CN111961827A - 一种低合金低屈强比汽车换挡拨叉用冷轧钢带的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低合金低屈强比汽车换挡拨叉用冷轧钢带的制造方法，包括对16MnCr5钢材在冲压过程中容易断裂的材料的化学成分、显微组织与力学性能指标进行重新调整，从而得到符合16MnCr5钢材各项技术指标的冷轧精冲材料16MnCr5，冷轧精冲材料16MnCr5的屈服强度为450Mpa；冷轧精冲材料16MnCr5的延伸率为A5>30％；冷轧精冲材料16MnCr5的表面硬度为60‑190HV30，冷轧精冲材料16MnCr5的表面硬度60‑190HV30(HRB75‑90)，冷轧精冲材料16MnCr5的球化率不小于95％；在加工的时候，退火过程中加入Ni及Cr这两种微量元素，产品具体要求包括抗拉强度600Mpa；屈服强度450Mpa；延伸率A5>30％；表面硬度60‑190HV30。成品汽车换挡拔叉疲劳寿命大于10万次。

Description

一种低合金低屈强比汽车换挡拨叉用冷轧钢带的制造方法

技术领域

本发明涉及汽车新材料技术领域，具体为一种低合金低屈强比汽车换挡拨叉用冷轧钢带的制造方法。根据冷轧行业国内外相关文献已对16MnCr5的化学成分和力学性能指标规定，根据汽车换挡拔叉对力学性能要求较高，在进行力学性能调整时考虑到微量元素Ni和Cr,主要是在退火过程中加入微量元素Ni和Cr使得拔叉功能面氧化皮薄，不易脱落，可以提高其外观的美观性。

背景技术

换挡拨叉是汽车变速箱实现换挡过程中的重要零件，它的体积不大，但形状复杂，各项尺寸精度要求较高。通过对换挡拨叉设计尺寸及使用要求的分析，同时也为保证批量产品的快速检测，设计综合检具能较好地满足检测要求，但其结构设计是否合理，检测是否准确，直接影响到后续变速箱总成的质量及使用。近百年来，随着汽车行业的发展和人们对安全要求的不断提高，换挡拨叉作为变速箱换挡过程中的重要零部件，关系到汽车的驾乘的重要性不言而喻。

我国汽车行业发展至今，各大商用车主机厂对质量的要求不断提高，作为汽车三大件之一的变速箱的质量好坏将直接影响到整车质量以及行驶安全。而换挡拨叉是变速箱实现换挡功能的重要零部件，其质量将直接影响到变速箱的整体质量。

在汽车变速箱中拨叉按使用部位主要分三类：

(1)主箱换挡拨叉：实现主箱各档位齿轮间的换挡；

(2)副箱换挡拨叉：实现副箱高低档间的换挡；

(3)其余换挡拨叉；实现如离合器、取力器、缓速器等

外围件与变速箱连接时的换挡，其功能与副箱换挡拨叉类似。

汽车换挡拔叉是汽车变速箱实现换挡变速的重要部件，其主要的作用是：

1.拨叉主要是用在操纵机构中，比如改变车床滑移齿轮的位置，实现变速；或者应用于控制离合器的啮合断开的机构中，从而控制横向或纵向进给。

2.拨叉是汽车变速箱上的部件，与变速手柄相连，位于手柄下端，拨动中间变速轮，使输入/输出转速比改变。

综上所述，可以简单的概况汽车换挡拔叉的功能为：在规定的条件下，为实现变速箱换挡从而实现变速。换挡拔叉也是汽车在变速箱制备环节上、研发过程中必须着重解决的问题。

汽车换挡拔叉是是实现变速箱换挡变速的重要零部件，拨叉是推动滑动齿轮的，滑动齿轮上有一个环槽拨叉就骑在这个环槽里，当驾驶员推动变速杆时变速杆带动拨叉轴，拨叉轴带动拨叉，拨叉又推动齿轮从而达到变速，拨叉最容易磨损的地方就是拨叉和齿轮环槽接触的部位，因为齿轮在高速旋转而拨叉不转，拨叉磨损，或强度不够，可能导致齿轮挂不到位，而掉档，或拨叉断掉。如今用于制造拔叉的钢材料，较从前已有很大改进，很少会有拔叉断掉的情况发生。然而人在驾驶过程中由于交通和路面的原因往往要不断进行换挡，拔叉又是最容易磨损的地方，往往会有氧化皮掉落，导致零件清洁度不达标，对变速箱变速产生不利影响。

改革开放以来，在经济发展的同时人们更加注重效率，汽车出行已成为各个阶层不同从业者不二的选择。几乎所有城市都存在早高峰、晚高峰的情况，数量众多的汽车使得原本宽广的马路变的拥挤不堪。从业者在上下班过程中随时需要根据路况来调整自己的行车速度，这就造成了对汽车换挡拔叉的高度依赖，每一次的变速都需使用到换挡拔叉，而汽车换挡拔叉在选材和工艺处理上又需要很高的技术要求，现在汽车使用的拔叉质量参差不齐，绝大部分拔叉功能面容易氧化脱落。

汽车换挡拔叉因其对性能要求较高，在材料选择及热处理工艺流程上较为考究。国产传统工艺上，选择的低合金结构钢，通过毛坯锻造后进行热处理成型。其优点在于设备投入简单，加工容易。但缺点在选材上往往选择简单易得的材料，毛坯锻造成本低廉。

由于汽车换挡拔叉的特殊性，客户实际对产品有着较高要求，本项目通过开发一种适宜于汽车换挡拔叉的材料16MnCr5，通过对其化学成分和热轧组织不断研究，结合自身冷轧和退火工艺，开发一种适宜于生产汽车换挡拔叉的冷轧钢带。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的汽车换挡拔叉早起通过对毛坯进行热处理之后使得表面硬度达到要求，达到工作要求。但是由于在生产过程中单一的退火已无法满足拔叉高度度、频繁使用的要求，本发明提供了一种低合金低屈强比汽车换挡拨叉用冷轧钢带的制造方法，采取对拔叉功能面做高频热处理，在退火过程中加入Ni及Cr此两种微量元素，使得拔叉功能面氧化皮薄，不易脱落，可以提高其外观的美观性。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种低合金低屈强比汽车换挡拨叉用冷轧钢带的制造方法，包括对16MnCr5钢材在冲压过程中容易断裂的材料的化学成分、显微组织与力学性能指标进行重新调整，从而得到符合16MnCr5钢材各项技术指标的冷轧精冲材料16MnCr5，16MnCr5钢材各项技术指标如下：冷轧精冲材料16MnCr5的抗拉强为600Mpa；冷轧精冲材料16MnCr5的屈服强度为450Mpa；冷轧精冲材料16MnCr5的延伸率为A5>30％；冷轧精冲材料16MnCr5的表面硬度为60-190HV30，冷轧精冲材料16MnCr5的表面粗糙度Ra0.6；冷轧精冲材料16MnCr5的表面硬度为60-190HV30；冷轧精冲材料16MnCr5的球化率不小于95％；

所述冷轧精冲材料16MnCr5的改善冷轧及退火工艺具体如下：

步骤一、取热轧钢卷4.5×1250mm:经酸洗去除表面氧化层，然后分条；

步骤二、分条至4.5×234mm，进行小卷毛坯退火，此处的退火为了消除内部应力，细化组织；

具体退火工艺如下：

1)加热至250℃保温，保温的时间为2小时，去除钢带表面的水分油污，确保退火环境内的真空度，然后冲入氢气，确保炉内保护气体的浓度和纯度，防止退火热处理过程中钢带表面脱碳和氧化；

2)加入微量元素Ni和Cr；加热至720℃保温，保温的时间为14小时，在较低温度下进行再结晶处理，确保球化退火工艺完成，获得良好的组织和力学性能，使碳化物由片层状转变为球状；

3)降温至580℃后屌外罩，加快降低炉内温度，使组织发生细微变化；

4)降温至270℃，加速冷却，加速冷却的方式为在内罩外壁表面用水喷淋，70℃出炉，此时组织无相变，节约生产成本，加快热处理节奏；

步骤三、退火后材料进行小变量冷轧，第一道次从4.5*234*C冷轧至4.1*234*C；第二道次冷轧至3.8*234*C，第三道次冷轧至3.5*234*C，第四道次冷轧至3.2*234*C；第五道次冷轧至3.0×234；

步骤四、将步骤三中第五道次冷轧完成后的钢带进行第二次热处理(中坯退火)，热处理步骤如下：

1)加热至250℃保温，保温的时间为2小时，去除钢带表面的水分油污。确保内真空度，然后冲入氢气，确保炉内保护气体的浓度和纯度，防止退火热处理过程中钢带表面脱碳和氧化，为热处理的环境做好准备工作；

2)加入微量元素Ni和Cr；加热至700℃保温，保温的时间为14小时，在较低温度下进行再结晶处理。确保球化退火工艺完成，获得良好的组织和力学性能，使碳化物由片层状转变为球状；

3)降温至580℃后屌外罩，加快降低炉内温度，使组织发生细微变化，该工艺主要是为了晶粒的细化；

4)降温至270℃，加速冷却，加速冷却的方式为在内罩外壁表面用水喷淋，70℃出炉，此时组织无相变，节约生产成本，加快热处理节奏；

步骤五、步骤四经中坯退火后的材料进行成品轧制，轧制工艺为第六道次从3.0×234冷轧至2.7×234；第七道次冷轧至2.5×234，第八道次冷轧至2.3×234，第九道次冷轧至2.1×234；

步骤六、将步骤五中第九道次冷轧完成后的钢带进行第三次热处理(成品退火)，热处理步骤如下：

1)加热至250℃保温，保温的时间为2小时，去除钢带表面的水分油污，保证钢带表面的清洁；确保内真空度，然后冲入氢气，确保炉内保护气体的浓度和纯度，防止退火热处理过程中钢带表面脱碳和氧化；

2)加入微量元素Ni和Cr；加热至680℃保温(保温的时间为14小时)，在较低温度下进行再结晶处理；确保球化退火工艺完成，获得良好的组织和力学性能，使碳化物由片层状转变为球状；

3)降温至580℃后屌外罩，加快降低炉内温度，使组织发生细微变化；

4)降温至270℃，加速冷却，加速冷却的方式为在内罩外壁表面用水喷淋，70℃出炉，此时组织无相变，节约生产成本，加快热处理节奏；

步骤七、成品平整分条，成品的分条平整按厚度±0.01mm，宽度：-0.2执行，最终成品规格为2.0×100。

为提高本发明的实用性优选的，所述冷轧精冲材料16MnCr5成品汽车换挡拔叉疲劳寿命大于10万次。

为提高本发明的实用性优选的，所述冷轧精冲材料16MnCr5在退火过程中加入微量元素Ni和Cr使得拔叉功能面氧化皮薄，不易脱落，可以提高其外观的美观性，同时材料的整体性能也得到了提高。

为提高本发明的实用性优选的，所述冷轧精冲材料16MnCr5在加工工程中改善淬火工艺，具体如下：

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种低合金低屈强比汽车换挡拨叉用冷轧钢带的制造方法，具备以下有益效果：

在加工的时候，退火过程中加入Ni及Cr这两种微量元素，产品具体要求包括抗拉强度600Mpa；屈服强度450Mpa；延伸率A5>30％；表面硬度60-190HV30，表面粗糙度Ra0.6。成品汽车换挡拔叉疲劳寿命大于10万次。采取对拔叉功能面做高频热处理，在退火过程中加入Ni及Cr此两种微量元素，使得拔叉功能面氧化皮薄，不易脱落，可以提高其外观的美观性。

通过对汽车换挡拔叉材料16MnCr5材料进行力学性能进行调整，为汽车换挡拔叉提供优质母材，对关键元素进行分析，做出调整，在核心工艺退火过程中加入Ni及Cr微量元素，使得拔叉功能面氧化层变薄，不易脱落。此项技术，将大大提高变速箱换挡使用效率，提高从业者在行车过程中对速度的把控，降低安全事故发生的概率，对保障国民安全贡献一点微薄之力，特别是汽车当今比较普及的社会，其作用就显得尤为重要。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

具体的实施例如下：一种低合金低屈强比汽车换挡拨叉用冷轧钢带的制造方法，包括对16MnCr5钢材在冲压过程中容易断裂的材料的化学成分、显微组织与力学性能指标进行重新调整，从而得到符合16MnCr5钢材各项技术指标的冷轧精冲材料16MnCr5，16MnCr5钢材各项技术指标如下：冷轧精冲材料16MnCr5的抗拉强为600Mpa；冷轧精冲材料16MnCr5的屈服强度为450Mpa；冷轧精冲材料16MnCr5的延伸率为A5>30％；冷轧精冲材料16MnCr5的表面硬度为60-190HV30，冷轧精冲材料16MnCr5的表面粗糙度Ra0.6；冷轧精冲材料16MnCr5的表面硬度为60-190HV30；冷轧精冲材料16MnCr5的球化率不小于95％；

所述冷轧精冲材料16MnCr5的改善冷轧及退火工艺具体如下：

步骤一、取热轧钢卷4.5×1250mm:经酸洗去除表面氧化层，然后分条；

步骤二、分条至4.5×234mm，进行小卷毛坯退火；

具体退火工艺如下：

1)加热至250℃保温，保温的时间为2小时，去除钢带表面的水分油污，保证钢带表面的清洁，确保退火环境内的真空度，然后冲入氢气，确保炉内保护气体的浓度和纯度，防止退火热处理过程中钢带表面脱碳和氧化；

2)加入微量元素Ni和Cr；加热至720℃保温，保温的时间为14小时，在较低温度下进行再结晶处理，确保球化退火工艺完成，获得良好的组织和力学性能，使碳化物由片层状转变为球状；

3)降温至580℃后屌外罩，加快降低炉内温度，使组织发生细微变化；

4)降温至270℃，加速冷却，加速冷却的方式为在内罩外壁表面用水喷淋，70℃出炉，此时组织无相变，节约生产成本，加快热处理节奏；

步骤三、退火后材料进行小变量冷轧，第一道次从4.5*234*C冷轧至4.1*234*C；第二道次冷轧至3.8*234*C，第三道次冷轧至3.5*234*C，第四道次冷轧至3.2*234*C；第五道次冷轧至3.0×234；

步骤四、将步骤三中第五道次冷轧完成后的钢带进行第二次热处理(中坯退火)，热处理步骤如下：

1)加热至250℃保温，保温的时间为2小时，去除钢带表面的水分油污，，保证钢带表面的清洁。确保内真空度，然后冲入氢气，确保炉内保护气体的浓度和纯度，防止退火热处理过程中钢带表面脱碳和氧化；

2)加入微量元素Ni和Cr；加热至700℃保温，保温的时间为14小时，在较低温度下进行再结晶处理。确保球化退火工艺完成，获得良好的组织和力学性能，使碳化物由片层状转变为球状；

3)降温至580℃后屌外罩，加快降低炉内温度，使组织发生细微变化；

4)降温至270℃，加速冷却，加速冷却的方式为在内罩外壁表面用水喷淋，70℃出炉，此时组织无相变，节约生产成本，加快热处理节奏；

步骤五、步骤四经中坯退火后的材料进行成品轧制，轧制工艺为第六道次从3.0×234冷轧至2.7×234；第七道次冷轧至2.5×234，第八道次冷轧至2.3×234，第九道次冷轧至2.1×234；

步骤六、将步骤五中第九道次冷轧完成后的钢带进行第三次热处理(成品退火)，热处理步骤如下：

1)加热至250℃保温，保温的时间为2小时，去除钢带表面的水分油污，保证钢带表面的清洁；确保内真空度，然后冲入氢气，确保炉内保护气体的浓度和纯度，防止退火热处理过程中钢带表面脱碳和氧化；

2)加入微量元素Ni和Cr；加热至680℃保温(保温的时间为14小时)，在较低温度下进行再结晶处理；确保球化退火工艺完成，获得良好的组织和力学性能，使碳化物由片层状转变为球状；

3)降温至580℃后屌外罩，加快降低炉内温度，使组织发生细微变化；

4)降温至270℃，加速冷却，加速冷却的方式为在内罩外壁表面用水喷淋，70℃出炉，此时组织无相变，节约生产成本，加快热处理节奏；

步骤七、成品平整分条，成品的分条平整按厚度±0.01mm，宽度：-0.2执行，最终成品规格为2.0×100。

为提高本发明的实用性进一步地，所述冷轧精冲材料16MnCr5成品汽车换挡拔叉疲劳寿命大于10万次。

为提高本发明的实用性进一步地，所述冷轧精冲材料16MnCr5在退火过程中加入微量元素Ni和Cr使得拔叉功能面氧化皮薄，不易脱落，可以提高其外观的美观性。

在加工的时候，退火过程中加入Ni及Cr这两种微量元素，产品具体要求包括抗拉强度600Mpa；屈服强度450Mpa；延伸率A5>30％；表面硬度60-190HV30，表面粗糙度Ra0.6。成品汽车换挡拔叉疲劳寿命大于10万次。采取对拔叉功能面做高频热处理，在退火过程中加入Ni及Cr此两种微量元素，使得拔叉功能面氧化皮薄，不易脱落，可以提高其外观的美观性。

通过对汽车换挡拔叉材料16MnCr5材料进行力学性能进行调整，为汽车换挡拔叉提供优质母材，在核心工艺退火过程中加入Ni及Cr微量元素，使得拔叉功能面氧化层变薄，不易脱落。此项技术，将大大提高变速箱换挡使用效率，提高从业者在行车过程中对速度的把控，降低安全事故发生的概率，对保障国民安全贡献一点微薄之力。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种低合金低屈强比汽车换挡拨叉用冷轧钢带的制造方法，其特征在于，包括对16MnCr5钢材在冲压过程中容易断裂的材料的化学成分、显微组织与力学性能指标进行重新调整，从而得到符合16MnCr5钢材各项技术指标的冷轧精冲材料16MnCr5，16MnCr5钢材各项技术指标如下：冷轧精冲材料16MnCr5的抗拉强为600Mpa；冷轧精冲材料16MnCr5的屈服强度为450Mpa；冷轧精冲材料16MnCr5的延伸率为A5>30％；冷轧精冲材料16MnCr5的表面硬度为60-190HV30，冷轧精冲材料16MnCr5的表面粗糙度Ra0.6；冷轧精冲材料16MnCr5的表面硬度为60-190HV30；冷轧精冲材料16MnCr5的球化率不小于95％；

所述冷轧精冲材料16MnCr5的改善冷轧及退火工艺具体如下：

步骤一、取热轧钢卷4.5×1250mm:经酸洗去除表面氧化层，然后分条；

步骤二、分条至4.5×234mm，进行小卷毛坯退火；

具体退火工艺如下：

1)加热至250℃保温，去除钢带表面的水分油污，确保退火环境内的真空度，然后冲入氢气，确保炉内保护气体的浓度和纯度，防止退火热处理过程中钢带表面脱碳和氧化；

2)加入微量元素Ni和Cr；加热至720℃保温，保温的时间为14小时，在较低温度下进行再结晶处理，确保球化退火工艺完成，获得良好的组织和力学性能，使碳化物由片层状转变为球状；

3)降温至580℃后屌外罩，加快降低炉内温度，使组织发生细微变化；

4)降温至270℃，加速冷却，加速冷却的方式为在内罩外壁表面用水喷淋，70℃出炉，此时组织无相变，节约生产成本，加快热处理节奏；

步骤三、退火后材料进行小变量冷轧，第一道次从4.5*234*C冷轧至4.1*234*C；第二道次冷轧至3.8*234*C，第三道次冷轧至3.5*234*C，第四道次冷轧至3.2*234*C；第五道次冷轧至3.0×234；

步骤四、将步骤三中第五道次冷轧完成后的钢带进行第二次热处理，热处理步骤如下：

1)加热至250℃保温，去除钢带表面的水分油污；确保内真空度，然后冲入氢气，确保炉内保护气体的浓度和纯度，防止退火热处理过程中钢带表面脱碳和氧化；

2)加入微量元素Ni和Cr；加热至700℃保温，保温的时间为14小时，在较低温度下进行再结晶处理；确保球化退火工艺完成，获得良好的组织和力学性能，使碳化物由片层状转变为球状；

3)降温至580℃后屌外罩，加快降低炉内温度，使组织发生细微变化；

4)降温至270℃，加速冷却，70℃出炉，此时组织无相变，节约生产成本，加快热处理节奏；

步骤五、步骤四经中坯退火后的材料进行成品轧制，轧制工艺为第六道次从3.0×234冷轧至2.7×234；第七道次冷轧至2.5×234，第八道次冷轧至2.3×234，第九道次冷轧至2.1×234；

步骤六、将步骤五中第九道次冷轧完成后的钢带进行第三次热处理。

2.根据权利要求1所述的一种低合金低屈强比汽车换挡拨叉用冷轧钢带的制造方法，其特征在于，所述冷轧精冲材料16MnCr5成品汽车换挡拔叉疲劳寿命大于10万次。

3.根据权利要求1所述的一种低合金低屈强比汽车换挡拨叉用冷轧钢带的制造方法，，其特征在于，所述冷轧精冲材料16MnCr5在退火过程中加入微量元素Ni和Cr使得拔叉功能面氧化皮薄，不易脱落，可以提高其外观的美观性。

4.根据权利要求1所述的一种低合金低屈强比汽车换挡拨叉用冷轧钢带的制造方法，其特征在于，所述步骤七中成品的分条平整按厚度±0.01mm，宽度：-0.2执行，最终成品规格为2.0×100。

5.根据权利要求1所述的一种低合金低屈强比汽车换挡拨叉用冷轧钢带的制造方法，其特征在于，所述步骤六加热至680℃保温，保温的时间为14小时。

6.根据权利要求1所述的一种低合金低屈强比汽车换挡拨叉用冷轧钢带的制造方法，其特征在于，所述步骤四中，加速冷却的方式为在内罩外壁表面用水喷淋。

7.根据权利要求1所述的一种低合金低屈强比汽车换挡拨叉用冷轧钢带的制造方法，其特征在于，所述步骤四中，加热至250℃保温时间为2小时。

8.根据权利要求1所述的一种低合金低屈强比汽车换挡拨叉用冷轧钢带的制造方法，其特征在于，所述步骤二中加热至250℃保温时间为2小时。

9.根据权利要求1所述的一种低合金低屈强比汽车换挡拨叉用冷轧钢带的制造方法，其特征在于，所述步骤六中的热处理步骤如下：

1)加热至250℃保温，保温的时间为2小时，去除钢带表面的水分油污；确保内真空度，然后冲入氢气，确保炉内保护气体的浓度和纯度，防止退火热处理过程中钢带表面脱碳和氧化；

2)加入微量元素Ni和Cr；加热至680℃保温，在较低温度下进行再结晶处理；确保球化退火工艺完成，获得良好的组织和力学性能，使碳化物由片层状转变为球状；

3)降温至580℃后屌外罩，加快降低炉内温度，使组织发生细微变化；

4)降温至270℃，加速冷却，70℃出炉，此时组织无相变，节约生产成本，加快热处理节奏；

步骤七、成品平整分条。