CN107740000A - 一种安全气囊电子控制单元支架及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于汽车零部件技术领域，具体涉及安全气囊电子控制单元支架及其制备方法。所述支架的化学成分由以下重量百分比组成组成：C：0.03‑0.10％，N：0.22‑0.48％，B：0.35‑0.54％，Mn：0.20‑0.50％，Al:0.02‑0.05％，Cr：12‑16％，Os：0.48‑0.85％，Hf：0.24‑0.45％，Nb：1.5‑3.8％，Ti：1.0‑2.4％，Co：1.0‑1.6％，Ir：0.8‑1.5％，S：≤0.02％，P：≤0.03％，复合稀土：0.65‑0.89％，余量为铁。支架的化学成分结合特殊的制备工艺，使得支架具有良好的力学性能。

Description

一种安全气囊电子控制单元支架及其制备方法
技术领域
本发明属于汽车零部件技术领域，具体涉及安全气囊电子控制单元支架及其制备方法。
背景技术
汽车安全气囊，其功用是当车辆发生碰撞事故时，避免乘员与汽车内部结构发生激烈碰撞，减轻乘员的伤害程度。如果车辆发生碰撞，安全气囊的充气系统可在不到十分之一秒的时间内对其迅速充气，安全气囊在快速膨胀时将从方向盘、仪表板或座椅侧边等部位冲出，从而使车内乘员免受碰撞所产生作用力的冲击。而支架是乘客安全气囊至关重要的一部分，起到了连接气囊壳体与仪表板管樑，支撑整个安全气囊模块的作用。
在汽车行驶过程中由于复杂的路况及行车环境，气囊模块会受到各种各样的振动冲击，如果支架冲击韧性不足，使得支架由于振动损伤发生变形或断裂将会对安全气囊的正常工作产生巨大的影响。又因为气囊安装支架需要承受安全气囊起爆膨胀时的巨大冲击力，因此必须具备足够的强度和刚度，如果气囊安装支架的强度和刚度不足，则会产生严重变形进而影响安全气囊的正常展开，甚至导致安全气囊脱落飞出，对乘员造成不可预估的伤害。
发明内容
本发明的目的是提供一种安全气囊电子控制单元支架及其制备方法，使支架同时具有优异的强度和韧性性能，延长支架使用寿命。
为了达到本发明的一个目的，本发明采用以下技术方案：一种安全气囊电子控制单元支架，所述支架的化学成分由以下重量百分比组成组成：
C：0.03-0.10％，N：0.22-0.48％，B：0.35-0.54％，Mn： 0.20-0.50％，Al:0.02-0.05％，Cr：12-16％，Os：0.48-0.85％，Hf：0.24-0.45％，Nb：1.5-3.8％，Ti：1.0-2.4％，Co：1.0-1.6％，Ir： 0.8-1.5％，S：≤0.02％，P：≤0.03％，复合稀土：0.65-0.89％，余量为铁。
Nb和Ti能够与C、N和B形成弥散分布的碳氮硼化合物，这些碳氮硼化合物可以发挥固溶强化效果，以间隙固溶体的形式熔入晶格结构中，从而产生了向其中引入应变，以强化间隙固溶体的作用；且因这些碳氮硼化合物熔点很高，故能在后续的制备过程中起外来晶核的作用，从而细化晶粒。
Co和Ir作为固溶强化元素，他们的加入易在钢组织中形成固溶体而使钢组织强化。
B元素能够插入到Os和Hf密排六方结构中的间隙位置从而形成的硼化物，Os和Hf的硼化物属于高硬质相，其存在能够有效提高钢组织的强度。且Hf具有很强的吸氢性，能起到净化钢成分的作用。很有意思的是，我们的实验发现，当Os或Hf在合金中单独存在时，对合金强度的提高没有显著帮助，而当二者复合存在时，二者之间以及二者与其他元素之间的相互作用，使得合金材料的强度大幅度提高。
稀土具有很高的化学活性，与钢中氧、硫、氢等杂质元素有很强的亲和力和吸附能力，净化钢成分；另外稀土元素可以细化晶粒以及改变钢中夹杂物的分布和组成，改善钢材料的性能，如提高强度、韧性和耐腐蚀性。
具有高强度和好的韧性的钢铁材料是最理想的。但是，实际上这两方面的性能是互相矛盾的，往往提高了强度，却降低了塑韧性，提高了塑韧性，强度又出现不足。本发明正是复合使用化学成分C、N、B、Mn、Al、Cr、Os、Hf、Nb、Ti、Co、Ir、S、 P和复合稀土，余量为铁，通过严格控制每种元素的含量，使材料具有优异的强度、韧性、耐腐蚀性能等，综合性能优异。
作为优选，所述支架的化学成分满足5≤(Nb+Ti)/(C+N+B) ≤8。Nb和Ti与C、N和B的结合，可以有效抑制Cr生成碳氮硼化合物，降低Cr的碳氮硼化合物带来的韧性和强度降低的影响，因此Nb和Ti与C、N和B的比例需要严格控制，如果C、 N和B含量过多，与Nb和Ti结合后，再与Cr结合，会降低刚的性能。
作为优选，所述支架的化学成分满足2≤(Os+Hf)/B≤3。 Os、Hf和B的比例处于严格的范围，Os和Hf过多，会降低钢材料的韧性。
作为优选，所述复合稀土包括Yb、Ce、Pr、Nd、Er、Gd中的两种或两种以上。进一步优选，所述复合稀土由Yb：18-22％、 Ce：20-26％、Er：27-32％和Gd：26-30％组成。
为了达到本发明的另一个目的，本发明采用以下技术方案：一种安全气囊电子控制单元支架的制备方法，将称量好的化学成分在惰性气体下加热至700-740℃进行熔化，加入熔化液总量 0.2-1.2％变质剂处理5-10min，然后升温至740-760℃，加入熔化液总量0.5-1.5％的六氯乙烷处理5-10min，去除渣，降至650-700℃后进行浇铸，获得铸件毛坯，铸坯进行后续热处理。
作为优选，所述变质剂为Ti：8-12％、Zr：10-18％和Yb： 20-28％，余量为Fe。Zr和Yb性质活泼，易于熔液中的S、P、O 等杂质元素形成化合物，大部分成为渣系被扒除，小部分成为异质核心，起细化碳化物和晶粒的作用；Ti和Yb易于在共晶碳化物表面吸附，从而有助于共晶碳化物细化和分散。使用本发明变质剂，有效净化熔液、细化组织，对提高冲击韧度有显著的效果。
作为优选，所述热处理为：将铸坯加热至1000-1200℃，处理2-4h，淬火；再加热至600-700℃，保温2-4h，空冷至70-100℃；再加热至500-600℃，保温2-4h，空冷至100℃；再加热至 500-600℃，保温2-6h，然后在300-500℃，保温5-10h，空冷即得支架。
固溶处理淬火后，钢组织为板条状马氏体，在经过回火处理后，原有马氏体组织逆转变为奥氏体，在这一过程中析出的颗粒状碳化物逐渐扩散、溶解进入奥氏体并消失，奥氏体组织长大粗化，冷却后逆转变奥氏体的体积分数进一步提高，在之后的塑性变形中，这种逆转变奥氏体通过相变转为马氏体，极大地提高材料的抗拉强度和冲击韧性。在这一过程汇总通过加热-冷却-加热- 冷却的步骤来获得十分细小的晶粒，细化晶粒不仅能提高强度，而且大大改善韧性。
本发明的一种安全气囊电子控制单元支架的化学成分使材料具有优异的强度、韧性、耐腐蚀性能等，综合性能优异。
本发明的制备方法采用熔化、变质细化处理以及热处理等步骤，提高钢的强度和韧性，满足安全气囊电子控制单元支架的需要。
本发明的制备方法与本发明的化学成分配合使用，可以发挥化学成分的最佳性能，工艺简单，操作控制方便，质量稳定，生产效率高，生产环保，可大规模工业化生产。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述说明。如果无特殊说明，本发明的实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料，实施例中所采用的方法，均为本领域的常规方法。
实施例1
C：0.05％，N：0.28％，B：0.35％，Mn：0.20％，Al:0.03％，Cr：12％，Os：0.72％，Hf：0.40％，Nb：1.8％，Ti：1.0％，Co：1.1％，Ir：0.8％，S：0.01％，P：0.02％，Yb：0.45％，Nd：0.30％，余量为铁。
按照百分比称取上述化合物的铁中间合金以及稀土氧化物加入熔化炉，在氩气气氛中加热至700℃，得到熔化液，加入熔化液总量0.3％变质剂进行变质细化处理6min，其中变质剂为Ti： 8％、Zr：10％和Yb：22％，余量为Fe，然后升温至740℃，加入熔化液总量的1.5％的六氯乙烷进行精炼处理，时间为6min，精炼完成后，去除渣，熔化液静置并降温至浇注温度680℃。模具预热至550℃，浇铸，获得铸坯。将铸坯加热至1000℃，处理2h，水冷淬火；再加热至650℃，保温3h，空冷至100℃；再加热至 600℃，保温3h，空冷至100℃，再加热至550℃，保温4h，然后在350℃，保温8h，空冷即得支架。
实施例2
C：0.05％，N：0.28％，B：0.35％，Mn：0.20％，Al:0.03％， Cr：12％，Os：0.72％，Hf：0.40％，Nb：1.8％，Ti：2.2％，Co： 1.1％，Ir：0.8％，S：0.01％，P：0.02％，Yb：0.45％，Nd：0.30％，余量为铁。
按照百分比称取上述化合物的铁中间合金以及稀土氧化物加入熔化炉，在氩气气氛中加热至700℃，得到熔化液，加入熔化液总量0.3％变质剂进行变质细化处理6min，其中变质剂为Ti： 8％、Zr：10％和Yb：22％，余量为Fe，然后升温至740℃，加入熔化液总量的1.5％的六氯乙烷进行精炼处理，时间为6min，精炼完成后，去除渣，熔化液静置并降温至浇注温度680℃。模具预热至550℃，浇铸，获得铸坯。将铸坯加热至1000℃，处理2h，水冷淬火；再加热至650℃，保温3h，空冷至100℃；再加热至 600℃，保温3h，空冷至100℃，再加热至550℃，保温4h，然后在350℃，保温8h，空冷即得支架。
实施例3
C：0.05％，N：0.28％，B：0.35％，Mn：0.20％，Al:0.03％， Cr：12％，Os：0.72％，Hf：0.25％，Nb：1.8％，Ti：2.2％，Co： 1.1％，Ir：0.8％，S：0.01％，P：0.02％，Yb：0.45％，Nd：0.30％，余量为铁。
按照百分比称取上述化合物的铁中间合金以及稀土氧化物加入熔化炉，在氩气气氛中加热至700℃，得到熔化液，加入熔化液总量0.3％变质剂进行变质细化处理6min，其中变质剂为Ti： 8％、Zr：10％和Yb：22％，余量为Fe，然后升温至740℃，加入熔化液总量的1.5％的六氯乙烷进行精炼处理，时间为6min，精炼完成后，去除渣，熔化液静置并降温至浇注温度680℃。模具预热至550℃，浇铸，获得铸坯。将铸坯加热至1000℃，处理2h，水冷淬火；再加热至650℃，保温3h，空冷至100℃；再加热至 600℃，保温3h，空冷至100℃，再加热至550℃，保温4h，然后在350℃，保温8h，空冷即得支架。
实施例4
C：0.05％，N：0.28％，B：0.35％，Mn：0.20％，Al:0.03％， Cr：12％，Os：0.72％，Hf：0.25％，Nb：1.8％，Ti：2.2％，Co： 1.1％，Ir：0.8％，S：0.01％，P：0.02％，Yb：0.11％、Ce：0.16％、 Er：0.19％、Gd：0.30％，余量为铁。
按照百分比称取上述化合物的铁中间合金以及稀土氧化物加入熔化炉，在氩气气氛中加热至700℃，得到熔化液，加入熔化液总量0.3％变质剂进行变质细化处理6min，其中变质剂为Ti： 8％、Zr：10％和Yb：22％，余量为Fe，然后升温至740℃，加入熔化液总量的1.5％的六氯乙烷进行精炼处理，时间为6min，精炼完成后，去除渣，熔化液静置并降温至浇注温度680℃。模具预热至550℃，浇铸，获得铸坯。将铸坯加热至1000℃，处理2h，水冷淬火；再加热至650℃，保温3h，空冷至100℃；再加热至 600℃，保温3h，空冷至100℃，再加热至550℃，保温4h，然后在350℃，保温8h，空冷即得支架。
实施例5
C：0.05％，N：0.28％，B：0.35％，Mn：0.20％，Al:0.03％， Cr：12％，Os：0.72％，Hf：0.25％，Nb：1.8％，Ti：2.2％，Co： 1.1％，Ir：0.8％，S：0.01％，P：0.02％，Yb：0.15％、Ce：0.16％、 Er：0.21％、Gd：0.23％，余量为铁。
按照百分比称取上述化合物的铁中间合金以及稀土氧化物加入熔化炉，在氩气气氛中加热至700℃，得到熔化液，加入熔化液总量0.3％变质剂进行变质细化处理6min，其中变质剂为Ti： 8％、Zr：10％和Yb：22％，余量为Fe，然后升温至740℃，加入熔化液总量的1.5％的六氯乙烷进行精炼处理，时间为6min，精炼完成后，去除渣，熔化液静置并降温至浇注温度680℃。模具预热至550℃，浇铸，获得铸坯。将铸坯加热至1000℃，处理2h，水冷淬火；再加热至650℃，保温3h，空冷至100℃；再加热至 600℃，保温3h，空冷至100℃，再加热至550℃，保温4h，然后在350℃，保温8h，空冷即得支架。
实施例6
C：0.06％，N：0.25％，B：0.40％，Mn：0.22％，Al:0.05％， Cr：13％，Os：0.75％，Hf：0.30％，Nb：2.8％，Ti：2.0％，Co： 1.5％，Ir：0.9％，S：0.015％，P：0.021％，Yb：0.16％、Ce：0.17％、 Er：0.23％、Gd：0.24％，余量为铁。
按照百分比称取上述化合物的铁中间合金以及稀土氧化物加入熔化炉，在氩气气氛中加热至720℃，得到熔化液，加入熔化液总量0.5％变质剂进行变质细化处理8min，其中变质剂为Ti： 10％、Zr：10％和Yb：26％，余量为Fe，然后升温至760℃，加入熔化液总量的1.2％的六氯乙烷进行精炼处理，时间为6min，精炼完成后，去除渣，熔化液静置并降温至浇注温度690℃。模具预热至600℃，浇铸，获得铸坯。将铸坯加热至1200℃，处理3h，水冷淬火；再加热至680℃，保温3h，空冷至100℃；再加热至600℃，保温3h，空冷至100℃，再加热至580℃，保温5h，然后在350℃，保温8h，空冷即得支架。
实施例7
C：0.04％，N：0.30％，B：0.42％，Mn：0.32％，Al:0.03％， Cr：14％，Os：0.65％，Hf：0.33％，Nb：3.0％，Ti：2.1％，Co： 1.2％，Ir：0.8％，S：0.015％，P：0.021％，Yb：0.15％、Ce：0.16％、 Er：0.20％、Gd：0.19％，余量为铁。
按照百分比称取上述化合物的铁中间合金以及稀土氧化物加入熔化炉，在氩气气氛中加热至740℃，得到熔化液，加入熔化液总量0.8％变质剂进行变质细化处理5min，其中变质剂为Ti： 12％、Zr：13％和Yb：22％，余量为Fe，然后升温至760℃，加入熔化液总量的1.0％的六氯乙烷进行精炼处理，时间为7min，精炼完成后，去除渣，熔化液静置并降温至浇注温度650℃。模具预热至500℃，浇铸，获得铸坯。将铸坯加热至1100℃，处理 3h，水冷淬火；再加热至650℃，保温3h，空冷至100℃；再加热至550℃，保温3h，空冷至100℃，再加热至500℃，保温5h，然后在400℃，保温8h，空冷即得支架。
对比例1
对比例1与实施例5的区别在于，对比例1不包含Os和Hf 元素，其余与实施例5相似，不在此赘述。
对比例2
对比例2与实施例5的区别在于，对比例2不包含Os元素，其余与实施例5相似，不在此赘述。
对比例3
对比例3与实施例5的区别在于，对比例3不包含Hf元素，其余与实施例5相似，不在此赘述。
对比例4
对比例4与实施例5的区别在于，对比例4的稀土元素为Pr，其余与实施例5相似，不在此赘述。
对比例5
对比例5与实施例5的区别在于，对比例5的制备方法中没有加入变质剂，其余与实施例5相似，不在此赘述。
对比例6
对比例6与实施例5的区别在于，对比例6的变质剂为普通的变质剂，如氧化钇、Ce基轻稀土变质剂或Y基重稀土变质剂，其余与实施例5相似，不在此赘述。
对比例7
对比例7与实施例5的区别在于：将铸坯加热至1000℃，处理2h，水冷淬火；加热至550℃，保温4h，然后在350℃，保温 8h，空冷即得支架。
对比例8
对比例8与实施例5的区别在于：将铸坯加热至1000℃，处理2h，水冷淬火；再加热至650℃，保温3h，空冷至100℃；再加热至600℃，保温3h，空冷即得支架。
对实施例1-7和对比例1-8获得的支架进行力学性能测定，其性能参数如表1所示。
表1实施例1-7和对比例1-6支架的性能参数
实施例5、6、7所使用的化学组分(Nb+Ti)/(C+N)、(Os+Hf) /B和复合稀土组分以及制备方法都属于本发明权利要求范围内的技术方案，故其相对于其它实施例和对比例而言，具有最佳的力学性能。对比例1因不含Os和Hf元素，破坏了本发明组分的整体性，其力学性能最差；单独含有Os或Hf元素的对比例2和对比例3对合金性能的提高没有显著帮助，其性能参数值与对比例相差1不大。
另外，本发明要求保护的技术范围中点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换所形成的新的技术方案，同样都在本发明要求保护的范围内；同时本发明方案所有列举或者未列举的实施例中，在同一实施例中的各个参数仅仅表示其技术方案的一个实例(即一种可行性方案)。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种安全气囊电子控制单元支架，其特征在于，所述支架的化学成分由以下重量百分比组成组成：
C：0.03-0.10％，N：0.22-0.48％，B：0.35-0.54％，Mn：0.20-0.50％，Al:0.02-0.05％，Cr：12-16％，Os：0.48-0.85％，Hf：0.24-0.45％，Nb：1.5-3.8％，Ti：1.0-2.4％，Co：1.0-1.6％，Ir：0.8-1.5％，S：≤0.02％，P：≤0.03％，复合稀土：0.65-0.89％，余量为铁。
2.根据权利要求1所述的一种安全气囊电子控制单元支架，其特征在于，所述支架的化学成分满足5≤(Nb+Ti)/(C+N+B)≤8。
3.根据权利要求1所述的一种安全气囊电子控制单元支架，其特征在于，所述支架的化学成分满足2≤(Os+Hf)/B≤3。
4.根据权利要求1所述的一种安全气囊电子控制单元支架，其特征在于，所述复合稀土包括Yb、Ce、Pr、Nd、Er、Gd中的两种或两种以上。
5.如权利要求1所述的一种安全气囊电子控制单元支架的制备方法，其特征在于，将称量好的化学成分在惰性气体下加热至700-740℃进行熔化，加入熔化液总量0.2-1.2％变质剂处理5-10min，然后升温至740-760℃，加入熔化液总量0.5-1.5％的六氯乙烷处理5-10min，去除渣，降至650-700℃后进行浇铸，获得铸坯，铸坯进行后续热处理。
6.根据权利要求5所述的一种安全气囊电子控制单元支架的制备方法，其特征在于，所述变质剂为Ti：8-12％、Zr：10-18％和Yb：20-28％，余量为Fe。
7.根据权利要求5所述的一种安全气囊电子控制单元支架的制备方法，其特征在于，所述热处理为：将铸坯加热至1000-1200℃，处理2-4h，淬火；再加热至600-700℃，保温2-4h，空冷至70-100℃；再加热至500-600℃，保温2-4h，空冷至100℃；再加热至500-600℃，保温2-6h，然后在300-500℃，保温5-10h，空冷即得支架。
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