一种提高少片簧性能的预应力等温淬火方法
阅读：40发布：2023-02-16
专利汇可以提供一种提高少片簧性能的预应力等温淬火方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种提高少片簧性能的预应 力 等温淬火方法，包括：将少片簧加热到860℃～900℃使其发生完全奥氏体化，然后对少片簧施加预 应力 使其发生塑性 变形 ，随后将少片簧立即转移到240℃～260℃的淬火盐浴槽中淬火冷却1min～3min，再放入280℃～320℃的等温盐浴槽中等温120min～180min，最后取出快速 风 冷至室温即可。本发明通过将少片簧材料的形变强化和 相变 强化相结合，获得均匀细小的下 贝氏体 + 马 氏体+残余奥氏体的复相组织，使少片簧获得高强度、高塑性和高韧性的良好配合，从而大幅提高少片簧的疲劳性能，同时简化了少片簧的生产流程，节约了 能源 消耗。，下面是一种提高少片簧性能的预应力等温淬火方法专利的具体信息内容。
1.一种提高少片簧性能的预应力等温淬火方法，其特征在于，包括以下步骤：
S101、将少片簧加热到860℃～900℃，使其发生完全奥氏体化，获得A样品；
S102、对A样品施加预应力使其发生塑性变形，获得B样品；
S103、将B样品立即转移到240℃～260℃的淬火盐浴槽中淬火冷却1min～3min，获得C样品；
S104、将C样品放入280℃～320℃的等温盐浴槽中等温120min～180min，获得D样品；
S105、将D样品取出风冷至室温，得到等温淬火后的少片簧。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述淬火盐浴槽中的淬火盐浴由50％的KNO3、48％的NaNO2和2％的H2O组成。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述等温盐浴槽中的等温盐浴由50％的KNO3、48％的NaNO2和2％的H2O组成。
一种提高少片簧性能的预应力等温淬火方法
技术领域
背景技术
[0002] 少片变截面钢板弹簧(简称少片簧)是一种先进的汽车钢板弹簧技术，它一般是由1～4片等宽、等长和截面厚度沿长度方向变化的簧片组成，其在长度方向上各个截面处的应力相等或近似相等。与多片等截面钢板弹簧相比，少片变截面钢板弹簧可降低自重30％～40％，同时减少由于片间接触而引起的摩擦和磨损，改善汽车行驶的平顺性和稳定性。少片簧已经广泛应用于轻型车、客车及中重型车，有逐步取代等截面多片簧的发展趋势。少片簧的制造工艺路线包括：扁钢下料→中心孔加工→变截面轧制→端部卷耳→热处理→喷丸强化→表面喷漆→装配，其中热处理是保证少片簧获得高强度、良好塑韧性的关键工艺。目前少片簧热处理一直采用传统的淬火+中温回火工艺，其具体工艺为：860℃加热奥氏体化→快速淬火油淬火→450℃回火，热处理后获得回火屈氏体组织，抗拉强度达到1500MPa，断后伸长率、断面收缩率分别达到10％、40％，冲击功为28J。
[0003] 随着汽车向高速重载、轻量化及高可靠性的发展趋势，要求提高变截面少片簧的设计应力，这就需要进一步提高少片簧材料的性能，因此提高少片簧材料的强度、塑韧性等对实现整车的轻量化与高可靠性具有重大意义。但是通过传统的淬火+中温回火工艺已经无法同时提高少片簧材料的强度和塑韧性，必须突破传统技术来寻求其它的途径。近年来，国内外在实现少片簧材料的高强韧性方面开展了大量研究工作，其技术研究主要有两点。一方面利用微合金化技术研究和开发高强度的少片簧新材料，即通过科学合理地设计新材料的化学成分，充分有效地发挥C、Mn、Cr、V、Nb、Mo、Ni等合金元素的作用，依靠固溶强化、细晶强化和析出强化等强化方式来提高新材料的强度和塑韧性。但是添加贵重金属元素、开发周期长等因素会使新材料的生产成本提高，这对新材料的推广应用带来一定的局限性，因此对于高强度的少片簧新材料开发，必须在提高材料性能的同时兼顾其经济性，最终才能被广大用户所接受。另一方面，对于现有的少片簧材料改进传统的热处理工艺，获得马氏体+残余奥氏体的复相组织，显著提高少片簧材料的强度和塑韧性，例如采用先进的淬火-分配(Q-P)工艺，但是这种工艺在提高材料性能的同时增加成本。
发明内容
[0004] 针对上述技术问题，本发明旨在通过改进少片簧的传统工艺，提出一种提高少片簧性能的预应力等温淬火方法，使少片簧获得高强度、高塑性和高韧性的良好配合，从而大幅提高少片簧的疲劳性能，同时简化少片簧的生产流程，节约能源消耗。
[0005] 本发明采用的技术方案为：
[0006] 本发明实施例一种提高少片簧性能的预应力等温淬火方法，包括以下步骤：
[0007] S101、将少片簧加热到860℃～900℃，使其发生完全奥氏体化，获得A样品；
[0008] S102、对A样品施加预应力使其发生塑性变形，获得B样品；
[0009] S103、将B样品立即转移到240℃～260℃的淬火盐浴槽中淬火冷却1min～3min，获得C样品；
[0010] S104、将C样品放入280℃～320℃的等温盐浴槽中等温120min～180min，获得D样品；
[0012] 可选地，所述淬火盐浴槽中的淬火盐浴由50％的KNO3、48％的NaNO2和2％的H2O组成。
[0013] 可选地，所述等温盐浴槽中的等温盐浴由50％的KNO3、48％的NaNO2和2％的H2O组成。
[0014] 本发明实施例提供的提高少片簧性能的预应力等温淬火方法，至少具有以下优点：
[0015] (1)在将少片簧加热奥氏体化后，施加预应力使材料发生一定程度的塑性变形，则奥氏体发生再结晶，使奥氏体晶粒显著细化，导致淬火冷却相变后的组织也得到细化。
[0016] (2)少片簧经盐浴的淬火和等温处理，获得均匀细小的下贝氏体+马氏体+残余奥氏体的复相组织，使少片簧获得高强度、高塑性和高韧性的良好配合。
[0017] (3)将少片簧的形变强化和相变强化相结合，即取弧成形与热处理相结合，简化了少片簧的生产流程，节约能源消耗，从而带来显著的经济效益。
[0019] 图1为本发明实施例提供的提高少片簧性能的预应力等温淬火方法的流程示意图；
[0020] 图2是采用传统工艺处理的少片簧的显微组织；
[0021] 图3是采用本发明方法处理的少片簧的显微组织；
[0022] 图4是采用传统工艺处理的少片簧的疲劳S-N曲线；
[0023] 图5是采用本发明方法处理的少片簧的疲劳S-N曲线。
具体实施方式
[0024] 为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
[0025] 如图1所示，本发明实施例提供的提高少片簧性能的预应力等温淬火方法，包括以下步骤：
[0026] S101、将少片簧加热到860℃～900℃，使其发生完全奥氏体化，获得A样品；
[0027] S102、对A样品施加预应力使其发生塑性变形，获得B样品；
[0028] S103、将B样品立即转移到240℃～260℃的淬火盐浴槽中淬火冷却1min～3min，获得C样品；
[0029] S104、将C样品放入280℃～320℃的等温盐浴槽中等温120min～180min，获得D样品；
[0030] S105、将D样品取出风冷至室温，得到等温淬火后的少片簧。
[0031] 其中，在步骤S101中，少片簧在可控气氛炉中进行加热。
[0032] 在步骤S102中，可利用专用夹具对步骤S101得到的A样品施加一定的预应力使得A样品在该预应力下发生塑性变形，从而得到B样品，得到的B样品为弧状。
[0033] 在步骤S103中，可采用240℃～260℃的淬火盐浴作为淬火冷却介质对B样品进行冷却。在一示意性实施例中，所述淬火盐浴槽中的淬火盐浴可由50％的KNO3、48％的NaNO2和2％的H2O组成。
[0034] 在步骤S104中，可采用280℃～320℃的等温盐浴进行等温处理。在一示意性实施例中，所述等温盐浴槽中的等温盐浴由50％的KNO3、48％的NaNO2和2％的H2O组成。
[0035] 在本发明实施例中，奥氏体化后的少片簧在预应力下材料发生一定程度的塑性变形，则奥氏体会发生再结晶，使奥氏体晶粒显著细化，导致淬火冷却相变后的组织也得到细化。少片簧经盐浴的淬火和等温处理后，可获得均匀细小的下贝氏体+马氏体+残余奥氏体的复相组织，使少片簧获得高强度、高塑性和高韧性的良好配合。此外，等温过程形成的针状下贝氏体组织中位错密度高，且碳化物分布均匀，弥散度大，提高了少片簧的强度和塑韧性；在等温阶段，碳向未转变奥氏体中发生扩散并使之稳定化，保留到室温便形成残余奥氏体组织，显著改善了少片簧的塑韧性；快速风冷过程中，有部分未转变奥氏体发生马氏体转变，这样，一定含量的马氏体组织保证少片簧具有高的强度。此外，本发明将少片簧的取弧成形与热处理相结合，简化了少片簧的生产流程，节约了能源消耗，从而带来显著的经济效益。并且，本发明中，少片簧采用特殊组成的盐浴进行淬火冷却和等温处理，放弃了传统的油淬火处理，因此在热处理过程中不产生油烟，且随零件带出损失小、表面容易清理，显著改善生产现场的工作环境。
[0036] 【实施例】以下以材料为50CrMnVA钢的少片簧为例，对本发明的等温淬火方法的优点进行说明。
[0037] 本实施例中的少片簧的化学成分如下表1所示：
[0038] 表1化学成分
[0039]化学元素 C P S Mn Si Cr V
检验结果 0.51 0.016 0.012 1.00 0.23 1.11 0.13
检验结果 0.51 0.016 0.012 1.00 0.23 1.11 0.13
[0040] 【实施例1】
[0041] 本实施例中，对少片簧分别采用传统工艺和本发明的方法进行处理，然后在处理后的少片簧上取样加工标准的拉伸试样和冲击试样，开展室温条件下的拉伸试验、冲击试验及硬度试验，以测定少片簧材料在不同工艺处理后的规定塑形延伸强度、抗拉强度、断后伸长率、断面收缩率、冲击功和硬度等性能，具体试验结果见表2。
[0042] 传统工艺：860℃加热奥氏体化→快速淬火油淬火冷却→450℃回火保温150min→空冷或水冷至室温，热处理后获得的回火屈氏体组织如图2所示。
[0043] 本发明方法：860℃加热奥氏体化→专用夹具施加预应力发生塑性变形→240℃淬火盐浴槽中淬火冷却1min→280℃等温盐浴槽中等温120min→快速风冷至室温，热处理后获得下贝氏体+马氏体+残余奥氏体的复相组织如图3所示。
[0044] 表2性能试验结果
[0045]
[0046] 由表2可知，与传统工艺相比，本发明方法处理后的少片簧材料的规定塑形延伸强度提高了17％，抗拉强度提高了16％，断后伸长率提高了14％，断面收缩率提高了17％，冲击功提高了43％，硬度提高了5HRC。由此可知，经本发明方法处理后的少片簧材料具有更高的强度、硬度和塑韧性。
[0047] 【实施例2】
[0048] 本实施例中，对少片簧分别采用传统工艺和本发明的方法进行处理，然后在处理后的少片簧上取样加工标准的拉伸试样和冲击试样，开展室温条件下的拉伸试验、冲击试验及硬度试验，以测定少片簧材料在不同工艺处理后的规定塑形延伸强度、抗拉强度、断后伸长率、断面收缩率、冲击功和硬度等性能，具体试验结果见表3。
[0049] 传统工艺：按实施例1进行处理。
[0050] 本发明方法：880℃加热奥氏体化→专用夹具施加预应力发生塑性变形→250℃淬火盐浴槽中淬火冷却2min→300℃等温盐浴槽中等温150min→快速风冷至室温。
[0051] 表3性能试验结果
[0052]
[0053] 由表3可知，与传统工艺相比，本发明方法处理后的少片簧材料的规定塑形延伸强度提高了16％，抗拉强度提高了13％，断后伸长率提高了19％，断面收缩率提高了20％，冲击功提高了54％，硬度提高了4HRC。由此可知，经本发明方法处理后的少片簧材料具有更高的强度、硬度和塑韧性。
[0054] 【实施例3】
[0055] 本实施例中，对少片簧分别采用传统工艺和本发明的方法进行处理，然后在处理后的少片簧上取样加工标准的拉伸试样和冲击试样，开展室温条件下的拉伸试验、冲击试验及硬度试验，以测定少片簧材料在不同工艺处理后的规定塑形延伸强度、抗拉强度、断后伸长率、断面收缩率、冲击功和硬度等性能，具体试验结果见表4。
[0056] 传统工艺：按实施例1进行处理。
[0057] 本发明方法：900℃加热奥氏体化→专用夹具施加预应力发生塑性变形→260℃淬火盐浴槽中淬火冷却3min→320℃等温盐浴槽中等温180min→快速风冷至室温。
[0058] 表4性能试验结果
[0059]
[0060] 由表4可知，与传统工艺相比，本发明方法处理后的少片簧材料的规定塑形延伸强度提高了14％，抗拉强度提高了12％，断后伸长率提高了14％，断面收缩率提高了21％，冲击功提高了57％，硬度提高了3.5HRC。由此可知，经本发明方法处理后的少片簧材料具有更高的强度、硬度和塑韧性。
[0061] 【实施例4】
[0062] 本实施例中，对少片簧分别利用传统工艺和本发明的方法进行处理，然后在少片簧上取样加工标准的拉伸试样、冲击试样和旋转弯曲疲劳试样，开展室温条件下的拉伸试验、冲击试验及旋转弯曲疲劳性能试验，以测定少片簧材料在不同工艺处理后的规定塑形延伸强度、抗拉强度、断后伸长率、断面收缩率、冲击功和疲劳极限等性能，具体试验结果见表5、图4和图5。
[0063] 传统工艺：按实施例1进行处理。
[0064] 本发明方法：860℃加热奥氏体化→专用夹具施加预应力发生塑性变形→240℃淬火盐浴槽中淬火冷却2min→300℃等温盐浴槽中等温150min→快速风冷至室温。
[0065] 表5性能试验结果
[0066]
[0067] 由表5可知，与传统工艺相比，本发明方法处理后的少片簧材料的规定塑形延伸强度提高了16％，抗拉强度提高了13％，断后伸长率提高了19％，断面收缩率提高了23％，冲击功提高了50％，疲劳极限提高了15％。由此可知，经本发明方法处理后的少片簧材料具有更高的强度和塑韧性，疲劳极限获得显著提高，综合力学性能明显优于传统工艺。
[0068] 【实施例5】
[0069] 本实施例中，对少片簧分别利用传统工艺和本发明的方法进行处理，然后表面喷丸强化处理，并开展台架疲劳寿命试验以验证少片簧的可靠性，具体试验结果如表6所示。
[0070] 传统工艺：按实施例1进行处理。
[0071] 本发明方法：900℃加热奥氏体化→专用夹具施加预应力发生塑性变形→260℃淬火盐浴槽中淬火冷却3min→320℃等温盐浴槽中等温180min→快速风冷至室温。
[0072] 表6台架疲劳寿命试验结果
[0073]
[0074] 由表6可知，与传统工艺相比，本发明方法处理后的少片簧的台架疲劳试验寿命提高了近3倍。由此可知，经本发明方法处理后的少片簧具有更高的疲劳性能。
[0075] 以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
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