CN112391511B - 一种汽车半轴的热处理调质方法 - Google Patents

一种汽车半轴的热处理调质方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种汽车半轴的热处理调质方法，属于半轴生产技术领域。该方法包括：(1)将半轴于淬火炉中加热至820‑855℃，保温70‑90min，半轴的材质为40MnBH或40Cr；(2)将半轴浸入40‑50℃水淬剂中进行淬火，水淬剂由水与碳酸氢钠按质量比1000:10‑20调配而成；(3)将半轴于回火炉中加热至550‑570℃，保温70‑120min，取出半轴空冷至300‑380℃，再水冷。该方法克服了水淬后工件表面易产生裂纹的缺陷；而相对于常规的油淬，成本更低，产品的质量更加稳定；质量与常规的油淬的质量相当或更好。淬火后硬度达到HRC50‑58，回火后硬度达到HRC24‑33，金相评级为3或4级。

Description

一种汽车半轴的热处理调质方法
技术领域
本发明涉及半轴生产技术领域，具体涉及一种汽车半轴的热处理调质方法。
背景技术
40Cr和40MnBH是合金结构钢，广泛应用于汽车半轴的生产制造和使用。其中一项关键技术是热处理淬火、回火，也叫调质处理。通过热处理调质处理后可获得一定的硬度、韧性、塑性和耐磨性，经过热处理调质后用于制造较大载荷的机械零件，如汽车的前后桥半轴、转向节、轮毂轴、齿轮、蜗杆、花键轴等；经过淬火及中温回火后的合金结构钢使抗拉强度更高，承载能力更强，更适用于承受弯矩和扭矩的大负荷、冲击及高速度旋转工作的零件，满足了半轴具有表面硬度要求又有心部硬度的抗冲击性，更好地实现了汽车半轴制造技术的合理开发和高新工艺完善改进。40Cr和40MnBH合金结构钢的传统热处理工艺是用机械油或淬火油做淬火介质进行调质热处理。该淬火介质在淬火、回火过程中将产生大量的烟尘，环境污染严重。而且淬火前油温需要加热到60-80℃才能满足淬火工艺要求，否则不能淬硬工件。即使这样，由于淬火油淬火冷却速度较慢，在淬火过程中工件经常会出现硬度不足的软点、硬度不均的阴阳面。导致金相组织差，强度降低等缺陷，且容易发生火灾。另外，油淬还存在成本高的问题，每吨PAG淬火剂是19000元，大约每年需要4.8吨。而且采用PAG淬火剂浓度控制难度较大，流失严重，时间长了产生老化，出现淬火裂纹，加重了生产负担。
40Cr和40MnBH合金结构钢采用单纯水调质处理，易于产生淬火裂纹和严重变形。受其材料特性影响，不允许采用水激烈淬火，风险很大，现有技术中一般不会采用纯水进行淬火。
发明内容
本发明提供了一种汽车半轴的热处理调质方法，该方法克服了水淬后工件表面易产生裂纹的缺陷；而相对于常规的油淬，成本更低，产品的质量更加稳定；质量与常规的油淬的质量相当或更好。所述方案如下：
本发明实施例提供了一种汽车半轴的热处理调质方法，该方法包括：
(1)将半轴于淬火炉中加热至820-855℃，保温70-90min，加热完成后立即进行淬火；其中，半轴的材质为40MnBH或40Cr。
(2)将半轴浸入40-50℃水淬剂中进行淬火（于淬火池中），淬火完成后取出半轴；其中，水淬剂由水与碳酸氢钠按质量比1000:10-20调配而成。
(3)将半轴于回火炉中加热至550-570℃，保温70-120min，取出半轴空冷至300-380℃，再水冷。
其中，本发明实施例中半轴的杆部的直径为35-50mm，具体可以为35mm、38mm或50mm。
其中，为了保证淬火效果，在步骤(2)中，淬火池中水淬剂的流速为5-15m/s。
优选地，本发明实施例中的水淬剂由水与碳酸氢钠按质量比1000:15调配而成。
优选地，步骤(2)还包括：控制水淬温度和水淬剂中碳酸氢钠的比例使淬火完成后半轴的杆部和花键部的硬度HRC≥50（通常为50-58）。
具体地，本发明实施例中的淬火炉为箱式淬火炉，其功率为180-300KW。回火炉为箱式回火炉，其功率为100-200KW。
优选地，步骤(2)完成后于2h内进行步骤(3)。
具体地，如果半轴的材质为40MnBH，在步骤(1)中，加热温度为820-845℃，在步骤(2)中，水淬剂的温度为40-44℃。如果半轴的材质为40Cr，在步骤(1)中，加热温度为840-855℃，在步骤(2)中，水淬剂的温度为43-50℃。
具体地，本发明提供的热处理调质方法包括：
(1)将半轴于淬火炉中加热至830-850℃，保温70-90min；其中，半轴的材质为40MnBH或40Cr且其杆部的直径为35-50mm。
(2)将半轴浸入40-45℃水淬剂中进行淬火至半轴的杆部和花键部的硬度HRC≥50，淬火完成后取出半轴；其中，水淬剂由水与碳酸氢钠按质量比1000:15调配而成，水淬剂的流速为5-15m/s。
(3)将半轴于回火炉中加热至550-570℃，保温80-90min，取出半轴空冷至300-380℃，再水冷。
本发明具有如下优点：该方法克服了水淬后工件表面易产生裂纹的缺陷；而相对于常规的油淬，成本更低，产品的质量更加稳定；质量与常规的油淬的质量相当或更好。淬火后硬度达到HRC50-58且各检测点的差值为HRC3以内，回火后硬度达到HRC24-33，金相评级为3或4级。
附图说明
图1是实施例1中采用本发明提供的热处理调质方法得到的产品的金相图；
图2是实施例2中采用本发明提供的热处理调质方法得到的产品的金相图；
图3是实施例3中采用本发明提供的热处理调质方法得到的产品的金相图；
图4是常规的油淬工艺的冷却特性曲线；
图5是本发明提供的水淬工艺的冷却特性曲线。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本方法的原理为：主要原理是为了降低水的冷却速度，在钢材元素含量和炉温、水温一定的情况下，水的冷却速度是很快的，易于出现裂纹，控制住水的冷却速度，淬火组织才能密度细，硬度好，综合机械性能提高，强韧性会充分的发挥出来，才能满足台架试验的破坏性检验。用水淬火，冷却速度和油淬火有明显差异。用机械油淬火时，V300冷速一般为4-8C/S，其冷却特性曲线参见附图4；采用本发明的水淬剂淬火V300冷速一般为50-60C/S，其冷却特性曲线参见附图5。
实施例一、24F03065半轴
材料：40MnBH合金结构钢；材料规格：∮50；交货状态：热轧；化学成分见表1。
表1
序号 C Si Cr Mn P S
1 0.40 0.25 0.148 1.29 0.011 0.005
试件抽检数量：3件；单支工件重量：22kg，工件状态：粗加工毛坯件；
淬火水：水淬剂（水与碳酸氢钠的重量比）：1000：15；
淬火水温度：41℃；
淬火水箱：自动循环系统；
淬火设备：箱式淬火炉，功率：200KW，加热温度：830℃，保温90分钟；出炉后进淬火池中冷却。
淬火后硬度检验结果如表2所示：
表2
序号 花键部硬度（HRC） 杆部硬度（HRC）
1 53、54、55 54、55、55
2 54、56、55 52、52、54
3 51、51、53 52、53、53
回火设备：箱式回火炉，功率130kw；加热温度550℃，保温90分钟，出炉后空冷至300-380℃，再水冷。
回火后硬度检测结果如表3所示：
表3
Figure DEST_PATH_IMAGE002
金相组织见附图1，可以看到表面并没有淬火裂纹。
对比例：采用常规的油淬
淬火加热温度为840±10℃，时间为80分钟；回火温度为560±5℃，空冷至320±20℃，再水冷；
淬火后硬度检验结果如表4所示：
表4
序号 花键部硬度（HRC） 杆部硬度（HRC）
1 48、52、53 52、51、49
2 50、49、54 51、47、52
3 53、51、48 49、53、51
回火后硬度检测结果如表5所示：
表5
Figure DEST_PATH_IMAGE004
从表2和表4可以看出，本发明的水淬工艺相对于现有的油淬来说，淬火后工件的硬度相对于现有技术来说高HRC2-4，且硬度分别更加均匀（各检测点的硬度的差值在HRC3内，而现有技术各检测点的硬度的差值可达HRC6）。从表3和表5可以看出，本发明相对于现有的油淬来说，回火后工件的硬度差不多，金相等级也差不多。从表2-5可以看出，本发明提供的水淬工艺与常规的油淬工艺均符合验收标准：硬度HRC24-30，金相等级1-4级（索氏体）。
实施例二、M4L半轴
材料：40Cr合金结构钢；材料规格：∮38；交货状态：热轧；化学成分见表6。
表6
序号 C Si Cr Mn P S
1 0.40 0.26 0.97 0.65 0.021 0.024
试件数量：3件；单支工件重量：9.5kg，工件状态：粗加工毛坯件；
淬火水：水淬剂（水与碳酸氢钠的重量比）：1000:15；
淬火水温度：45℃；
淬火水箱：自动循环系统；
淬火设备：箱式淬火炉，功率：200KW，加热温度：850℃，保温60分钟；出炉后进淬火池中冷却。
淬火后硬度检验结果如表7所示：
表7
序号 花键部硬度（HRC） 杆部硬度（HRC）
1 54、56、53 53、52、54
2 53、55、53 53、53、54
3 54、53、52 51、54、53
回火设备：箱式回火炉，功率130kw；加热温度570℃，保温80分钟，出炉后空冷至300-380℃，再水冷。
回火后硬度检测结果如表8所示：
表8
Figure DEST_PATH_IMAGE006
金相组织见附图2，可以看到表面并没有淬火裂纹。
对比例：采用常规的油淬
淬火加热温度为840±10℃，时间为80分钟；回火温度为560±5℃，空冷至320±20℃；
淬火后硬度检验结果如表9所示：
表9
序号 花键部硬度（HRC） 杆部硬度（HRC）
1 49、51、53 50、48、52
2 49、54、51 48、52、51
3 51、48、53 49、49、53
回火后硬度检测结果如表10所示：
表10
Figure DEST_PATH_IMAGE008
从表7和表9可以看出，本发明的水淬工艺相对于现有的油淬来说，淬火后工件的硬度相对于现有技术来说高HRC2-4，且硬度分别更加均匀（各检测点的硬度的差值在HRC3内，而现有技术各检测点的硬度的差值可达HRC6）。从表8和表10可以看出，本发明相对于现有的油淬来说，回火后工件的硬度差不多，金相等级也差不多。从表7-10可以看出，本发明提供的水淬工艺与常规的油淬工艺均符合验收标准：硬度HRC27-33，金相等级1-4级（索氏体）。
实施例三、55Q1后桥半轴：
材料：40Cr合金结构钢；材料规格：∮35；交货状态：热轧；化学成分见表11。
表11
序号 C Si Cr Mn P S
1 0.42 0.29 0.94 0.71 0.021 0.015
试件数量：3件；单支工件重量：7.4kg，工件状态：粗加工毛坯件；
淬火水：水淬剂（水与碳酸氢钠的重量比）：1000:15；
淬火水温度：43℃；
淬火水箱：自动循环系统；
淬火设备：箱式淬火炉，功率：200KW，加热温度：850℃，保温60分钟；出炉后进淬火池中冷却。
淬火后硬度检验结果如表12所示：
表12
序号 花键部硬度（HRC） 杆部硬度（HRC）
1 53、54、55 52、53、54
2 52、54、55 55、53、52
3 54、54、52 53、53、55
回火设备：箱式回火炉，功率130kw，加热温度570℃，保温80分钟，出炉后空冷至350℃，再水冷。
回火后硬度检测结果如表13所示：
表13
Figure DEST_PATH_IMAGE010
金相组织见附图3，可以看到表面并没有淬火裂纹。
对比例：采用常规的油淬
淬火加热温度为840±10℃，时间为80分钟；回火温度为560±5℃，空冷至320±20℃；
淬火后硬度检验结果如表14所示：
表14
序号 花键部硬度（HRC） 杆部硬度（HRC）
1 52、49、48 53、52、48
2 51、54、48 50、53、49
3 51、48、52 51、50、47
回火后硬度检测结果如表15所示：
表15
Figure DEST_PATH_IMAGE012
从表12和表14可以看出，本发明的水淬工艺相对于现有的油淬来说，淬火后工件的硬度相对于现有技术来说高HRC2-4，且硬度分别更加均匀（各检测点的硬度的差值在HRC3内，而现有技术各检测点的硬度的差值可达HRC6）。从表13和表15可以看出，本发明相对于现有的油淬来说，回火后工件的硬度差不多，金相等级也差不多。从表12-15可以看出，本发明提供的水淬工艺与常规的油淬工艺均符合验收标准：硬度HRC27-33，金相等级1-4级（索氏体）。
经检测，在实施例1-3中，采用本发明的水淬工艺，淬火后，所有表面硬度均大于50HRC，淬火金相组织90%以上为马氏体；回火后，为回火索氏体加少量的铁素体组织。100%磁粉探伤，均没有淬火裂纹。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种汽车半轴的热处理调质方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)将半轴于淬火炉中加热至820-845℃，保温70-90min，所述半轴的材质为40MnBH且其杆部的直径为35-50mm；
(2)将半轴浸入40-44℃水淬剂中进行淬火至半轴的杆部和花键部的硬度HRC≥50，淬火完成后取出半轴，所述水淬剂由水与碳酸氢钠按质量比1000:15调配而成，所述水淬剂的流速为5-15m/s；
(3)将半轴于回火炉中加热至550-570℃，保温80-90min，取出半轴空冷至300-380℃，再水冷。
2.根据权利要求1所述的汽车半轴的热处理调质方法，其特征在于，所述淬火炉为箱式淬火炉，其功率为180-300KW；所述回火炉为箱式回火炉，其功率为100-200KW。
3.根据权利要求1所述的汽车半轴的热处理调质方法，其特征在于，步骤(2)完成后于2h内进行步骤(3)。
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