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1、10申请公布号CN104093863A43申请公布日20141008CN104093863A21申请号201280068689022申请日20120131C21D8/00200601C22C38/00200601C22C38/38200601C22C38/6020060171申请人日产自动车株式会社地址日本神奈川县72发明人吉田纯金子大辅岩田范之74专利代理机构北京天昊联合知识产权代理有限公司11112代理人何立波张天舒54发明名称锻造品的制造方法57摘要针对对N小于或等于不可避免的固溶量的钢进行热锻造而获得的具有铁素体珠光体组织的中间锻造品中的至少需要具备疲劳强度的部位，在350600的温度。
2、区域实施锻造加工，使所述需要具备疲劳强度的部位的强度提高。由此，提供具有良好的强度且价廉的锻造品。85PCT国际申请进入国家阶段日2014073186PCT国际申请的申请数据PCT/JP2012/0520792012013187PCT国际申请的公布数据WO2013/114553JA2013080851INTCL权利要求书1页说明书7页附图10页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书7页附图10页10申请公布号CN104093863ACN104093863A1/1页21一种锻造品的制造方法，在该制造方法中，针对对N小于或等于不可避免的固溶量的钢进行热锻造而获得的具有。
3、铁素体珠光体组织的中间锻造品中的至少需要具备疲劳强度的部位，在350600的温度区域实施锻造加工，由此，使所述需要具备疲劳强度的部位的强度提高。2根据权利要求1所述的锻造品的制造方法，在该制造方法中，所述钢在将化学成分以质量表示的情况下，含有C020060、SI005150、MN03020、CR小于或等于15不包括0及AL0001006，剩余部分由FE及不可避免的杂质构成。3根据权利要求1所述的锻造品的制造方法，在该制造方法中，所述钢在将化学成分以质量表示的情况下，含有C020060、SI005150、MN03020、P小于或等于003不包括0、S小于或等于010不包括0、CU小于或等于10不。
4、包括0、NI小于或等于35不包括0、CR小于或等于15不包括0，剩余部分由FE及不可避免的杂质构成。4根据权利要求2所述的锻造品的制造方法，在该制造方法中，作为其他元素，所述钢含有从由S小于或等于010不包括0及BI小于或等于030不包括0构成的组中选择的至少大于或等于1种。5根据权利要求1至4中任一项所述的锻造品的制造方法，在该制造方法中，在实施所述锻造加工时，利用所述热锻造的余热，使所述需要具备疲劳强度的部位的温度达到所述温度区域。6根据权利要求1至4中任一项所述的锻造品的制造方法，在该制造方法中，在所述热锻造后，使所述中间锻造品的温度降低至常温为止，而后，使所述中间锻造品中的需要具备疲劳。
5、强度的部位的温度上升至所述温度区域，实施所述锻造加工。7根据权利要求1至6中任一项所述的锻造品的制造方法，在该制造方法中，所述中间锻造品中的需要具备疲劳强度的部位为曲轴的凸缘部。8根据权利要求1至6中任一项所述的锻造品的制造方法，在该制造方法中，所述中间锻造品中的需要具备疲劳强度的部位为曲轴的齿轮轴部。9根据权利要求1至6中任一项所述的锻造品的制造方法，在该制造方法中，所述中间锻造品中的需要具备疲劳强度的部位为曲轴的销部。10根据权利要求1至6中任一项所述的锻造品的制造方法，在该制造方法中，所述中间锻造品中的需要具备疲劳强度的部位为曲轴的轴颈部。权利要求书CN104093863A1/7页3锻造。
6、品的制造方法技术领域0001本发明涉及锻造品的制造方法。背景技术0002为了提高锻造品的强度屈服性能及疲劳强度，以及为了省略热处理，向材料添加元素V，但是存在由于V的资源枯竭而引起价格变动、添加成本的问题。0003因此，通过在热锻造后的冷却过程中，在小于或等于AR1变态点200的温度区域对要求高强度的部位实施锻造加工，从而保证良好的强度例如，参照专利文献1。0004然而，在蓝脆性区域实施锻造加工的情况下，需要用于脆化恢复的热处理，难于降低制造成本。另一方面，在采用大于或等于600的温度区域的情况下，由于进行接近AR1变态点的加热，因此原先获得的铁素体珠光体组织开始成长，出现珠光体粒的粗大化，另。
7、外，以加工后的变形为基点，在珠光体粒内析出铁素体，由此，难于获得目标强度。0005专利文献1日本国的公开专利公报的日本特开2003055714号公报发明内容0006本发明是为了解决伴随上述现有技术的问题而提出的，目的在于提供一种具有良好的强度且价廉的锻造品的制造方法。0007为实现上述目的，本发明的锻造品的制造方法，通过针对对N小于或等于不可避免的固溶量的钢进行热锻造而获得的具有铁素体珠光体组织的中间锻造品中的至少需要具备疲劳强度的部位实施锻造加工，从而使其强度提高，所述锻造加工是在350600的温度区域实施的。0008根据本发明，由于是小于或等于600的锻造加工，因此即使由于该锻造加工而发热。
8、，也不会达到奥氏体析出的温度，另外，由于抑制珠光体粒的粗大化，因此，能够通过锻造加工获得目标强度屈服性能及疲劳强度。另外，由于是大于或等于350的温度下的锻造加工，因此温度比蓝脆性区域产生蓝脆性的温度区域大约小于200350高，由于无需用于脆化恢复的热处理而能够降低制造成本。并且，由于是N小于或等于不可避免的固溶量的钢，因此能够抑制锻造品的氢脆现象，获得目标强度。即，能够提供具有良好的强度且廉价的锻造品的制造方法。附图说明0009图1是用于对本发明的实施方式涉及的锻造品进行说明的斜视图。0010图2是用于对本发明的实施方式涉及的锻造品的制造方法进行说明的工序图。0011图3是用于对图2所示的锻。
9、造工序进行说明的时序图。0012图4是用于对应用图3所示的锻造加工的凸缘部的局部加工进行说明的斜视图。0013图5是用于对应用图3所示的锻造加工的齿轮轴部的局部加工进行说明的斜视图。说明书CN104093863A2/7页40014图6是用于对应用图5涉及的锻造加工的凸缘部涉及的试样进行说明的俯视图。0015图7是表示图5涉及的锻造加工前及锻造加工后的内部硬度和相对变形的相互关系的图表。0016图8是表示由图5涉及的锻造加工引起的内部硬度和相对变形的相互关系受温度影响的图表。0017图9是用于对锻造加工所采用的齿轮轴部的试样进行说明的斜视图。0018图10是表示由图9涉及的锻造加工引起的内部硬度。
10、和相对变形的相互关系受温度影响的图表。0019图11是用于对本发明的实施方式涉及的变形例进行说明的工序图。0020图12是表示由图5涉及的锻造加工引起的强度内部硬度及拉伸强度和锻造加工温度的相互关系受化学成分含量影响的图表。具体实施方式0021本发明的实施方式的锻造品的制造方法，针对对钢进行热锻造所获得的具有铁素体珠光体组织的中间锻造品中的至少需要具备疲劳强度的部位，在350600的温度区域实施锻造加工，并且，不是如现有的制造方法所示采用含有作为化学成分的N的钢，而是采用N小于或等于不可避免的固溶量的钢，是基于与现有技术完全不同的技术思想而提出的。0022在现有的锻造品的技术领域中，含有N的钢。
11、材易于时效硬化，虽然能够获得高强度的锻造品，但存在氢附着在该时效硬化后的N上而引起氢脆现象的可能性。如果在锻造品上氢脆现象的部位变多，则易于产生龟裂而受到破坏。0023另外，例如在作为脱氧材料而添加AL的情况下，由于该AL与N结合而析出ALN，因此虽然能够采用下述方法，即，采用石灰氮、NMN等添加物，或者通过将用于确保成品率的基于N回流气体的RH脱气时间设定得较长，从而使得钢材中的N的固溶量多于不可避免的固溶量，但这不仅引起进一步的氢脆现象，而且导致了制造成本的上升。0024在本发明的实施方式中，N小于或等于不可避免的固溶量的钢材，是指与如现有技术所示有意地添加N的固溶量而使其变多的钢材不同的。
12、钢材，表示N为不可避免且无添加时能够固溶程度的钢材。例如，可以列举利用依照JIS的活性气体溶解热传导法TDC法未检测出N的钢材。0025本发明的实施方式的锻造品的制造方法，如上所述，如果在350600的温度区域对中间锻造品中的至少需要具备疲劳强度的部位实施锻造加工，并且采用N小于或等于不可避免的固溶量的钢，则能够适当采用在锻造品的领域所公知的制造方法技术。0026图1是用于对本发明的实施方式涉及的锻造品进行说明的斜视图。0027本发明的实施方式涉及的锻造品是作为具有复杂形状的大型部件的曲轴100。曲轴100具有凸缘部110、齿轮轴部120、曲柄销130以及轴颈140，例如，作为将往复式动力机内。
13、的活塞的往复运动变换为旋转运动的汽车发动机等的内燃机用部件而应用。0028凸缘部110是曲轴100的后端，例如用于安装飞轮、扭矩变换器。齿轮轴部120是曲轴100的前端，例如用于安装曲轴齿轮、曲轴皮带轮。曲柄销130具有圆形的截面，配置在与轴颈140的轴心偏心的位置处，与活塞的连接杆连杆可滑动地连结。轴颈140具说明书CN104093863A3/7页5有圆形的截面，配置有与发动机的气缸数量相当数量的曲柄部，可自由旋转地被轴支撑。0029图2是用于对本发明的实施方式涉及的锻造品的制造方法进行说明的工序图，图3是用于对图2所示的锻造工序进行说明的时序图，图4及图5是用于对应用图3所示的锻造加工的凸。
14、缘部及齿轮轴部的局部加工进行说明的斜视图。0030本发明的实施方式涉及的锻造品的制造方法大体具有切断工序、锻造工序及机械加工工序。0031在切断工序中，例如将机械结构用碳素钢钢材切断而获得曲轴材料。0032在锻造工序中，针对曲轴材料实施热锻造及锻造加工，使需要具备疲劳强度的部位目的部位的强度屈服性能及疲劳强度提高。目的部位例如为凸缘部110参照4、齿轮轴部120参照图5。0033在机械加工工序中，针对经过了锻造工序的常温的中间锻造品，实施切削加工及磨削加工，获得完成品的曲轴100。在切削加工中，例如去除伸出的毛刺等。在磨削加工中，例如对具有圆形的截面的曲柄销130及轴颈140的外周面进行处理。。
15、0034下面，参照图2及图3详述锻造工序。0035在锻造工序中，首先，将从切断工序投入的曲轴材料加热，升温至约1200之后，在不低于变态点的温度下，例如实施1分钟的热锻造。之后，通过以规定的冷却速度进行控制冷却，获得具有铁素体珠光体组织的中间锻造品。0036然后，如果经过510分钟达到350600的温度区域，则对中间锻造品中的目的部位实施锻造加工。锻造加工例如进行1分钟，施加大于或等于01MM/MM的相对变形。0037由于在小于或等于600实施锻造加工，因此即使由于锻造加工而引起中间锻造品的目的部位发热，也不会达到与AC1变态点及AR1变态点大致一致的727。即，中间锻造品不会达到奥氏体析出的。
16、温度，另外，由于抑制珠光体粒的粗大化，因此能够通过锻造加工获得目标强度屈服性能及疲劳强度。0038另一方面，由于在大于或等于350的温度下实施锻造加工，因此温度比蓝脆性区域高，无需脆化恢复的热处理例如，回火、低温处理，从而能够降低制造成本。0039因此，在中间锻造品的目的部位为曲轴100的凸缘部110的情况下，由于凸缘强度提高，因此通过将凸缘部110小型化，能够将曲轴100轻量化。另外，通过将飞轮紧固螺栓小径化，能够将发动机质量轻量化。另外，在中间锻造品的目的部位为曲轴100的齿轮轴部120的情况下，由于齿轮轴强度提高，因此通过将齿轮轴部120小径化，能够将曲轴轻量化。0040此外，利用热锻造。
17、的余热，使中间锻造品的目的部位达到所述温度区域，能够削减节约热能。0041然后，使实施了锻造加工后的中间锻造品冷却至常温为止，并将该中间锻造品投入机械加工工序。冷却时间例如为23小时。0042此外，由于曲轴具有复杂的形状，因此，出于降低材料变形能量及成形时的变形阻力的目的，优选在10001250进行热锻造，然后立即以小于或等于5/秒的冷却速度实施获得铁素体和珠光体混合组织的控制冷却。其原因在于，如果大于或等于5/秒，则形成贝氏体，明显损伤机械加工性。0043由于需要提高局部的强度，因此在冷却时需要加快目的部位的冷却速度。在从表面至小于3MM的范围中，通过淬火等能够进行马氏体化而使强度提高，但难。
18、以不损害机械说明书CN104093863A4/7页6加工性，另外，在所需部分从表面延伸至大于或等于3MM的内部的情况下，难以直至内部为止赋予与表面均匀的冷却速度。0044由于对中间锻造品实施的锻造加工的温度相对较低，并且材料热膨胀率小，因此能够使尺寸精度提高。另外，由于锻造加工的材料变形阻力与冷锻造相比要小，因此，能够缩小设备规模，或者提高变形量例如，能够赋予直至芯部为止的变形的强力加工。0045下面，对凸缘部涉及的试样的实验结果及CAECOMPUTERAIDEDENGINEERING解析结果进行说明。0046图6是用于对应用锻造加工的凸缘部涉及的试样进行说明的俯视图，图7是示出图5涉及的锻造。
19、加工前及锻造加工后的内部硬度和相对变形的相互关系的图表，图8是示出由图5涉及的锻造加工引起的内部硬度和相对变形的相互关系受温度影响的图表。此外，强度是通过硬度HRC洛氏硬度进行评价的。0047假定中间锻造品的目的部位为曲轴100的凸缘部110，制作了图6所示的剖开模型的试样。试样的材质是N小于或等于不可避免的固溶量的S40C。此外，C量是满足曲轴强度的下限值，并且去除了用于使材料强度提高的合金成分。在300600的温度区域实施锻造加工，从椭圆形成形为圆形。0048在后面工序的机械加工工序中，由于从通过切削加工及磨削加工而去除的部位至内部及芯部为止，残存锻造加工的效果，因此，需要导入大于或等于一。
20、定量的相对变形例如，大于或等于005MM/MM，优选大于或等于01MM/MM。因此，必须设计能够导入所述相对变形的形状。0049另外，根据示出了各温度条件下的锻造加工前和锻造加工后的内部硬度和相对变形的相互关系的结果的图7的理解，导入变形的部位的内部硬度提高，且示出了被导入的变形越大相对变形越大，内部硬度也越高的倾向。0050根据示出了由锻造加工引起的内部硬度和相对变形的相互关系受温度影响的图8的理解，在小于或等于AC1温度小于或等于600且超过蓝脆性区域大约小于200350的温度区域中，导入了变形的部位的内部硬度提高，并且示出了被导入的变形越大相对变形越大，内部硬度也越高的倾向。即，通过在3。
21、50600的温度区域实施锻造加工，针对变态结束后的组织，赋予变形转变位置并进行硬化，并且由于锻造加工时所具有的热量而被时效，能够不发生脆化地使强度提高。上述特性能够从伴随锻造加工温度的硬度水平的变化读取到与所具有热量的关系。0051此外，在热锻造后，将未进行锻造加工的被冷却至常温的中间锻造品，而后加热至350600的温度区域为止，在实施锻造加工后，获得了相同的效果现象。但是，在大于或等于600的锻造加工中，由于珠光体粒成长和在珠光体粒内析出铁素体，因此与加工前的值产生了差异。0052下面，对试样的实验结果及CAECOMPUTERAIDEDENGINEERING解析结果进行说明。0053图9是用。
22、于对应用锻造加工的齿轮轴部涉及的试样进行说明的斜视图，图10是示出图9涉及的锻造加工的内部硬度和相对变形的相互关系受温度影响的图表。0054假定中间锻造品的目的部位为曲轴100的齿轮轴部120，制作了图9所示的剖开模型的试样。试样的材质与凸缘部110涉及的试样相同。说明书CN104093863A5/7页70055根据示出了由锻造加工引起的内部硬度和相对变形的相互关系受温度影响的图10的理解，可以确认出随着变形的导入量的变大，内部硬度提高。另外，与图8的情况相比，600的锻造加工在内部硬度上产生了差平均5HRC。其原因在于，与凸缘部涉及的试样的情况相比，由于齿轮轴部涉及的试样受到了充分的冷却，因。
23、此锻造后的未变态准稳定奥氏体变少，不会发生珠光体粒成长、铁素体析出。0056图11是用于对本发明的实施方式涉及的变形例进行说明的工序图。0057本变形例单独具有热锻造涉及的第1锻造工序和锻造加工涉及的第2锻造工序，热锻造后，将中间锻造品的温度冷却至常温为止，而后，将中间锻造品中的需要具备疲劳强度的部位的温度升温加热至350600的温度区域为止，实施相对变形大于或等于01MM/MM的锻造加工。0058在该情况下，由于无需在热锻造后连续地实施锻造加工，因此工序上的自由度提高。另外，由于锻造加工是针对中间锻造品中的需要具备疲劳强度的部位目的部位进行的局部处理，因此与需要将整体加热并进行等温保持的通常。
24、的回火处理相比，能够削减所需能量。另外，抑制目的部位以外的部位的强度下降退火效果。0059如上所述，在本实施方式中，由于是小于或等于600的锻造加工，因此即使由于该锻造加工而发热，也不会达到奥氏体析出的温度，另外抑制珠光体粒的粗大化，因此，通过锻造加工能够获得目标强度屈服性能及疲劳强度。另外，由于是大于或等于350的温度下的锻造加工，因此温度比蓝脆性区域高，由于无需脆化恢复的热处理，因此能够降低制造成本。即，能够提供具有良好的强度且价廉的锻造品的制造方法。0060在实施锻造加工时，在利用热锻造的余热，使需要具备疲劳强度的部位的温度达到上述温度区域的情况下，能够削减用于使需要具备疲劳强度的部位的。
25、温度达到350600的温度区域的热能节约。0061热锻造后，使中间锻造品的温度降低至常温为止，而后，使中间锻造品中的需要具备疲劳强度的部位的温度上升至350600的温度区域，在实施锻造加工的情况下，由于在热锻造后无需连续地实施锻造加工，因此工序上的自由度提高。另外，由于锻造加工是针对中间锻造品中的需要具备疲劳强度的部位目的部位进行的局部处理，因此，与将整体加热并需要等温保持的通常的回火处理相比，能够削减所需能量。另外，抑制目的部位以外的部位的强度下降退火效果。0062在中间锻造品中的需要具备疲劳强度的部位为曲轴的凸缘部的情况下，由于凸缘强度提高，因此通过将凸缘部小型化，能够将曲轴轻量化。另外，。
26、通过将飞轮紧固螺栓小径化，能够将发动机质量轻量化。0063在中间锻造品中的需要具备疲劳强度的部位为曲轴的齿轮轴部的情况下，由于齿轮轴强度提高，因此通过将齿轮轴部小径化，能够将曲轴轻量化。0064此外，中间锻造品中的需要具备疲劳强度的部位并不限定于曲轴的凸缘部及齿轮轴部。例如，在作为中间锻造品中的需要具备疲劳强度的部位而应用曲轴的销部的情况下，由于曲轴的销强度提高，因此通过将销小径化，能够将曲轴轻量化，另外，通过将安装的连杆小型化，能够将发动机质量轻量化及降低滑动摩擦。例如，在作为中间锻造品中需要具备疲劳强度的部位而应用曲轴的轴颈部的情况下，由于曲轴的轴颈强度提高，因此通过将轴颈小径化，能够将曲。
27、轴轻量化及降低滑动摩擦。说明书CN104093863A6/7页80065另外，为了使强度提高等良好的物理特性在大的温度范围中得到发挥，能够将锻造品的材料钢的各化学成分的含量设定为各种范围。作为其中一个例子，在以质量表示的情况下，优选含有C020060、SI005150、MN03020、CR小于或等于15不包括0、AL0001006，另外，由于不包含高价的V等，因此能够降低材料成本。0066即，C是作为强度提高元素的重要成分，在小于020时，有可能导致强度不足，如果超过060，则有可能导致韧性、延展性降低，并且使得拉伸强度变得过大而导致切削性下降。因此，C的含量优选为020060。0067SI作。
28、为脱氧性元素起作用，另外，固溶在铁素体基体上而有效地提高屈服性能、疲劳强度，在小于005时效果不明显，如果超过150，则有可能降低切削性、使热锻造后的脱碳增加。因此，SI的含量优选为005150。0068MN是用于提高热锻造后的强度、韧性的元素，在小于030时效果不明显，如果超过200，则有可能生成贝氏体而降低切削性。因此，MN的含量优选为03020。0069CR作为强度提高元素起作用，另外，发挥使珠光体层间隔变小而使延展性、屈服性能提高，并提高疲劳强度的作用，但如果超过15，则具有生成贝氏体，使切削性降低的倾向。因此，CR的含量优选为小于或等于15。0070AL作为脱氧性元素起作用。另外，在。
29、与不可避免的固溶量的N结合的情况下，形成ALN而对热加工时的奥氏体粒的粗大化进行抑制，还有助于促进组织微细化而提高屈服比，但在小于0001时效果不明显，如果超过006，则导致作为氧化物类夹杂物的AL2O3增加而降低切削性。因此，AL的含量优选为0001006。0071关于其他元素，NI是作为韧性提高元素的有效元素，使其含量大于或等于002。优选为大于或等于02。但是，由于如果NI量过剩，则成本上升，因此小于或等于35，优选为小于或等于30。0072CU是作为杂质而不可避免地包含，或者有时作为韧性提高元素而添加的元素此外，在作为韧性提高元素而含有CU的情况下，优选使CU量为大于或等于005，更优。
30、选为大于或等于01。但是，如果CU量超过10，则有可能导致成本上升并且产生热裂纹。因此，CU量小于或等于10，优选为小于或等于05。0073并且，为了提高切削性，锻造品的材料钢，优选含有作为其他元素而从由S小于或等于010、BI小于或等于030不包括0构成的组中选择的至少大于或等于1种，另外，由于不包含PB，因此能够减少环境负担。作为不可避免的杂质的一个例子，除了N以外还能够列举P等，P优选为小于或等于003，更优选为小于或等于002。0074下面，在将化学成分以质量表示的情况下，对规定为C020060、SI005150、MN03020、P小于或等于003不包括0、S小于或等于010不包括0、。
31、CU小于或等于10不包括0、NI小于或等于35不包括0、CR小于或等于15不包括0的材质的试样AE的实验结果及CAECOMPUTERAIDEDENGINEERING解析结果进行说明。0075图12是表示由图5涉及的锻造加工引起的强度内部硬度及拉伸强度和锻造加工温度的相互关系受化学成分含量影响的图表。此外，强度通过硬度HRC洛氏硬度进行评价。说明书CN104093863A7/7页90076假定中间锻造品的目的部位为曲轴100的齿轮轴部120，制作了图5所示的剖开模型的试样。试样的材质是N小于或等于不可避免的固溶量的S40C、S25C、S45C，且化学成分如下述表1所示进行了规定。锻造加工与上述的。
32、各个实验相同。0077此外，对于下述表1的试样AE中的P含量、CU含量、NI含量、试样B、C中的CR含量、试样A、C、D中的S含量，来源于废料等原料，并非是有意添加的，每一个都相当于不可避免的杂质。另外，在上述的各试样AE中，未添加氮，对于N含量，确认出利用依照JIS的活性气体溶解热传导法TDC法所分析得到的结果中，N含量均小于00030。0078表100790080根据图12理解所示，在针对试样AE以350600的温度区域进行锻造加工的情况下，能够获得目标强度屈服性能及疲劳强度，特别是在采用试样A、B的情况下，获得了良好的结果。0081本发明并不限定于上述的实施方式，能够基于权利要求书进行各。
33、种改变。例如，锻造品并不限定于曲轴，也可以适用于内燃机用拉杆。另外，锻造品的材料钢，也能够采用除了S40C以外的机械结构用碳素钢。说明书CN104093863A1/10页10图1说明书附图CN104093863A102/10页11图2说明书附图CN104093863A113/10页12图3图4说明书附图CN104093863A124/10页13图5图6说明书附图CN104093863A135/10页14图7说明书附图CN104093863A146/10页15图8说明书附图CN104093863A157/10页16图9说明书附图CN104093863A168/10页17图10说明书附图CN104093863A179/10页18图11说明书附图CN104093863A1810/10页19图12说明书附图CN104093863A19。