Cf53 스틸 캠축에 대한 정규화 공정의 효과

1. 서문

캠샤프트는 내연기관 엔진의 밸브 트레인에서 중요한 구성 요소입니다. 특정 작동 순서와 밸브 단계에 따라 밸브의 개폐를 조절하여 밸브가 적절한 양력을 갖도록 하는 역할을 합니다. 결과적으로 밸브 트레인의 전반적인 성능에 결정적인 역할을 합니다.

4스트로크 엔진에서 캠축의 회전 속도는 크랭크축의 절반입니다. 따라서 캠축은 매우 빠른 속도로 회전하며 상당한 토크를 견뎌야 합니다.

작동 중에 캠 표면과 로커 암 또는 태핏은 주기적으로 높은 접촉 응력과 빠른 상대 슬라이딩 속도를 경험합니다. 따라서 캠축은 충분한 인성과 강성을 가져야 하며, 캠 표면은 내마모성과 내충격성이 우수해야 합니다.

2. 연구 배경

모델 M 제품은 선박용으로 설계된 대형 디젤 엔진입니다. 이 제품의 캠축은 Cf53 스틸로 제작되었습니다.

캠축 본체의 초기 인장 성능 테스트 중에 항복 강도 가 낮은 것으로 나타났습니다. 그러나 공급업체가 열처리 공정을 조정한 후 항복 강도 는 필요한 기준을 충족했지만 인장 강도는 낮게 유지되었습니다(표 1 참조).

표 1 Cf53 스틸 캠축의 기계적 특성 테스트

또한 일상적인 생산 과정에서 Cf53 스틸(55 스틸에 해당)로 제작된 캠축은 200 HBW 미만의 낮은 경도 문제를 나타냅니다.

앞서 언급한 품질 문제를 해결하기 위해 초기에 M형 캠축 제조를 담당하는 협력업체의 생산 현장에 대한 조사 및 분석을 실시했습니다. 그 결과 장비 정상화, 온도 정상화, 냉각 속도 등 공정 파라미터를 조정하는 등 개선 방안을 마련했습니다.

프로세스 조정 체계는 표 2를 참조하세요.

표 2 Cf53 스틸 캠축의 열처리 공정에 대한 조정 방식

이 게시물은 개선된 Cf53 스틸 캠축의 본체 소재의 물리적 및 화학적 특성을 분석하고 그 효과를 연구합니다. 정규화 프로세스 Cf53 스틸 캠샤프트의 기계적 특성에 대한 연구를 진행했습니다. 목표는 캠샤프트의 종합적인 특성을 향상시킬 수 있는 합리적인 공정 계획을 제공하는 것입니다.

3. 재료 분석

3.1 화학 성분

캠축의 화학 성분을 검사한 결과, 재료 사양의 요구 사항을 충족하는 표 3과 같은 결과가 나왔습니다: 스틸 캠샤프트(기업 표준) Q/WCG 610.22.

표 3 cf53 스틸 캠축의 화학 성분(질량 분율)(%)

3.2 기계적 특성

상온에서의 인장 특성은 물리 및 화학 실험실의 인장 시험기에서 테스트했습니다(그림 1 참조).

그림 1 인장 특성 테스트

캠축 테스트 바의 경도를 감지합니다.

캠축 시험봉의 기계적 특성 테스트 결과는 표 4를 참조하세요.

표 4 캠축 본체의 기계적 특성 시험 결과

검사 지수는 스틸 캠샤프트(기업 표준) Q/WCG 610.22의 재료 사양 요건을 충족합니다.

표 1은 공정 조정 전후의 Cf53 스틸 캠축의 기계적 특성 테스트 결과를 비교한 것입니다. 기계적 특성, 특히 인장 강도(RM)가 공정 조정 후 크게 개선된 것을 알 수 있습니다.

3.3 본체의 금속학적 구조

그림 2a는 4% 질산 알코올로 부식된 후 모델 M의 캠 샤프트 중심부 구조를 보여줍니다. B 위치에서 직경 1.5mm의 뚜렷한 길쭉한 영역을 관찰할 수 있으며, 주변 영역과 완전히 다른 색상을 나타냅니다. 이 영역의 금속학적 구조는 그림 2b에 나와 있습니다.

지역 B의 구조적 특성은 지역 A와 현저하게 다르며, 이는 지역적 분리가 형성되었음을 나타냅니다.

그림 2 부식 후 캠 축의 매크로 구조 및 금속학적 구조

그림 3은 모델 M의 경우 캠축 중앙에 있는 영역 A의 금속학적 구조를 보여줍니다.

금속학적 미세 구조는 GB/T 13320-2007에 따른 강철 다이 단조에 대한 금속학적 구조 등급 다이어그램 및 평가 방법을 사용하여 평가합니다.

코어 구조는 펄라이트와 페라이트로 구성되어 있으며 입자 크기가 균일합니다.

구조 등급은 2등급입니다.

금속의 평균 입자 크기를 결정하는 GB/T 6394-2002 방법에 따라 실제 입자 크기는 다음과 같습니다. 오스테나이트 는 기술 요구 사항을 충족하는 8등급입니다.

그림 4는 모델 M의 경우 캠축 중앙에 있는 영역 B의 금속학적 구조를 보여줍니다.

코어 구조는 주로 펄라이트에 소량의 페라이트가 분산되어 있으며 펄라이트 입자가 비교적 균일합니다.

그림 3 캠 샤프트 중심 영역 4의 금속학적 구조

그림 4 캠 샤프트 중심 B 영역의 금속학적 구조

캠샤프트 바의 중앙 영역은 결정화의 최종 위치이며 다량의 C, S, P 및 기타 원소를 포함합니다. Cf53 강철의 WC 함량은 0.52%에서 0.57%까지이며 핵심 구성 요소의 분리 영역은 유텍토이드 점 구성 요소에 가깝습니다. 따라서 펄라이트 구조가 주로 형성되고 페라이트 구조는 소량만 형성됩니다.

GB/T 1979-2001 구조용 강철 거시 구조 결함 등급 다이어그램에 따르면, 중앙 분리는 기술 요구 사항의 허용 범위 내에 속하는 1등급으로 평가됩니다.

따라서 캠축 중심의 분리 영역을 제어하고 용강의 순도를 개선하며 합리적인 주입 공정을 채택하고 봉강 블랭크의 단조 및 압연 중에 큰 단조 비율을 사용하는 것이 중요합니다.

심한 분리는 강재 품질에 상당한 영향을 미칠 수 있으므로, 빌릿의 품질을 보장하기 위해 입고되는 봉재 검사 중에 분리 결함 검사를 합리적으로 제어해야 합니다.

3.4 표면의 금속학적 구조 유도 경화 레이어

캠 피치 팁, 베이스 서클 및 서포트 저널의 표면 유도 경화층 깊이 및 경도 테스트 결과는 표 5를 참조하십시오(그림 5 참조).

표 5 캠축 유도 도장 화재 층의 감지 결과

표준 요구 사항을 충족합니다.

유도 경화 층의 금속학적 구조는 그림 6에 나와 있습니다.

이 구조에 대한 평가는 자동차 유도 경화 부품의 금속학적 검사 표준인 QC/T 502-1999에 따라 수행됩니다.

관찰된 구조는 미세 바늘로 식별됩니다. 마텐사이트4등급으로 평가되며 표준 20200718 의 요구 사항을 충족합니다.

그림 6 유도 경화 층의 금속학적 구조

3.5 결론

공정 조정 후 Cf53강으로 제작된 M형 캠축을 분석한 결과 다음과 같은 결론을 도출할 수 있습니다:

1. 캠샤프트 모델 M의 화학 성분은 필수 표준을 충족합니다.
2. 정규화 냉각 속도를 높이면 캠축의 기계적 특성(인장 강도, 항복 강도, 연신율, 면적 감소, 경도)을 개선할 수 있습니다.
3. 모델 M의 캠축 본체의 금속학적 구조도 필요한 표준을 충족합니다. 캠축 본체 중앙에 직경 1.5mm의 레벨 1 중앙 분리 영역이 있으며, 캠축의 중심선을 따라 분포되어 있습니다.
4. M형 캠축의 유도 경화 층의 금속학적 구조도 요구 사양 내에 있습니다.

4. 개선 제안

1. 공급업체는 조정 및 시험 생산 단계에서 제공된 지침에 따라 Cf53 스틸 M형 캠축의 정상화 프로세스를 준수해야 합니다. 또한 관련 프로세스 문서를 개선해야 합니다.
2. 분리 결함 검사는 공장에서 봉재가 입고되는 동안 빌릿의 품질을 보장하기 위해 적절하게 관리되어야 합니다.