CN109355576B - 一种1500MPa级别热处理车轮的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于机械制造领域，具体涉及一种1500MPa级别热处理车轮的制备方法。技术方案如下：步骤1)选用钢材，钢材的化学成分质量百分比为:C 0.15‑0.20,Si 0.7‑1.17,Mn 1.2‑2.2,P＜0.05，余量为Fe和不可避免的杂质；步骤2)利用所选钢材采用常规生产工艺制做车轮轮辐和车轮轮辋；采用常规生产工艺将所述车轮轮辐和车轮轮辋合成为车轮；步骤3)对所述车轮进行热处理，首先将所述车轮加热到890‑910℃，保温15‑25分钟，出炉，在空气中冷却至845‑855℃时，水淬，淬火时使用全尺寸贴合夹具固定，水温90‑99℃，再加热到210‑230℃，保温15‑25分钟后，空气冷却至室温。本发明制得的车轮尺寸符合标准要求，物理性能得到优化。

Description

一种1500MPa级别热处理车轮的制备方法
技术领域
本发明属于机械制造领域，具体涉及一种1500MPa级别热处理车轮的制备方法。
背景技术
制做钢制车轮时，车轮轮辐常规生产工艺包括：落料、冲中心孔及螺栓孔、旋压风孔、扩螺栓孔、车加工；车轮轮辋常规生产工艺包括：卷圆、闪光对焊、滚压、端切、复圆、扩口、滚型、扩涨整形、冲气门孔；车轮轮辐与车轮轮辋通过合成焊工序制成车轮。
目前钢制车轮传统制造工艺所使用的高强材料，普遍采用抗拉强度400MPa左右的材料，个别最高的也只有700MPa左右。主要原因：一是设备加工能力不足，二是高强材料焊接性能不好。
热处理是一种提高材料综合机械性能的方法，如果先进行车轮常规生产，再热处理，可解决设备加工能力不足、焊接性能不好、冷加工应力集中等问题，但整体车轮热处理变形控制难度大，适合热处理的材料成本高，专门为车轮生产所设计的热处理工艺尚属空白，因而该方法没有被车轮生产厂家所采用。
众所周之，钢在淬火过程中所发生的尺寸、形状变化是热处理工作面临的最困难的问题之一。与普通车轮相比，轻量化车轮的壁厚较薄，抗变形能力相对较弱。相变应力是热处理变形的主要原因，而合理利用淬火时内外层冷速差产生的热应力，可以最大限度的抵消相变应力造成的变形，这就需要我们找到一组淬火温度、冷却速度、降温幅度等工艺参数的最佳组合。此外，解决加热和冷却不均问题、选择适合的冷却介质、改进常规车轮生产工艺都是车轮热处理生产工艺中的全新课题。
发明内容
本发明提供一种1500MPa级别热处理车轮的制备方法，制得的车轮外形尺寸符合标准要求，整体物理性能得到优化，抗拉强度为1400-1600MPa，屈服强度为1100-1300MPa，延伸率为10-12％，屈强比为80％，强塑积为16800MPa·％。
本发明的技术方案如下：
一种1500MPa级别热处理车轮的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)选用钢材，钢材的化学成分质量百分比为:C 0.15-0.20,Si0.7-1.17,Mn1.2-2.2,P＜0.05，余量为Fe和不可避免的杂质；
步骤2)利用所选钢材采用常规生产工艺制做尺寸合格的车轮轮辐和车轮轮辋；采用常规生产工艺将所述车轮轮辐和车轮轮辋合成为尺寸合格的车轮；
步骤3)对所述车轮进行热处理，热处理工序为：首先将所述车轮加热到890-910℃，保温15-25分钟，出炉，在空气中冷却至845-855℃时，水淬，淬火时使用全尺寸贴合夹具固定，水温90-99℃，再加热到210-230℃，保温15-25分钟后，空气冷却至室温。
所述的1500MPa级别热处理车轮的制备方法，其优选方案为，所述步骤2)中，所述车轮轮辐的风孔处壁厚比同规格的普通车轮风孔处壁厚增加0.5-1.0mm。
所述的1500MPa级别热处理车轮的制备方法，其优选方案为，所述步骤2)中，车轮轮辋在闪光对焊工序后对焊缝进行退火处理。
所述的1500MPa级别热处理车轮的制备方法，其优选方案为，所述步骤2)中，扩涨整形工序的扩涨量增大为下料尺寸的1.4％。
所述的1500MPa级别热处理车轮的制备方法，其优选方案为，所述步骤2)中，在合成焊工序中，所用焊丝成分包括：C 0.05～0.09，Mn 1.1～1.6，Si 0.3～0.5。
所述的1500MPa级别热处理车轮的制备方法，其优选方案为，所述步骤3)中，加热炉为无氧步进式加热炉，车轮与车轮、车轮与炉壁间距≥200mm。
所述的1500MPa级别热处理车轮的制备方法，其优选方案为，所述步骤3)中，所述车轮送至90-99℃水槽上方，距水面20～30mm，辐底向下，水平放置，等待车轮轮辋的轮缘在空气中温度降至845-855℃时，提升水槽，上升速度30mm/s，所述车轮完全浸入水中至距液面下100mm处，所述车轮绕其中心轴线旋转，旋转速度为10～15r/min，淬火时间2～5min。
所述的1500MPa级别热处理车轮的制备方法，其优选方案为，所述步骤3)中，全尺寸贴合夹具包括三块贴板，所述贴板与所述车轮的材料相同，三块贴板围合在一起组成一个圆周，三块贴板的内型面与所述车轮的外型面尺寸完全配合，三块贴板通过螺栓互相连接为一体。
本发明的有益效果为：
1、本发明所选材料，不同于其他高强材料，无合金成份添加，成本低廉，尤其适用于QP工艺。
2、本发明的钢材中Si0.7-1.17,P＜0.05，Si、P元素的固溶强化效果能够提高钢的强度。
3、解剖整轮进行全面检测，各部位物理性能一致，组织均匀，改善了常规工艺焊接影响区的性能、解决了加工硬化造成的局部性能不佳问题，薄弱点的强塑积由5700MPa·％提升至16800MPa·％。
4、本发明制造出的车轮，单轮自重降低了50％，节约了材料消耗和能源消耗；针对普遍存在的超载问题，单轮承重能力增加了80％，超载情况下疲劳寿命仍能增加近15％。
5、本发明中的热处理工序：车轮加热至奥氏体化温度后出炉，车轮轮缘在空气中缓慢冷却至845-855℃后，车轮内部组织均匀化，晶粒细化，再经过沸水淬火，由于沸水淬火过程中膜沸腾阶段延长且蒸汽膜均匀，车轮高温阶段冷速均匀，低温阶段冷速增大，沿车轮圆周均匀形成板条状马氏体，不会引起零件变形，从而保证零件最终尺寸合格。845-855℃这个温度范围必须保证，高于855℃时，马氏体组织生成的过于剧烈，夹具无法抑制零件变形，造成零件最终尺寸超差；低于845℃时，板条状马氏体组织生成的过少，零件强度不达标。水温必须保证在91-99℃。低于91℃时，膜沸腾终止温度高，变形剧烈会引起零件变形。
6、所述车轮轮辐的风孔处壁厚比同规格的普通车轮风孔处壁厚增加0.5-1.0mm，保证车轮整体支撑能力，增强车轮刚度，能够防止热处理时产生变形；扩涨整形工序的扩涨量不低于下料尺寸的1.4％，能够减小材料弹性变形系数，强化材料内部组织结构，减小车轮热处理的变形。
7、本发明中，淬火时使用全尺寸贴合夹具固定，能够保证汽车车轮不会变形，最终尺寸合格。
附图说明
图1为车轮轮辋截面视图；
图2为车轮轮辐主视图；
图3为车轮轮辐侧视图；
图4为车轮结构图；
图5为实施例中产品的金相组织图。
具体实施方式
一种1500MPa级别热处理车轮的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)选用钢材，钢的化学成分质量百分含量为:C 0.19,Si 0.74,Mn 1.36,P0.01，余量为Fe和不可避免的杂质；所述钢材的抗拉强度为670MPa，屈服强度为450MPa；
步骤2)如图1-4所示，利用钢材采用常规生产工艺制做尺寸合格的车轮轮辐3，轮辐板料厚度9mm，加工后风孔4处厚度5.5mm，利用钢材采用常规生产工艺制做尺寸合格的车轮轮辋1，在闪光对焊工序后对焊缝进行退火，扩涨工序扩涨量25mm；车轮轮辐3与车轮轮辋1，采用合成焊工艺制做尺寸合格的车轮，焊丝成分为：C 0.07，Mn 1.4，Si 0.4；
步骤3)对所述车轮进行热处理，将车轮于无氧步进式加热炉900℃加热；保温20分钟；出炉，淬火时使用全尺寸贴合夹具固定，全尺寸贴合夹具包括三块贴板，所述贴板与所述车轮的材料相同，三块贴板围合在一起组成一个圆周，三块贴板的内型面与所述车轮的外型面尺寸完全配合，三块贴板通过螺栓互相连接为一体；所述车轮送至95℃水槽上方，距水面20～30mm，辐底向下，水平放置，等待车轮轮辋的轮缘2在空气中温度降至850℃时，提升水槽，上升速度30mm/s，所述车轮完全浸入水中至距液面下100mm处，所述车轮绕其中心轴线旋转，旋转速度为10～15r/min，淬火时间3min；再加热到230℃，保温20分钟后，空气冷却至室温。
制得的车轮抗拉强度达到1510MPa，屈服强度达1115MPa，实测动平衡和关键部位尺寸完全符合技术要求，圆周跳动比热处理前有所改善；其内部组织如图5所示，为回火马氏体和贝氏体，贝氏体含量为2-2.5％，贝氏体能够材料提高屈服强度；回火马氏体能够保证钢的高强度；通过解剖整轮，全面检验，各部位物理性能一致，无焊接热影响区，无加工硬化造成的延伸率过低等问题；通过疲劳检测，该车轮在采用规定参数150％的试验条件下，寿命仍超出国家标准的1倍以上，但重量只相当于同规格普通车轮的50％。

Claims (5)

1.一种1500MPa级别热处理车轮的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1）选用钢材，钢材的化学成分质量百分比为: C 0.15-0.20, Si 0.7-1.17,Mn1.2-2.2, P＜0.05，余量为Fe和不可避免的杂质；
步骤2）利用所选钢材采用常规生产工艺制做尺寸合格的车轮轮辐和车轮轮辋；采用常规生产工艺将所述车轮轮辐和车轮轮辋合成为尺寸合格的车轮；
步骤3）对所述车轮进行热处理，热处理工序为：首先将所述车轮加热到890-910℃，保温15-25分钟，出炉，在空气中冷却至845-855℃时，水淬，淬火时使用全尺寸贴合夹具固定，水温90-99℃，再加热到210-230℃，保温15-25分钟后，空气冷却至室温；所述车轮送至90-99℃水槽上方，距水面20~30mm，辐底向下，水平放置，等待车轮轮辋的轮缘在空气中温度降至845-855℃时，提升水槽，上升速度30mm/s，所述车轮完全浸入水中至距液面下100mm处，所述车轮绕其中心轴线旋转，旋转速度为10~15r/min，淬火时间2~5min；全尺寸贴合夹具包括三块贴板，所述贴板与所述车轮的材料相同，三块贴板围合在一起组成一个圆周，三块贴板的内型面与所述车轮的外型面尺寸完全配合，三块贴板通过螺栓互相连接为一体。
2.根据权利要求1所述的1500MPa级别热处理车轮的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中，车轮轮辋在闪光对焊工序后对焊缝进行退火处理。
3.根据权利要求1所述的1500MPa级别热处理车轮的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中，扩涨整形工序的扩涨量增大为下料尺寸的1.4%。
4.根据权利要求1所述的1500MPa级别热处理车轮的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中，在合成焊工序中，所用焊丝成分包括：C 0.05~0.09，Mn 1.1~1.6，Si 0.3~0.5。
5.根据权利要求1所述的1500MPa级别热处理车轮的制备方法，其特征在于，所述步骤3）中，加热炉为无氧步进式加热炉，车轮与车轮、车轮与炉壁间距≥200mm。
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