廓仪在20℃温度下测得；表面洛氏硬度和芯部洛氏硬度使用洛氏硬度计测得；硬化层深度根据GB/T 9451-2005《钢件薄表面总硬化层深度或有效硬化层深度的测定》进行测定。

从上表可以看出，实施例1-实施例4采用本发明提供的棘爪限位板的制备工艺制备得到的棘爪限位板板材，其表面粗糙度小于对比例1-对比例4以及市售的20MnCr5板材，实施例1-实施例4制得的板材的硬度和硬化层深度也优于对比例1-对比例1以及市售的20MnCr5板材。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实例。

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该技术已申请专利。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
专利发明人：赵杨戈;敬杰;王东;
专利申请人：绵阳市天铭机械有限公司;