CN108588562A - 一种应用在中型卡车翻转机构中的扭转弹簧钢材质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及新型金属材料研发制作技术领域，公开了一种应用在中型卡车翻转机构中的扭转弹簧钢材质，通过控制钢熔炼中元素含量，并添加了稀土活化物，解决奥氏体结构缺陷，可以使弹簧钢获得最佳的综合力学性能，获得的弹簧钢进行热处理工艺加工，提高了硬度，降低了脆性，制备得到的弹簧钢材质具有极高的弹性极限、疲劳极限、冲击韧性及良好的热处理性能，形成的均匀细小的晶粒组织使得扭杆抗疲劳性能增强，减少弹簧材料的晶粒粗大、脱碳和表面粗糙等缺陷，使用寿命延长了50万次以上，提升了中型卡车驾驶员操作轻便性和安全性。

Description

一种应用在中型卡车翻转机构中的扭转弹簧钢材质
技术领域
本发明属于新型金属材料研发制作技术领域，具体涉及一种应用在中型卡车翻转机构中的扭转弹簧钢材质。
背景技术
汽车问世以来对人类的出行产生了巨大影响。如今，汽车工业的发达程度
已经成为一个国家工业水平的重要标志，汽车也已经成为当代物质文明与进步
的象征及文明形态的一种代表。中型卡车在日常生活中的应用日益普遍，目前我国的中型卡车驾驶室已经平头化，为了便于发动机的维修保养，要求驾驶室能够向前翻转。由于中型卡车驾驶室太重，单凭人力无法实现驾驶室的翻转，必须要借助于翻转机构。大多数中型卡车翻转机构都采用机械式双扭杆式。翻转机构上的重要部件是扭杆弹簧，扭杆弹簧作为一种弹性机械零件，越来越多的应用于各种机械和汽车产品中。扭杆弹簧跟其它类型弹簧一样，都是利用材料的弹性以及本身结构和总体布置的特点，把机械功或动能转变为变形能，或将变形能转变为机械功或动能，实现能量储备和稳定作用。扭杆的弹力是驾驶室得到翻转的主要动力源，因此，扭杆弹簧性能的好坏直接关系到驾驶室的翻转。扭杆弹簧常用的材料有碳素弹簧钢、合金弹簧钢、不锈弹簧钢以及铜合金、镍合金和橡胶等。大都存在疲劳寿命短，断面收缩率低等力学性能不佳的问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种应用在中型卡车翻转机构中的扭转弹簧钢材质，制备得到的扭转弹簧具有较高的力学性能和很强的抗疲劳性能，承载能力好。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种应用在中型卡车翻转机构中的扭转弹簧钢材质，钢化学成分按照质量百分比计包含了：碳占0.34-0.38%、硅占1.2-1.3%、铬占0.95-1.0%、锰占0.35-0.40%、镍占0.30-0.32%、铜占0.18-0.20%、钒占0.12-0.13%、钛占0.015-0.018%、磷占0.005-0.007%、硫占0.003-0.005%、钼占0.001-0.003%、稀土活化物占0.0015-0.0018%，剩余为铁和不可避免的杂质，冶炼时间为40-45分钟，出钢温度为1650-1660℃；
制备浇注得到的弹簧钢进行热处理工艺加工，经中频感应加热设备加热至870-880℃，并进行保温，将保温后扭杆两端的花键部分浸入10-15℃的循环水中冷却8-10秒，然后再将整个扭杆浸入15-20℃的淬火液中冷却4.0-4.5分钟，淬火完成后立刻将扭杆放入到箱式炉内在460-480℃下进行回火，回火时间为80-90分钟，出炉后将扭杆放入10-15℃的循环水中快冷90-100秒，然后使用机械油进行油冷，最后进行喷丸处理。
作为对上述方案的进一步改进，所述中频感应加热设备的频率为9.5-10.0kHz，感应圈的内径为42-45毫米。
作为对上述方案的进一步改进，保温时间为25-30分钟。
作为对上述方案的进一步改进，所述淬火液按照重量份由以下成分制成：十六烷11-12份、2-乙基己醇6.0-6.5份、叔丁基醇4.0-5.0份、硝基异丙酯3.0-3.5份、2,4-二甲基-6-叔丁基苯酚2.0-2.2份、十四烷基苯磺酸钠1.1-1.2份、消泡剂0.4-0.5份、水120-130份。
作为对上述方案的进一步改进，所述喷丸使用的钢丸直径为0.4-0.5毫米，喷丸强度设定为11C级，表面覆盖率达到98-99%。
作为对上述方案的进一步改进，所述稀土活化物制备方法为：将粒径大小在20-30目范围的氧化铈、氧化铕、氧化镱按照质量比为4-5:3-4:2-3的比例混合，加入1.5-1.8倍体积的浓度为15-18摩尔/升的浓盐酸，在20-25℃下浸泡6-8小时，然后滴加质量分数占混合稀土30-35%的1-甲基-2-吡啶酮，在60-70℃下反应4-5小时，得到反应物进行过滤、干燥后，在马弗炉中焙烧2-3小时，焙烧温度为880-900℃，冷却即得所述稀土活化物。
本发明相比现有技术具有以下优点：为了解决现有中型卡车中翻转机构涉及的扭转弹簧材质性能有待进一步提高的问题，本发明提供了一种应用在中型卡车翻转机构中的扭转弹簧钢材质，通过控制钢熔炼中元素含量，并添加了稀土活化物，解决奥氏体结构缺陷，可以使弹簧钢获得最佳的综合力学性能，获得的弹簧钢进行热处理工艺加工，提高了硬度，降低了脆性，制备得到的弹簧钢材质具有极高的弹性极限、疲劳极限、冲击韧性及良好的热处理性能，抗拉强度达到2300-2350MPa，屈服强度达到2150-2200MPa，伸长率达到18-22%，扭转弹簧的最大工作应力达到了2.2×103MPa,形成的均匀细小的晶粒组织使得扭杆抗疲劳性能增强，减少弹簧材料的晶粒粗大、脱碳和表面粗糙等缺陷，使用寿命延长了50万次以上，提升了中型卡车驾驶员操作轻便性和安全性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种应用在中型卡车翻转机构中的扭转弹簧钢材质，钢化学成分按照质量百分比计包含了：碳占0.34%、硅占1.2%、铬占0.95%、锰占0.35%、镍占0.30%、铜占0.18%、钒占0.12%、钛占0.015%、磷占0.005%、硫占0.003%、钼占0.001%、稀土活化物占0.0015%，剩余为铁和不可避免的杂质，冶炼时间为40-45分钟，出钢温度为1650℃；
制备浇注得到的弹簧钢进行热处理工艺加工，经中频感应加热设备加热至870℃，并进行保温，将保温后扭杆两端的花键部分浸入10℃的循环水中冷却8秒，然后再将整个扭杆浸入15℃的淬火液中冷却4.0分钟，淬火完成后立刻将扭杆放入到箱式炉内在460℃下进行回火，回火时间为80分钟，出炉后将扭杆放入10℃的循环水中快冷90秒，然后使用机械油进行油冷，最后进行喷丸处理。
作为对上述方案的进一步改进，所述中频感应加热设备的频率为9.5kHz，感应圈的内径为42毫米。
作为对上述方案的进一步改进，保温时间为25分钟。
作为对上述方案的进一步改进，所述淬火液按照重量份由以下成分制成：十六烷11份、2-乙基己醇6.0份、叔丁基醇4.0份、硝基异丙酯3.0份、2,4-二甲基-6-叔丁基苯酚2.0份、十四烷基苯磺酸钠1.1份、消泡剂0.4份、水120份。
作为对上述方案的进一步改进，所述喷丸使用的钢丸直径为0.4毫米，喷丸强度设定为11C级，表面覆盖率达到98%。
作为对上述方案的进一步改进，所述稀土活化物制备方法为：将粒径大小在20-30目范围的氧化铈、氧化铕、氧化镱按照质量比为4:3:2的比例混合，加入1.5倍体积的浓度为158摩尔/升的浓盐酸，在20℃下浸泡6小时，然后滴加质量分数占混合稀土30%的1-甲基-2-吡啶酮，在60℃下反应4小时，得到反应物进行过滤、干燥后，在马弗炉中焙烧2小时，焙烧温度为880℃，冷却即得所述稀土活化物。
实施例2
一种应用在中型卡车翻转机构中的扭转弹簧钢材质，钢化学成分按照质量百分比计包含了：碳占0.36%、硅占1.25%、铬占0.98%、锰占0.38%、镍占0.31%、铜占0.19%、钒占0.125%、钛占0.016%、磷占0.006%、硫占0.004%、钼占0.002%、稀土活化物占0.0016%，剩余为铁和不可避免的杂质，冶炼时间为43分钟，出钢温度为1655℃；
制备浇注得到的弹簧钢进行热处理工艺加工，经中频感应加热设备加热至875℃，并进行保温，将保温后扭杆两端的花键部分浸入13℃的循环水中冷却9秒，然后再将整个扭杆浸入18℃的淬火液中冷却4.3分钟，淬火完成后立刻将扭杆放入到箱式炉内在470℃下进行回火，回火时间为85分钟，出炉后将扭杆放入12℃的循环水中快冷95秒，然后使用机械油进行油冷，最后进行喷丸处理。
作为对上述方案的进一步改进，所述中频感应加热设备的频率为9.8kHz，感应圈的内径为43毫米。
作为对上述方案的进一步改进，保温时间为28分钟。
作为对上述方案的进一步改进，所述淬火液按照重量份由以下成分制成：十六烷11.5份、2-乙基己醇6.3份、叔丁基醇4.5份、硝基异丙酯3.3份、2,4-二甲基-6-叔丁基苯酚2.1份、十四烷基苯磺酸钠1.15份、消泡剂0.45份、水125份。
作为对上述方案的进一步改进，所述喷丸使用的钢丸直径为0.45毫米，喷丸强度设定为11C级，表面覆盖率达到98.5%。
作为对上述方案的进一步改进，所述稀土活化物制备方法为：将粒径大小在20-30目范围的氧化铈、氧化铕、氧化镱按照质量比为4.5:3.5:2.5的比例混合，加入1.6倍体积的浓度为16摩尔/升的浓盐酸，在23℃下浸泡7小时，然后滴加质量分数占混合稀土33%的1-甲基-2-吡啶酮，在65℃下反应4.5小时，得到反应物进行过滤、干燥后，在马弗炉中焙烧2.5小时，焙烧温度为890℃，冷却即得所述稀土活化物。
实施例3
一种应用在中型卡车翻转机构中的扭转弹簧钢材质，钢化学成分按照质量百分比计包含了：碳占0.38%、硅占1.3%、铬占1.0%、锰占0.40%、镍占0.32%、铜占0.20%、钒占0.13%、钛占0.018%、磷占0.007%、硫占0.005%、钼占0.003%、稀土活化物占0.0018%，剩余为铁和不可避免的杂质，冶炼时间为45分钟，出钢温度为1660℃；
制备浇注得到的弹簧钢进行热处理工艺加工，经中频感应加热设备加热至880℃，并进行保温，将保温后扭杆两端的花键部分浸入15℃的循环水中冷却10秒，然后再将整个扭杆浸入20℃的淬火液中冷却4.5分钟，淬火完成后立刻将扭杆放入到箱式炉内在480℃下进行回火，回火时间为90分钟，出炉后将扭杆放入15℃的循环水中快冷100秒，然后使用机械油进行油冷，最后进行喷丸处理。
作为对上述方案的进一步改进，所述中频感应加热设备的频率为10.0kHz，感应圈的内径为45毫米。
作为对上述方案的进一步改进，保温时间为30分钟。
作为对上述方案的进一步改进，所述淬火液按照重量份由以下成分制成：十六烷12份、2-乙基己醇6.5份、叔丁基醇5.0份、硝基异丙酯3.5份、2,4-二甲基-6-叔丁基苯酚2.2份、十四烷基苯磺酸钠1.2份、消泡剂0.5份、水130份。
作为对上述方案的进一步改进，所述喷丸使用的钢丸直径为0.5毫米，喷丸强度设定为11C级，表面覆盖率达到99%。
作为对上述方案的进一步改进，所述稀土活化物制备方法为：将粒径大小在20-30目范围的氧化铈、氧化铕、氧化镱按照质量比为5:4:3的比例混合，加入1.8倍体积的浓度为18摩尔/升的浓盐酸，在25℃下浸泡8小时，然后滴加质量分数占混合稀土35%的1-甲基-2-吡啶酮，在70℃下反应5小时，得到反应物进行过滤、干燥后，在马弗炉中焙烧3小时，焙烧温度为900℃，冷却即得所述稀土活化物。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，扭转弹簧钢材质加工中省略稀土活化物的添加，其余保持一致。
对比例2
与实施例2的区别仅在于，使用PAG淬火剂代替本申请中的淬火液，其余保持一致。
对比例3
与实施例3的区别仅在于，淬火后回火温度为450℃，回火时间为60分钟，其余保持一致。
对比实验
分别使用实施例1-3和对比例1-3的方法加工制备扭转弹簧钢材质，同时以现有的60Si2MnA 钢材质作为对照，将各组钢材质应用在中型卡车翻转机构中的扭转弹簧中，并进行性能测试，将结果记录如下表所示：
由此可见：本申请制备得到的钢材质应用在中型卡车翻转机构中的扭转弹簧中，抗拉强度达到2300-2350MPa，屈服强度达到2150-2200MPa，伸长率达到18-22%，扭转弹簧的最大工作应力达到了2.2×103MPa，使用寿命延长了50万次以上，提升了中型卡车驾驶员操作轻便性和安全性。

Claims (6)

1.一种应用在中型卡车翻转机构中的扭转弹簧钢材质，其特征在于，钢化学成分按照质量百分比计包含了：碳占0.34-0.38%、硅占1.2-1.3%、铬占0.95-1.0%、锰占0.35-0.40%、镍占0.30-0.32%、铜占0.18-0.20%、钒占0.12-0.13%、钛占0.015-0.018%、磷占0.005-0.007%、硫占0.003-0.005%、钼占0.001-0.003%、稀土活化物占0.0015-0.0018%，剩余为铁和不可避免的杂质，冶炼时间为40-45分钟，出钢温度为1650-1660℃；
制备浇注得到的弹簧钢进行热处理工艺加工，经中频感应加热设备加热至870-880℃，并进行保温，将保温后扭杆两端的花键部分浸入10-15℃的循环水中冷却8-10秒，然后再将整个扭杆浸入15-20℃的淬火液中冷却4.0-4.5分钟，淬火完成后立刻将扭杆放入到箱式炉内在460-480℃下进行回火，回火时间为80-90分钟，出炉后将扭杆放入10-15℃的循环水中快冷90-100秒，然后使用机械油进行油冷，最后进行喷丸处理。
2.如权利要求1所述一种应用在中型卡车翻转机构中的扭转弹簧钢材质，其特征在于，所述中频感应加热设备的频率为9.5-10.0kHz，感应圈的内径为42-45毫米。
3.如权利要求1所述一种应用在中型卡车翻转机构中的扭转弹簧钢材质，其特征在于，保温时间为25-30分钟。
4.如权利要求1所述一种应用在中型卡车翻转机构中的扭转弹簧钢材质，其特征在于，所述淬火液按照重量份由以下成分制成：十六烷11-12份、2-乙基己醇6.0-6.5份、叔丁基醇4.0-5.0份、硝基异丙酯3.0-3.5份、2,4-二甲基-6-叔丁基苯酚2.0-2.2份、十四烷基苯磺酸钠1.1-1.2份、消泡剂0.4-0.5份、水120-130份。
5.如权利要求1所述一种应用在中型卡车翻转机构中的扭转弹簧钢材质，其特征在于，所述喷丸使用的钢丸直径为0.4-0.5毫米，喷丸强度设定为11C级，表面覆盖率达到98-99%。
6.如权利要求1所述一种应用在中型卡车翻转机构中的扭转弹簧钢材质，其特征在于，所述稀土活化物制备方法为：将粒径大小在20-30目范围的氧化铈、氧化铕、氧化镱按照质量比为4-5:3-4:2-3的比例混合，加入1.5-1.8倍体积的浓度为15-18摩尔/升的浓盐酸，在20-25℃下浸泡6-8小时，然后滴加质量分数占混合稀土30-35%的1-甲基-2-吡啶酮，在60-70℃下反应4-5小时，得到反应物进行过滤、干燥后，在马弗炉中焙烧2-3小时，焙烧温度为880-900℃，冷却即得所述稀土活化物。
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