专利名称：汽车零部件冷挤压坯料的软化方法
技术领域：
本发明涉及一种热处理技术领域的方法，具体是一种汽车零部件冷挤压坯料的软化方法。
背景技术：
随着汽车工业的高速发展，国内外的冷挤压工艺有了较大发展，这对于冷挤压坯料的性能提出了新的要求。要求坯料塑性好，在低的单位积压下易于流动，挤压时不开裂，最终热处理的芯部硬度等。一般认为，球化组织是获得低单位压应力的首要条件，因为这种组织的加工硬化率低，因而使钢的冷积压性能得到改善，国内外冷挤压坯料大多是进行完全退火或球化退火。
冷挤压坯料软化是要保证冷挤压工艺的顺利进行，有利于减少最终热处理后零件的变形，保证最终热处理得到合理的硬度及金相组织。普遍采用的是球化退火工艺对冷挤压坯料进行软化处理，以达到使冷挤压工艺顺利进行的目的。通常工艺是坯料在Ac1温度以上30～50℃范围内保温0.5～1小时，以15～25℃/h的冷却速度冷却至Ar1±20℃，保温2.5～3.5小时；再加热至Ac1温度以上30～50℃范围内保温0.5～1小时，以15～25℃/h的冷却速度冷却至Ar1±20℃，保温2.5～3.5小时后随炉冷至室温出炉。此工艺能够达到冷挤压塑形变性的工艺要求，但工艺周期长，生产效率低，特别是对汽车行业常用的Mn-Cr系渗碳钢在最终渗碳淬火回火后心部硬度偏低，不适合使用此工艺。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足和缺陷，提供一种汽车零部件冷挤压坯料的软化方法，使其解决最终热处理心部硬度低，生产周期长，效率低的问题，降低成本，利于大批量的工业化生产。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明采用等温正火工艺对热扎状态的冷挤压坯料进行软化，具体为首先落料，将热轧圆钢割成所需规格的坯料；其次加料，将坯料摆放至生产线的料架上；接着对坯料进行等温正火处理，即对坯料进行整体软化使组织转变充分、硬度均匀；再通过钢球进行表面抛丸处理，祛除氧化皮；然后进行磷皂化处理，即对坯料进行表面软化处理；最后将坯料挤压成型，并利用超声波探伤仪对冷挤压产品进行探伤。
所述的落料，是指根据冷挤压产品的需要，将热轧状态的圆钢切割成需要的长度，并考虑后道工序的火耗问题，一般取0.5～2％的火耗。
所述的加料，是指根据坯料的具体形状确定加料方式及坯料的摆放方式，基本原则一是有利于热传导二是考虑坯料(特别是细长的坯料)的弯曲变形问题。建议细长件竖直摆放。
所述的等温正火处理分为加热保温、冷却、等温保温三个阶段，具体如下(1)加热保温坯料加热至奥氏体化温度以上，保温使坯料完成奥氏体化的过程。该过程包括升温过程、奥氏体形成(包括成核及长大)、残留碳化物溶解、奥氏体成分均匀化四个过程。
a、升温过程因在一定的加热速度范围内，临界点随加热速度增加而升高；快速连续加热时形成的奥氏体成分布均匀性增大。所以，加热升温速度不易过大，建议加热速度为1.0～1.6min/mm。
b、奥氏体形成过程当坯料加热至奥氏体化温度后，奥氏体晶核便在铁素体和渗碳体相界面出形成，并不断的通过铁素体与奥氏体之间的点阵重构，渗碳体的溶解和碳在奥氏体中的扩散实现奥氏体晶粒的不断长大。
c、残留碳化物溶解由于是连续加热(或者过热度愈大)，坯料中残留的碳化物数量愈多，只有继续保温，残留碳化物才能逐渐溶解。此过程是必需的，工艺设定时一定要考虑。
d、奥氏体成分均匀化珠光体转变为奥氏体时，在残留渗碳体刚刚完全融入奥氏体的情况下，碳在奥氏体内的分布式不均匀的，会影响坯料软化硬度的均匀性，组织的均匀性，坯料的塑形变形能力下降，不利于冷挤压成形。因此，软化工艺必须考虑奥氏体成分均匀化的过程，一般在奥氏体化温度保温0.5～1小时。
对于上述b、c、d，加热保温时间要足够，即保温时间足够使材料完全奥氏体化、并得到均匀化。加热保温时间要根据不同的材料特性而定，汽车行业常用的Mn-Cr系低碳钢，加热温度为920±40℃，加热保温时间一般为1.5～3小时。
(2)冷却以小于临界冷却速度(不同的材料临界冷却速度不同，根据材料成分和性能而定，此数据可从钢材手册中查取或通过试验获取)冷却，使坯料从奥氏体化温度冷却至珠光体转变温度区间，并伴随着组织转变(奥氏体——珠光体)，坯料的硬度基本上是在此过程形成的。因此，对不同化学成分的坯料，选择合适的冷却方式是至关重要的，速度不易过大，一般不大于42℃/min，冷却终了温度一般冷却至珠光体转变问题区间偏上一点。
(3)等温保温过程坯料在冷却过程中只有少部分组织转变，大部分组织转变主要是在过程完成的，即奥氏体——珠光体。此时的组织转变是在一定的温度区间内进行的，这样珠光体的层间距相等，晶粒大小一致，组织成分均匀，机械性能均匀，利于塑性变形。等温温度、时间确定的依据是坯料的自身所决定的，汽车行业常用的Mn-Cr系低碳钢，等温温度为600±40℃，等温时间一般为1.5～2.5小时。总的原则是使组织转变充分，硬度均匀。
所述的抛丸，是指等温正火后，通过Φ1.0mm的钢球进行物理祛除氧化皮处理，选用小钢砂的抛丸处理，有两个好处一是顺利的祛除氧化皮，二是使坯料表面产生压应力，使坯料表面组织致密些。
所述的磷皂化，是指坯料的软化工序，使用的也是专用的生产线，与等温正火不同的是等温正火是对坯料进行的整体软化，而磷皂化是对坯料进行的表面软化处理。在坯料表面形成一层特殊的润滑支承层(磷酸盐处理层)，以减小冷挤压过程中坯料与模具之间的摩擦系数，即减小坯料与模具之间的成形阻力(摩擦力)，提高模具的使用寿命，利于坯料成形，避免拉伤产品或模具表面及避免使产品表面形成严重的鱼鳞状裂纹。
所述的挤压成型，是指利用压机坯料在模具中成型的过程。
所述的探伤，是指对冷挤压产品进行无损检验的过程，此过程主要是检验产品是否有内在质量缺陷，如内部显微裂纹等。
冷挤压坯料的软化工艺的原则一是满足冷挤压工艺的需要，包括后道工序的需求，二是要低成本。与传统的退火(球化退火)工艺相比，本发明采用等温正火工艺对热扎状态的冷挤压坯料进行软化，突破了传统的退火工艺方法，完全能够达到冷挤压对坯料塑性变形要求，塑性变形好、无开裂，并且解决了低碳合金渗碳钢淬火后零件芯部硬度低的难题(有些冷挤压零件采用球化退火工艺软化，则在渗碳淬火后其芯部硬度达不到技术要求)。
具体实施例方式
结合本发明的内容提供以下实施例予以说明实施例1采用本发明对20MnCr5材料的冷挤压的变速器输出轴就采用了等温正火工艺对其进行了坯料的软化处理，具体过程及结果如下对Φ38的20MnCr5圆钢按工艺要求利用锯床落料，竖直摆放至等温正火生产线的料架上，利用等温正火先加热至930℃，保温2.5小时，控制空冷至620℃保温1.5小时，出炉空冷。得到的坯料硬度为160～165HB，金相组织为均匀的珠光体；在抛丸机上进行表面祛除氧化皮处理；利用磷皂化生产线进行磷皂化处理，磷化液温度控制在90±10℃范围内，磷化时间为15分钟左右，水洗后进行8分钟的皂化处理，最后进行坯料的烘干处理；在四柱压力机上进行冷挤压成形处理后进行全数无损探伤没有发现显微裂纹，全部合格。
在对最终渗碳淬火的跟踪结果为，心部硬度481～492Hv30，达到了技术要求；而使用球化退火软化工艺，其最终渗碳淬火后心部硬度为369～374Hv30，低于技术要求。而且等温正火工艺的生产周期约为4～6个小时，与球化退火的生产周期10～20小时，相比生产效率提高了2.5～5倍，有利于工业化大生产。
此外，还对16MnCr5、20MnCr5、20CrMnTi、20CrMoH等材料进行了冷挤压软化处理，数年来批产数百万件，得到了良好的效果。
实施例2采用本发明对16MnCr5材料的冷挤压的变速器输入轴就采用了等温正火工艺对其进行了坯料的软化处理，具体过程及结果如下对Φ38的16MnCr5圆钢按工艺要求利用锯床落料，竖直摆放至等温正火生产线的料架上，利用等温正火先加热至960℃，保温1.5小时，控制空冷至580℃保温2小时，出炉空冷。得到的坯料硬度为165～170HB，金相组织为均匀的珠光体；在抛丸机上进行表面祛除氧化皮处理；利用磷皂化生产线进行磷皂化处理，磷化液温度控制在90℃范围内，磷化时间为15分钟左右，水洗后进行5分钟的皂化处理，最后进行坯料的烘干处理；在四柱压力机上进行冷挤压成形处理后进行全数无损探伤没有发现显微裂纹，全部合格；最终渗碳淬火硬度(包括心部硬度)达到了技术要求。
实施例3采用本发明对20CrMoH材料的冷挤压的变速器输出轴就采用了等温正火工艺对其进行了坯料的软化处理，具体过程及结果如下对Φ43的20CrMoH圆钢按工艺要求利用锯床落料，竖直摆放至等温正火生产线的料架上，利用等温正火先加热至900℃，保温2小时，控制空冷至660℃保温2.5小时，出炉空冷。得到的坯料硬度为160～165HB，金相组织为均匀的珠光体；在抛丸机上进行表面祛除氧化皮处理；利用磷皂化生产线进行磷皂化处理，磷化液温度控制在90±10℃范围内，磷化时间为15分钟左右，水洗后进行10分钟的皂化处理，最后进行坯料的烘干处理；在四柱压力机上进行冷挤压成形处理后进行全数无损探伤没有发现显微裂纹，全部合格；最终渗碳淬火硬度(包括心部硬度)达到了技术要求。
权利要求
1.一种汽车零部件冷挤压坯料的软化方法，其特征在于，采用等温正火工艺对热扎状态的冷挤压坯料进行软化，首先落料，将热轧圆钢割成所需规格的坯料；其次加料，将坯料摆放至生产线的料架上；接着对坯料进行等温正火处理，即对坯料进行整体软化使组织转变充分、硬度均匀；再通过钢球进行坯料表面抛丸处理，祛除氧化皮；然后进行磷皂化处理，即对坯料进行表面软化处理；最后将坯料挤压成型，并对冷挤压产品进行探伤。
2.根据权利要求1所述的汽车零部件冷挤压坯料的软化方法，其特征是，所述的等温正火处理分为加热保温、冷却、等温保温三个阶段，具体如下(1)加热保温坯料加热至奥氏体化温度以上，保温使坯料完成奥氏体化的过程，该过程包括升温过程、奥氏体形成、残留碳化物溶解、奥氏体成分均匀化；a、升温过程加热速度为1.0～1.6min/mm；b、奥氏体形成过程坯料加热至奥氏体化温度后，奥氏体晶核便在铁素体和渗碳体相界面出形成，并通过铁素体与奥氏体之间的点阵重构，渗碳体的溶解和碳在奥氏体中的扩散实现奥氏体晶粒的长大；c、残留碳化物溶解连续加热或者过热度愈大导致坯料中残留的碳化物数量愈多，通过继续保温逐渐溶解残留碳化物；d、奥氏体成分均匀化在奥氏体化温度保温0.5～1小时；(2)冷却以小于临界冷却速度冷却，冷却速度小于或者等于42℃/min；(3)等温保温过程对于Mn-Cr系低碳钢，等温温度为620±40℃，等温时间为1.5～2.5小时。
3.根据权利要求2所述的汽车零部件冷挤压坯料的软化方法，其特征是，所述的加热保温，对于Mn-Cr系低碳钢，加热温度为930±30℃，加热保温时间为1.5～3小时。
4.根据权利要求1所述的汽车零部件冷挤压坯料的软化方法，其特征是，所述的落料，是指将热轧状态的圆钢切割成需要的长度，后道工序取0.5～2％的火耗。
5.根据权利要求1所述的汽车零部件冷挤压坯料的软化方法，其特征是，所述的加料，是指根据坯料的具体形状确定加料方式及坯料的摆放方式，细长件竖直摆放。
6.根据权利要求1所述的汽车零部件冷挤压坯料的软化方法，其特征是，所述的抛丸，是指等温正火后，通过Φ1.0mm的钢球进行物理祛除氧化皮处理。
7.根据权利要求1所述的汽车零部件冷挤压坯料的软化方法，其特征是，所述的磷皂化，是指坯料的软化工序，在坯料表面形成一层润滑支承层即磷酸盐处理层，以减小冷挤压过程中坯料与模具之间的摩擦系数。
8.根据权利要求1所述的汽车零部件冷挤压坯料的软化方法，其特征是，所述的磷皂化，磷化液温度控制在90±10℃范围内，磷化时间为15分钟，水洗后进行5～10分钟的皂化处理，最后进行坯料的烘干处理。
9.根据权利要求1所述的汽车零部件冷挤压坯料的软化方法，其特征是，所述的挤压成型，是指利用压机坯料在模具中成型的过程。
10.根据权利要求1所述的汽车零部件冷挤压坯料的软化方法，其特征是，所述的探伤，是指利用超声波探伤仪对冷挤压产品进行无损检验的过程，检验产品是否有内在质量缺陷。
全文摘要
一种热处理技术领域的汽车零部件冷挤压坯料的软化方法，采用等温正火工艺对热扎状态的冷挤压坯料进行软化，具体为首先落料，将热轧圆钢割成所需规格的坯料；其次加料，将坯料摆放至生产线的料架上；接着对坯料进行等温正火处理，即对坯料进行整体软化使组织转变充分、硬度均匀；再通过钢球进行坯料表面抛丸处理，祛除氧化皮；然后进行磷皂化处理，即对坯料进行表面软化处理；最后将坯料挤压成型，并对冷挤压产品进行探伤。本发明解决最终热处理心部硬度低，生产周期长，效率低的问题，降低成本，利于大批量的工业化生产。
文档编号C21D11/00GK1757765SQ20051003096
公开日2006年4月12日 申请日期2005年11月3日 优先权日2005年11月3日
发明者白云岭, 宦有佩, 尚培文, 张晖, 孙华标 申请人:上海保捷汽车零部件锻压有限公司