CN101429591A - 一种汽车钢板弹簧用弹簧钢pag水溶性淬火介质热处理工艺 - Google Patents
一种汽车钢板弹簧用弹簧钢pag水溶性淬火介质热处理工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种汽车钢板弹簧SiMn系弹簧钢PAG水溶性淬火介质热处理工艺，利用PAG聚合物的水溶液有可逆性，当热金属侵淬于淬火液中，围绕着金属富PAG聚合物的包裹层，控制了金属表面的散热速度，目的是要解决厚规格SiMn系弹簧钢在淬火时淬透性的提高，保证淬火获得较大的淬硬深度同时保证使工件热应力与组织应力最小。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车钢板弹簧SiMn系弹簧钢PAG水溶性淬火介质热处理工艺，属于金属热处理技术领域。
背景技术
因为传统SiMn系弹簧钢淬火的介质都是用机械淬火油类，但机械淬火油类介质相对冷速较低，对于16mm厚以上SiMn系弹簧钢的淬透性低，因此选用SiMn系弹簧钢淬火材料规格在保证淬透性的范围很小。且机械淬火油类在热处理运用一段时间后因高温易造成化学有机链的断裂，化学成分不稳定致使造成弹簧钢淬火不均，形成淬火应力导致变形大等缺陷。同时对运用的淬火油冷速不易检测，而且容易造成火灾和对环境严重影响。利用PAG水溶性淬火介质配比简单、便易检测，运用范围广能控制工件的应力变形，同样的SiMn系弹簧钢淬透性能达到40mm厚左右，且运用该工艺能保证钢板弹簧热处理长期质量稳定，在环境保护方面安全无公害。
发明的内容
本发明涉及一种汽车钢板弹簧SiMn系弹簧钢PAG水溶性淬火介质热处理工艺，目的是要解决厚规格SiMn系弹簧钢在淬火时淬透性的提高，保证淬火获得较大的淬硬深度同时保证使工件热应力与组织应力最小。
本发明的技术解决方案是：利用PAG这种聚合物在室温下无限溶于水，因为其分子链的氧原子与水极易形成氢键结合，随着溶液液温的升高，水分子热振动的加剧，氢键的结合力逐渐减弱，当达到一定值的温度时，其氢键就会同时脱落，使原来溶于水中的聚合物从溶液中脱溶出来，形成悬浮于溶液中的小液滴，使原溶液变得混浊，聚合物呈现出不溶相，反之溶液会恢复原状，再次形成清澈均匀的溶液。这个过程完全使可逆的，也叫它逆溶点。故PAG聚合物的水溶液有可逆性，当热金属侵淬于淬火液中，围绕着金属富PAG聚合物的包裹层，控制了金属表面的散热速度，达到控制钢板弹簧的淬火裂纹和应力以及工件的变形，由于PAG水溶性淬火介质其淬火冷却速度介于机械淬火油和水之间，冷速可调。因此对于大截面的钢板弹簧淬火的淬透性相对提高和淬火应力有一定的控制。
所述的SiMn系弹簧钢最大冷速控制范围为Vmax＝200℃/s~150℃/s；300℃时的冷速控制范围在50℃/s~20℃/s，在上述范围内的SiMn系弹簧钢淬火组织转变和应力控制状态时比较理想的。因此根据上述所明确的特点，控制PAG水溶性淬火介质浓度、搅拌均匀程度和溶液温度是关键。
所述的介质浓度控制在10％到13％之间，高于13％时加水稀释到控制范围内，低于10％时添加PAG原液，经搅拌均匀采用糖量折光仪检测其浓度到稳定为止并在控制范围内。如果浓度不均的PAG水溶性淬火液工件在淬火后易造成淬硬层深度不均和形成较大的淬火应力。
所述的介质温度控制在30℃~50℃，采用冷却循环装置进行控制，设置冷却塔、循环管道和泵与淬火槽配套安装。温度过高时开启冷却系统，温度过低一般采用加热的方式升温。
本发明的具体热处理工艺过程，采用如下步骤：
1.确定材料，根据GB1222-84《弹簧钢》标准确定材料化学成分和机械性能已明确弹簧钢淬透性的规格范围。
2.确定PAG水溶性淬火介质的浓度，根据ISO《工业淬火油冷却性的测定.镍合金探测实验法》用仪器测定淬火液在5％浓度到15％浓度的各个温度点冷速不同，根据各浓度所测的在300℃时的冷速，确定材料淬火介质的浓度。
3.根据所用淬火槽的大小确定淬火液的搅拌、冷却系统(水泵、循环管道、冷却塔等)。同时要把握好搅拌速度，控制淬火液在槽内的流动速度，保证不产生淬火液气泡而影响工件淬火的均匀性，介质温度控制在30℃~50℃，温度过高时开启冷却系统，温度过低一般采用加热的方式升温。
4.设定好工件淬火加热温度，根据加热炉的规格确定保温时间使工件组织完全奥氏体化后入介质中淬火。要保证工件的淬火应力最小和淬透性即保证高温段(870~600℃)快速冷却，低温段(500~300℃)缓冷，才能获得较大的淬硬深度和热应力与组织应力的最小。
具体实施方式
实施实例：
汽车后钢板弹簧(EQ140后总成)热处理生产过程
热处理技术要求：
钢板弹簧材质：60Si2Mn
钢板弹簧规格：16*75
钢板弹簧硬度：HRC40.5~47
钢板弹簧金相组织：1-5级回火屈氏体
其他技术要求见GB/T19844-2005《钢板弹簧》标准和图纸要求。
热处理生产工艺步骤如下：
一、PAG水溶性淬火介质配置和配套使用
1.配置PAG水溶性淬火介质，浓度控制在10-13％。
2.开启淬火槽内装有的搅拌循环系统和冷却系统对PAG水溶性淬火介质进行搅拌，搅拌约15分钟或更长时间，在淬火槽内不同位置分别提取配置好的介质样品，用糖量折光仪检测不同位置样品的浓度，直至不同位置淬火介质浓度一致，其目的是保证介质浓度的一致性。开启冷却系统保证淬火介质温度控制在30-50℃
二、工件准备和检测
1.对原材料60Si2Mn，16*75弹簧扁钢的化学成分和机械性能进行检验。
2.用糖量折光仪测定淬火介质的浓度为11％，淬火介质温度控制在38℃
三、工件淬火和检测
1.设定加热炉炉膛温度为960±10℃对应工件温度为870℃，加热保温时间充足后工件入介质淬火。
2.金相检验60Si2Mn，16*75钢板弹簧淬火后金相组织状态为淬火马氏体，整个截面淬火马氏体含量大于95％以上。
3.采用硬度阶梯法检测淬火工件硬度范围以及淬硬深度，从淬火工件截面每隔2mm打一点洛氏硬度一直到截面中心，其结果在HRC59-HRC61之间，符合要求。
4.在淬火过程中搅拌循环系统、冷却系统始终在开启状态，其目的保证钢板弹簧淬火的均匀性。
四、工件回火和检测
1.设定钢板弹簧回火温度和时间，回火温度在500±10℃。
2.将60Si2Mn，16*75钢板弹簧立即放入回火炉内保温1小时30分钟进行回火。
3.经回火后钢板弹簧的硬度和金相组织为：硬度HRC43-45；金相组织为三级回火屈氏体。
五、钢板弹簧总成检测
根据GB/T19844-2005《钢板弹簧》标准和图纸要求对钢板弹簧各项指标进行检测其结果如下：
机械性能：经上述热处理工艺加工机械性能完全合格。
台架疲劳试验：按图纸标准要求产品台架疲劳寿命为16万次，远超过8万次合格品标准。
其他各项指标，均符合国家标准和产品图纸要求。
Claims (2)
1、一种汽车钢板弹簧SiMn系弹簧钢PAG水溶性淬火介质热处理工艺，利用PAG聚合物的水溶液有可逆性，当热金属侵淬于淬火液中，围绕着金属富PAG聚合物的包裹层，控制了金属表面的散热速度，达到控制钢板弹簧的淬火裂纹和应力以及工件的变形。
2、根据权利要求1所述的热处理工艺，主要通过下述步骤完成：
①、PAG水溶性淬火介质配置和配套使用；
②、工件热处理过程中的工艺参数设置和控制；
③、通过上述工艺加工的产品经检测质量稳定，该工艺使钢板弹簧的规格范围增大，成本节约、无公害、安全可靠。
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