CN102605150A - 一种提高50CrVA弹簧钢淬透厚度的淬火液及淬火工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高50CrVA弹簧钢淬透厚度的淬火液及淬火工艺，属于普通弹簧钢热处理淬火工艺技术领域，具体涉及一种提高50CrVA弹簧钢淬透厚度的淬火液及淬火工艺。其特征在于将50CrVA弹簧钢加热到900±10℃，淬火保温10～30分钟，将50CrVA弹簧钢放入淬火液中，经过蒸汽膜阶段、沸腾阶段和对流阶段完成淬火；蒸汽膜爆裂时间4～10秒。50CrVA弹簧钢的淬火硬度不小于54HRC，马氏体组织百分比不小于90％，淬透厚度不小于25mm。与常规热处理相比，淬透厚度提高56％，避免了合金资源的消耗，以有机聚合物水溶性淬火介质代替快速油或柴油淬火，降低了生产成本，保护了生产环境和自然资源。

Description

一种提高50CrVA弹簧钢淬透厚度的淬火液及淬火工艺

技术领域

本发明属于普通50CrVA弹簧钢热处理淬火工艺技术领域，具体涉及一种提高50CrVA弹簧钢淬透厚度的淬火液及淬火工艺。

背景技术

目前，普通中碳低合金弹簧钢，因其合金含量低、材料成本低，因而被广泛大量的使用。其中50CrVA弹簧钢，属于Cr-V系弹簧钢，因其本身具有良好的抗脱碳能力及防止奥氏体晶粒粗化能力，且经过热处理后具有较高弹性极限、强度极限以及良好塑性，被广泛应用于汽车钢板弹簧制造。随着国内重型载货汽车载重量由过去的4t提高到现在的40t以上，50CrVA钢应用于汽车钢板弹簧时，对其使用截面厚度要求也由8mm提高到24mm及其以上。

50CrVA弹簧钢在加工使用前需要经过淬火处理，即将钢材加热到临界温度以上，保温一段时间使组织奥氏体化后，以大于临界冷却速度的冷速进行冷却，使奥氏体转化为马氏体，从而提高钢的硬度、耐磨性、韧性及弹性等其他各项组织性能的加工工艺。

弹簧钢在淬火时往往遇到两种情况：一种是工件从表面到中心都获得马氏体组织，同杆具有高硬度，称之为“淬透”；另一种是工件表层获得马氏体组织，具有高硬度，而心部则是非马氏体组织，其硬度偏低，称为“未淬透”。只有当工件淬透了，其表里的性能才能均匀一致，可以充分发挥钢材的机械性能潜力；如果未淬透，则表里性能存在差异，严重影响弹簧的性能质量。有两种方法可以提高钢材的淬透厚度：一种是提高钢材的合金元素含量，从而改善材料的淬透性，但提高了材料成本；另一种方法是提高淬火冷却速度来达到提高淬透厚度的目的，这是目前业内人士所追求的较为合理有效的方法，但也容易带来淬火开裂的危险。

50CrVA钢传统热处理过程中，使用淬火介质为普通淬火油，其油淬火临界淬火板厚为24mm。通过对传统热处理50CrVA材料钢板弹簧大量断裂失效分析及对其生产现场工艺质量研究后发现，截面厚度接近或大于油淬火临界淬火板厚时，存在无法正常淬火现象，严重影响材料的力学性能及钢板弹簧的疲劳寿命。并且这种传统的油介质淬火方式，冷却速度低而淬透厚度也很低，，油耗大，加工车间的作业环境恶劣，且操作稍有不慎即会引发火灾隐患，还不利于节能环保。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种提高50CrVA弹簧钢淬透厚度的淬火液及淬火工艺，有效提高50CrVA弹簧钢的淬透厚度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种提高50CrVA弹簧钢淬透厚度的淬火液，包括溶质和溶剂，其特征在于溶质为有机聚合物水溶性淬火介质，溶剂为液态水；淬火液的浓度为10％-20％。

本发明所述的一种提高50CrVA弹簧钢淬透厚度的淬火液，其特征在于有机聚合物水溶性淬火介质的具体成分及各种成分所占质量分数如下：

氯化钠            1％-1.5％；

氢氧化钾          1％-1.5％；

咪唑啉油盐酸      0.5％-1.5％；

苯甲酸钠          0.05％-0.1％；

三乙醇胺          0.05％-0.1％；

太古油            0.1％-0.15％；

其余为：聚烷撑乙二醇。

淬火液的最大冷却速度120～160℃/s。

淬火液的溶液温度20～40℃。

本发明提供一种提高50CrVA弹簧钢淬透厚度的淬火工艺，其特征在于将50CrVA弹簧钢加热到900±10℃，淬火加热保温时间为10～30分钟，将50CrVA弹簧钢放入淬火液中，经过蒸汽膜阶段、沸腾阶段和对流阶段后完成淬火；其中蒸汽膜爆裂时间4～10秒；然后按480±5℃，保温120分钟，水冷回火。

50CrVA弹簧钢的淬火硬度不小于54HRC，马氏体组织百分比不小于90％，淬透厚度不小于25mm。

本发明的有益效果是：

1、本发明所采用的有机聚合物水溶性淬火液，是由一种由液态的有机聚合物和腐蚀抑制剂组成的水溶性溶液。有机聚合物完全溶于水，形成清亮、均质的溶液。通过使用本发明所述的淬火液及淬火工艺得到的50CrVA弹簧钢，淬透厚度达25mm，淬火硬度不小于54HRC，马氏体组织≥90％(面积百分比)，极大的提高了产品质量。

2、本发明的淬火工艺将50CrVA弹簧钢的淬透厚度从16mm提高到25mm，与常规热处理相比，淬透厚度幅度提高56％，避免了大量合金资源的消耗，保护了自然资源。

3、以有机聚合物水溶性淬火液代替快速油或柴油淬火，节约了快速油或柴油，不仅降低了生产成本，而且保护了生产环境和自然资源。

4、本发明在操作实施时，生产安全，消除了火灾隐患，操作时无烟雾、无毒，无环境污染，节能降耗。

5、本发明经过小试，中试、批量试制和生产，取得商业化成功，实施投产成本低，实用性能良好，适宜在业界推广普及。

附图说明

图150CrVA弹簧钢(尺寸规格：500mm X 24mm X 90mm)马氏体淬火组织照片(放大倍数：500倍)

具体实施方式

按技术方案配制水溶性淬火介质。选择16～25mm厚度的50CrVA弹簧钢材料。将弹簧材料在常规连续淬火加热炉中加热到900±10℃，经均温和保温后弹簧成型，淬火，然后然后按480±5℃，保温120分钟，水冷回火。使用HR-15A洛氏硬度计检测试样淬火硬度及回火硬度；用便携式磁粉探伤设备对试样进行逐片探伤；用NikonMA100型金相显微镜对试样进行金相组织观察；试样经过表面处理后，进行疲劳试验(PSJ200机械疲劳试验机，最大应力1100MPa，预加变形62mm，振幅±26mm)。

实施例1

1)材料：50CrVA弹簧钢，化学成份(Wt％)见表1，符合标准要求。材料规格500mm X 24mmX90mm，500mmX 25mmX 90mm。单片簧重25～30Kg，试验材料总重100吨。

表1实验材料化学成分(质量分数，％)

C	Mn	Cr	V	杂质
					0.50	0.65	0.97	0.13	按标准要求

2)在连续炉中，将材料均匀加热到淬火温度900±10℃，淬火保温时间为10分钟。

按如下质量分数配比配制淬火液：

溶剂：氯化钠1％，氢氧化钾1％，咪唑啉油盐酸0.5％，苯甲酸钠0.05％，三乙醇胺0.05％，太古油0.1％，其余为：聚烷撑乙二醇。溶液为液态水，配置三份不同浓度的淬火液进行淬火，淬火液浓度分别为10％，13.5％，15％，溶液温度20℃。淬火液的最大冷却速度120℃/s。工件出炉后，在淬火液中淬火，经过蒸汽膜阶段、沸腾阶段和对流阶段后完成淬火；其中蒸汽膜爆裂时间4秒。检验硬度和无损探伤。

3)100％检验硬度和探伤。结果为：淬火硬度≥54HRC，淬火组织为90％以上的马氏体如图1所示，无铁素体组织，无淬火开裂，淬透厚度不小于25mm。

实施例2

1)材料：50CrVA钢，化学成份(Wt％)见表2，符合标准要求。材料规格500mm X20mm X90mm，500mmX24mmX90mm，500mmX25mmX90mm。单片簧重10～20Kg，试验材料总重200吨。

表2实验材料化学成分(质量分数，％)

C	Mn	Cr	V	杂质
					0.49	0.60	0.99	0.14	按标准要求

2)在连续炉中，将材料均匀加热到淬火温度900±10℃，淬火保温时间为15分钟。

按如下质量分数配比配制淬火液：

溶剂：氯化钠1.5％，氢氧化钾1.5％，咪唑啉油盐酸1.5％，苯甲酸钠0.1％，三乙醇胺0.1％，太古油0.15％，其余为：聚烷撑乙二醇。溶液为液态水，配置三份不同浓度的淬火液进行淬火，淬火液浓度分别为15％，18％，20％，溶液温度40℃。淬火液的最大冷却速度150℃/s。淬火液温度25℃。

工件出炉后，在淬火液中淬火，经过蒸汽膜阶段、沸腾阶段和对流阶段后完成淬火；其中蒸汽膜爆裂时间10秒。检验硬度和无损探伤。

3)100％检验硬度和探伤。结果为，淬火硬度≥54HRC，淬火组织为90％以上的马氏体，无铁素体组织，无淬火开裂，100％符合要求。

实施例3

1)材料：50CrVA钢，化学成份(Wt％)见表2，符合标准要求。材料规格500mm X16mm X90mm，500mmX18mmX90mm，500mmX20mm X90mm。单片簧重10～20Kg，试验材料总重200吨。

表3实验材料化学成分(质量分数，％)

C	Mn	Cr	V	杂质
					0.49	0.60	0.99	0.14	按标准要求

2)在连续炉中，将材料均匀加热到淬火温度900±10℃，淬火保温时间为30分钟。按如下质量分数配比配制淬火液：

溶剂：氯化钠1.2％，氢氧化钾1.3％，咪唑啉油盐酸1.1％，苯甲酸钠0.09％，三乙醇胺0.09％，太古油0.11％，其余为：聚烷撑乙二醇。溶液为液态水，配置三份不同浓度的淬火液进行淬火，淬火液浓度分别为16.5％，19％，20％，溶液温度32℃。淬火液的最大冷却速度160℃/s。淬火液温度40℃。

工件出炉后，在淬火液中淬火，经过蒸汽膜阶段、沸腾阶段和对流阶段后完成淬火；其中蒸汽膜爆裂时间8秒。检验硬度和无损探伤。

3)100％检验硬度和探伤。结果为，淬火硬度≥54HRC，淬火组织为90％以上的马氏体，无铁素体组织，无淬火开裂，100％符合要求。

需要指出的是，上述实施方式仅是本发明优选的实施例，对于本技术领域的普通技术人员来说，在符合本发明工作原理的前提下，任何等同或相似的替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种提高50CrVA弹簧钢淬透厚度的淬火液，包括溶质和溶剂，其特征在于溶质为有机聚合物水溶性淬火介质，溶剂为液态水；淬火液的浓度为10％-20％。

2.根据权利要求1所述的一种提高50CrVA弹簧钢淬透厚度的淬火液，其特征在于有机聚合物水溶性淬火介质的具体成分及各种成分所占质量分数如下：

氯化钠              1％-1.5％；

氢氧化钾            1％-1.5％；

咪唑啉油盐酸        0.5％-1.5％；

苯甲酸钠            0.05％-0.1％；

三乙醇胺            0.05％-0.1％；

太古油              0.1％～0.15％；

其余为：聚烷撑乙二醇。

3.根据权利要求1或2所述的一种提高50CrVA弹簧钢淬透厚度的淬火液，其特征在于淬火液的最大冷却速度120～160℃/s。

4.根据权利要求1或2所述的一种提高50CrVA弹簧钢淬透厚度的淬火液，其特征在于淬火液的溶液温度20～40℃。

5.一种提高50CrVA弹簧钢淬透厚度的淬火工艺，其特征在于将50CrVA弹簧钢加热到900±10℃，淬火加热保温时间为10～30分钟，将50CrVA弹簧钢放入淬火液中，经过蒸汽膜阶段、沸腾阶段和对流阶段后完成淬火；其中蒸汽膜爆裂时间4～10秒；然后按480±5℃，保温120分钟，水冷回火。

6.根据权利要求5所述的一种提高50CrVA弹簧钢淬透厚度的淬火工艺，其特征在于50CrVA弹簧钢的淬火硬度不小于54HRC，马氏体组织百分比不小于90％，淬透厚度不小于25mm。

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