CN107881419A - 一种减震器连杆及其加工方法 - Google Patents

一种减震器连杆及其加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种减震器连杆及其加工方法，属于减震器零部件的加工技术领域。连杆由合金钢制成：C0.05‑0.25％、Si0.8‑1.2％、Cr2.8‑3.8％、Mn0.15‑0.25％、Ga0.08‑0.16％、N0.12‑0.20％、纳米WC：0.12‑0.3％、纳米CBN0.3‑0.5％、四钛酸钾：0.08‑0.25％，余量为Fe及不可避免的杂质。本发明减震器连杆的合金钢配伍合理，同时原料通过分批加入，在浇注的同时施以振动，最后进行电镀，进一步提高连杆的耐磨性和耐腐蚀性能。

Description

一种减震器连杆及其加工方法
技术领域
本发明涉及一种减震器连杆及其加工方法，属于减震器零部件的加工技术领域。
背景技术
减震器广泛应用于风机、管道、水泵、发电机、中央空调、风柜、冷柜、冷却塔、空压机、精密仪器仪表等各种振动机械设备及其管道的减震降噪上，其在汽车领域应用最为广泛，具体工作原理为：当车架(或车身)和车桥间震动而出现相对运动时，减震器内的活塞上下移动，减震器腔内的油液便反复地从一个腔经过不同的孔隙流入另一个腔内。此时孔壁与油液间的摩擦和油液分子间的内摩擦对震动形成阻尼力，使汽车震动能量转化为油液热能，再由减震器吸收散发到大气中。
由于减震器运动的特殊性，对承载其的连杆也有特殊要求。影响减震器连杆的主要因素为连杆材料的组成与加工方法。目前减震器连杆使用材料多为铸铁及无缝钢，往往这两种材料加工的连杆其力学性能和抗腐蚀性能不足，大大缩短了其使用寿命，造成资源浪费。通常情况下加工方法多为直接熔炼后压铸成型，而不经过后续表面进行防锈处理或者是否存在镀层、涂层，如此加工得到的连杆其耐腐蚀性也会受到影响。因此选择合适的组分和加工方法对于制备高性能的减震器连杆至关重要。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供一种耐磨耐腐蚀的减震器连杆。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种减震器连杆，所述的连杆由合金钢制成，所述的合金钢由如下组成成分及其质量百分比组成：C：0.05-0.25％、Si：0.8-1.2％、Cr：2.8-3.8％、Mn：0.15-0.25％、Ga：0.08-0.16％、N：0.12-0.20％、纳米WC：0.12-0.3％、纳米CBN：0.3-0.5％、四钛酸钾：0.08-0.25％，余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明减震器连杆的合金钢中添加了适量的纳米CBN和N元素，二者通过协同作用，能在不含镍及钼的前提下，稳定和强化奥氏体，保证合金钢的力学性能。纳米CBN的添加减少了N元素的配比，纳米CBN在合金原料的熔炼过程中加入即可，而现有技术中N元素一般需要在金属线材制成后通过额外的渗氮工艺加入，因此纳米CBN的加入在保证合金钢性能的同时简化了工艺步骤，降低了能耗。但在本发明连杆合金钢中纳米CBN的含量又不能过高，否则会造成连杆韧性降低，且难以将连杆的硬度控制在适当的范围(HRB58-70)内，不利于后续工艺的进行。本发明采用的四钛酸钾可以使合金具有优良的机械性能、耐热性、耐用腐蚀性以及抗高温氧化性能，其与基质材料合金具有良好的相容性，成为合金材料不可或缺的成分。且在本发明减震器连杆合金钢中还加入适量的纳米WC和四钛酸钾，两者一起协同作用，能够有效替代Cr的作用，大幅度提高连杆的抗腐蚀性能，因此本发明中Cr的含量较低，现有技术中耐腐蚀合金钢的Cr含量一般较高，有的甚至高于5％，然而本申请中Cr的含量仅为2.5-3.5％，在本申请中若Cr的含量过大，容易造成碳化铬的晶界析出，反而会降低连杆合金钢的耐腐蚀性。再者，本发明连杆中还加入适量的Ga，进一步细化晶粒，尤其是配合后续振动浇注，效果更加，大幅度提高连杆的性能。
在上述减震器连杆中，纳米CBN与N的质量比为(2-3)：1。
在上述减震器连杆中，纳米WC与四钛酸钾的质量比为(1.5-2.5)：1。
本发明的第二个目的在于提供一种上述减震器连杆的加工方法，所述的加工方法包括如下步骤：
S1、按权利要求1所述合金钢的成分及其质量百分比称取原料，将C、Si、Cr、Mn、Ga、N和Fe直接熔炼成合金液1；
S2、合金液1升温，边搅拌边加入纳米WC、纳米CBN、四钛酸钾，同时通入惰性气体得合金液2；
S3、将模具置于振动装置中，再将合金液2注入模具中成型，再经机械加工得减震器连杆半成品；
S4、对减震器连杆半成品先淬火，再进行电镀处理，电镀处理后在150-200℃下保温，得最终减震器连杆成品。
在传统的合金冶炼中，我们常常习惯将构成合金的原料一起混合进行熔融冶炼，对于可能带入的杂质等进行再处理而除去。本发明的短纤维材料其本身的构造并不十分稳固，所以在混合冶炼时分批加入，避免一次加入对合金其他成分造成冲击而无法充分发挥性能，同时，分批加入短纤维也能对合金进行二次调节，进一步提升合金的综合性能。
高强度兼有高韧性、低脆性转变温度的结构材料是产品良好性能的保障。要使材料获得这一综合性能，我们可以通过细化晶粒来完成。本发明并未采用传统的热加工等方式进行晶粒细化，而是在浇注的同时，施加一定频率的振动，依靠由外而内的振动方式，使得合金各成分之间相互交融，从而达到细化晶粒的目的。
而最后的表面处理，是利用了放电进行的表面合金化，在放电合金化过程中，采用的碳源化合物热解成碳，并形成附着于合金表面的碳化物层，具体为由碳化物和石墨组成的多相材料，具有自润滑功能，能保障减震器在运行的过程中，减少材料本身的磨损，从而延长寿命。
在上述减震器连杆的加工方法中，步骤S2中合金液1升温至950-980℃。提高合金液的温度，一方面可以对合金进行提纯，同时为后面加入的化合物提高其性能的效果。
在上述减震器连杆的加工方法中，所述的惰性气体为氩气、氦气中的一种或两种。
在上述减震器连杆的加工方法中，所述振动装置的振幅为0.02-0.25mm，振动频率为40-60Hz。以较小的振幅和频率来处理合金液，能在合金液凝固前，最大限度地细化晶粒，同时增加合金密度。
在上述减震器连杆的加工方法中，所述的淬火为在650-680℃下油淬。本发明连杆的过冷奥氏体稳定性比较大，用油淬就足以保障马氏体转变的发生，如果用水淬的话会导致钢的内应力过大而引起工件开裂甚至报废，用油淬冷却速度较慢，热应力也较小一般不会引起工件开裂或者报废。
在上述减震器连杆的加工方法中，电镀铬中的电镀液为：铬酐50-200g/L、硫酸0.5-2g/L、催化剂0.2-5g/L、酒精(98％)0.2-5mL/L、柠檬酸钠2-5g/L，余量水。
本发明的电镀液中加入还原剂酒精将Cr6+还原为Cr3+，其原因在于Cr3+离子是阴极形成胶体膜的主要成分，只有当镀液中含有一定量的Cr3+时，铬的沉积才能正常进行，柠檬酸钠作为络合剂可以掩蔽铁离子的影响，提升沉积速率。但镀液中催化剂含量低于0.2g/L时，得不到镀层或得到的镀层很少，主要是棕色氧化物，催化剂含量超过5g/L时，又会造成覆盖能力差、电流效率下降，并可能导致局部或全部没有镀层，因此严格控制催化剂的用量十分必要。
作为优选，所述的铬酐与硫酸的质量比为(60-90)：1。镀铬液中硫酸根含量过高时，对胶体膜的溶解作用强，基体露出的面积大，最终使得基体无法被镀层完全包覆，但如果硫酸根含量过低，所得镀层发灰粗糙，光泽性差，影响材料的耐磨性能。
作为优选，所述的催化剂为K2SiF6、NaF中的一种或两种。
当本发明镀铬液K2SiF6、NaF催化剂复合使用时，不仅可以活化铬镀层表面，还能改善镀铬液的电流效率、覆盖能力和光亮范围。
在上述减震器连杆的加工方法中，电镀铬时，温度为45-60℃，电流密度为30-45A/dm2，电镀时间为40-60min，镀层厚度为0.02±0.005mm。
作为优选，在前半段时间的电镀中电镀的温度和电流密度都较高，分别为55-60℃、40-45A/dm2，后半段时间内的电镀温度和电流密度都较低，分别为45-55℃、30-40A/dm2。在电镀的前半段时间内，先在温度和电流密度较高的情况下先进行大部分的电镀，等在铝合金表面形成大部分镀锡层，再在较低的温度和电流密度下进一步巩固镀层，使铝合金表面形成的镀层均匀化、光亮化。本发明电镀铬层HV≥900，镀铬后在200℃以下保温2h，镀层均匀，致密，无斑点，无脱层。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1.本发明在减震器连杆的合金钢配伍合理，同时复配添加适量的纳米CBN和N元素，纳米WC和四钛酸钾，通过两两直接产生的协同作用，稳定和强化奥氏体，大幅度提高了合金钢良好的力学性能连杆连杆和抗腐蚀性能。
2.本发明原料通过分批加入，避免一次加入对合金其他成分造成冲击而无法充分发挥性能，且本发明浇注的同时施以振动，从而达到实现晶粒细化的目的，最后进行电镀，进一步提高连杆的耐磨性和耐腐蚀性能。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，并说明对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
称取减震器连杆的合金钢组成成分及其质量百分比组成：C：0.15％、Si：1％、Cr：3.2％、Mn：0.2％、Ga：0.12％、N：0.13％、纳米WC：0.28％、纳米CBN：0.4％、四钛酸钾：0.18％，余量为Fe及不可避免的杂质；
将C、Si、Cr、Mn、Ga、N和Fe直接熔炼成合金液1；
将合金液1升温至960℃，边搅拌边加入纳米WC、纳米CBN、四钛酸钾，同时通入惰性气体得合金液2；
将模具置于振动装置中，振动装置的振幅为0.15mm，振动频率为50Hz，再将合金液2注入模具中成型，再经机械加工得减震器连杆半成品；
对减震器连杆半成品先在660℃下油淬，再进行电镀处理，电镀处理后在180℃下保温2h，得表面镀层厚度为0.02±0.005mm的减震器连杆成品。其中，电镀处理时前25min内电镀的温度和电流密度都较高，分别为58℃、42A/dm2，后25min内的电镀温度和电流密度都较低，分别为48℃、35A/dm2，电镀液为：铬酐96g/L、硫酸1.2g/L、催化剂K2SiF6 1.8g/L、NaF1.2g/L、酒精3mL/L、柠檬酸钠3g/L，余量水。
实施例2
称取减震器连杆的合金钢组成成分及其质量百分比组成：C：0.1％、Si：1.1％、Cr：3.0％、Mn：0.24％、Ga：0.1％、N：0.18％、纳米WC：0.16％、纳米CBN：0.48％、四钛酸钾：0.1％，余量为Fe及不可避免的杂质；
将C、Si、Cr、Mn、Ga、N和Fe直接熔炼成合金液1；
将合金液1升温至955℃，边搅拌边加入纳米WC、纳米CBN、四钛酸钾，同时通入惰性气体得合金液2；
将模具置于振动装置中，振动装置的振幅为0.22mm，振动频率为55Hz，再将合金液2注入模具中成型，再经机械加工得减震器连杆半成品；
对减震器连杆半成品先在670℃下油淬，再进行电镀处理，电镀处理后在170℃下保温1h，得表面镀层厚度为0.02±0.005mm的减震器连杆成品。其中，电镀处理时前22min内电镀的温度和电流密度都较高，分别为55℃、40A/dm2，后22min内的电镀温度和电流密度都较低，分别为45℃、30A/dm2，电镀液为：铬酐96g/L、硫酸1.2g/L、催化剂K2SiF6 2.8g/L、酒精3mL/L、柠檬酸钠3g/L，余量水。
实施例3
称取减震器连杆的合金钢组成成分及其质量百分比组成：C：0.2％、Si：0.9％、Cr：3.5％、Mn：0.18％、Ga：0.15％、N：0.14％、纳米WC：0.28％、纳米CBN：0.32％、四钛酸钾：0.22％，余量为Fe及不可避免的杂质；
将C、Si、Cr、Mn、Ga、N和Fe直接熔炼成合金液1；
将合金液1升温至970℃，边搅拌边加入纳米WC、纳米CBN、四钛酸钾，同时通入惰性气体得合金液2；
将模具置于振动装置中，振动装置的振幅为0.05mm，振动频率为45Hz，再将合金液2注入模具中成型，再经机械加工得减震器连杆半成品；
对减震器连杆半成品先在672℃下油淬，再进行电镀处理，电镀处理后在190℃下保温3h，得表面镀层厚度为0.02±0.005mm的减震器连杆成品。其中，电镀处理时前30min内电镀的温度和电流密度都较高，分别为60℃、45A/dm2，后30min内的电镀温度和电流密度都较低，分别为55℃、40A/dm2，电镀液为：铬酐110g/L、硫酸1.8g/L、催化剂NaF 4g/L、酒精1.2mL/L、柠檬酸钠3.8g/L，余量水。
实施例4
称取减震器连杆的合金钢组成成分及其质量百分比组成：C：0.25％、Si：0.8％、Cr：3.8％、Mn：0.15％、Ga：0.16％、N：0.12％、纳米WC：0.3％、纳米CBN：0.3％、四钛酸钾：0.25％，余量为Fe及不可避免的杂质；
将C、Si、Cr、Mn、Ga、N和Fe直接熔炼成合金液1；
将合金液1升温至980℃，边搅拌边加入纳米WC、纳米CBN、四钛酸钾，同时通入惰性气体得合金液2；
将模具置于振动装置中，振动装置的振幅为0.25mm，振动频率为40Hz，再将合金液2注入模具中成型，再经机械加工得减震器连杆半成品；
对减震器连杆半成品先在650℃下油淬，再在45℃、30A/dm2下电镀处理60min，得表面具有镀层厚度为0.02±0.005mm的减震器连杆成品。其中，电镀液为：铬酐50-200g/L、硫酸0.5-2g/L、催化剂0.2-5g/L、酒精0.5mL/L、柠檬酸钠2-5g/L，余量水。
实施例5
称取减震器连杆的合金钢组成成分及其质量百分比组成：C：0.05％、Si：1.2％、Cr：2.8％、Mn：0.25％、Ga：0.08％、N：0.20％、纳米WC：0.12％、纳米CBN：0.5％、四钛酸钾：0.08％，余量为Fe及不可避免的杂质；
将C、Si、Cr、Mn、Ga、N和Fe直接熔炼成合金液1；
将合金液1升温至950℃，边搅拌边加入纳米WC、纳米CBN、四钛酸钾，同时通入惰性气体得合金液2；
将模具置于振动装置中，振动装置的振幅为0.02mm，振动频率为60Hz，再将合金液2注入模具中成型，再经机械加工得减震器连杆半成品；
对减震器连杆半成品先在680℃下油淬，再在60℃、45A/dm2下电镀处理40min，得表面具有镀层厚度为0.02±0.005mm的减震器连杆成品。其中，电镀液为：铬酐50g/L、硫酸0.5g/L、催化剂K2SiF65g/L、酒精0.5mL/L、柠檬酸钠2g/L，余量水。
对比例1
本对比例与实施例1的区别仅在于，连杆合金钢中不含有纳米CBN与N。
对比例2
本对比例与实施例1的区别仅在于，连杆合金钢中不含有纳米CBN。
对比例3
本对比例与实施例1的区别仅在于，合金钢中不含有纳米WC与四钛酸钾。
对比例4
本对比例与实施例1的区别仅在于，合金钢中不含有纳米WC。
对比例5
本对比例与实施例1的区别仅在于，合金钢中不含有四钛酸钾。
对比例6
本对比例与实施例1的区别仅在于，合金钢中不含有Ga。
对比例7
本对比例与实施例1的区别仅在于，所有原料即所有合金及纳米WC、纳米CBN、四钛酸钾全部一次性加入熔炼。
对比例8
本对比例与实施例1的区别仅在于，未对减震器连杆半成品表面进行电镀铬处理。
对比例9
本对比例与实施例1的区别仅在于，用现有技术中普通市售的电镀铬液进行防锈处理。
对实施例1-5和对比例1-9所述的减震器连杆进行性能测试的结果如表1所示。
表1：实施例1-5和对比例1-9中减震器连杆性能测试结果
综上所述，本发明减震器连杆的合金钢配伍合理，同时复配添加适量的纳米CBN和N元素，纳米WC和四钛酸钾，通过两两直接产生的协同作用，稳定和强化奥氏体，大幅度提高了合金钢良好的力学性能连杆连杆和抗腐蚀性能。同时本发明原料通过分批加入，避免一次加入对合金其他成分造成冲击而无法充分发挥性能，在浇注的同时施以振动，从而达到实现晶粒细化的目的，最后进行电镀，进一步提高连杆的耐磨性和耐腐蚀性能。
本处实施例对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，并且本发明方案所有涉及的参数间如未特别说明，则相互之间不存在不可替换的唯一性组合。
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。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (10)

1.一种减震器连杆连杆，其特征在于，所述的连杆由合金钢制成，所述的合金钢由如下组成成分及其质量百分比组成：C：0.05-0.25％、Si：0.8-1.2％、Cr：2.8-3.8％、Mn：0.15-0.25％、Ga：0.08-0.16％、N：0.12-0.20％、纳米WC：0.12-0.3％、纳米CBN：0.3-0.5％、四钛酸钾：0.08-0.25％，余量为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的减震器连杆，其特征在于，纳米CBN与N的质量比为(2-3)：1。
3.根据权利要求1所述的减震器连杆，其特征在于，纳米WC与四钛酸钾的质量比为(1.5-2.5)：1。
4.一种如权利要求1所述的减震器连杆的加工方法，其特征在于，所述的加工方法包括如下步骤：
S1、按权利要求1所述合金钢的成分及其质量百分比称取原料，将C、Si、Cr、Mn、Ga、N和Fe直接熔炼成合金液1；
S2、合金液1升温，边搅拌边加入纳米WC、纳米CBN、四钛酸钾，同时通入惰性气体得合金液2；
S3、将模具置于振动装置中，再将合金液2注入模具中成型，再经机械加工得减震器连杆半成品；
S4、对减震器连杆半成品先淬火，再进行电镀处理，得最终减震器连杆成品。
5.根据权利要求4所述的减震器连杆的加工方法，其特征在于，步骤S2中合金液1升温至950-980℃。
6.根据权利要求4所述的减震器连杆的加工方法，其特征在于，所述的惰性气体为氩气、氦气中的一种或两种。
7.根据权利要求4所述的减震器连杆的加工方法，其特征在于，所述振动装置的振幅为0.02-0.25mm，振动频率为40-60Hz。
8.根据权利要求4所述的减震器连杆的加工方法，其特征在于，电镀铬中的电镀液为：铬酐50-200g/L、硫酸0.5-2g/L、催化剂0.2-5g/L、酒精0.2-5mL/L、柠檬酸钠2-5g/L，余量水。
9.根据权利要求8所述的减震器连杆的加工方法，其特征在于，所述的铬酐与硫酸的质量比为(60-90)：1，催化剂为K2SiF6、NaF中的一种或两种。
10.根据权利要求4或8所述的减震器连杆的加工方法，其特征在于，电镀铬时，温度为45-60℃，电流密度为30-45A/dm2，电镀时间为40-60min，镀层厚度为0.02±0.005mm。
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