专利名称：汽车转向节的中频淬火及自回火工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于汽车零件热处理加工领域，具体地说是一种汽车转向节的中频淬火及自回火工艺。
背景技术：
转向节是汽车底盘零件之一，能够使汽车稳定行驶并灵敏传递行驶方向，其功用是承受汽车前部载荷，支承并带动前轮绕主销转动而使汽车转向。在汽车行驶状态下，它承受着多变的冲击载荷，因此，要求其具有很高的强度。为提高转向节的疲劳寿命，大多数产品都要求进行滚压和中频淬火，以消除表面形成残余压应力，提高产品疲劳强度。国内加工对滚压要求不高，难点在中频淬火，一般要对大端面、小端面、轴承位圆弧、油封位及油封位端面、圆弧等区域进行中频淬火。这类工件形状较复杂，淬火区域变化较大，从大端面、小端面、两个圆弧，感应圈制作复杂，国内外目前对这类工件的中频淬火件普遍采用的是炉中回火或感应回火，如美、日等国家就是采用这种方法。现有的传统工艺存在如下的缺点
(1)采用炉中低温回火，需增加回火炉，增加了占地面积；
(2)中频淬火后炉中回火，工件需两次搬运装卸，造成运费增加；
(3)低温回火时间长(1一1.5小时)，需单独集中处理，不能实现一个流生产，且管理成本较高；
(4)炉中低温回火/感应回火消耗燃动力，增加成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题，是提供一种汽车转向节的中频淬火及自回火工艺，它采用中频淬火后自回火，在保证零件热处理性能的基础上，省去了回火炉，节省设备投入及运营空间，实现一个流生产，降低了加工成本及管理成本，节约能源。为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是
一种汽车转向节的中频淬火及自回火工艺，汽车转向节由40Cr材料加工而成，其中频淬火及自回火工艺包括按照以下工序顺序进行 中频加热、喷淬火液冷却、放周转架进行自回火。作为本发明的限定，所述中频加热工序的中频电压为250-350V;中频功率为 40-50KW ；加热时间 11-16S。所述的喷淬火液冷却工序是在以下条件下进行的所述淬火液浓度为4-10%的 PAG水溶性淬火液；冷却时间为7-12S，喷射压力为0. 1-0. 35MPa。所述自回火的回火温度为200_320°C，空冷时间至少lOmin。本发明的上述工艺与工序设计，可以保证汽车大端面、轴承位及轴承位圆弧、油封位及油封位圆弧等淬火区域的淬火深度及热处理后的机构性能(主要指硬度、金相组织)满足设计要求。本发明的自回火机理是淬火冷却后在零件内部仍然存留的一部分热量，当这部分热量重新返回淬火层，使零件升温并达到回火效果，这种方式的回火称自行回火。感应加热、喷淬火液及自行回火过程零件表面温度的变化情况可参考说明书附图中的图1，图中 ab段是加热过程的升温曲线；bed为喷淬火液冷却过程零件表面的温度曲线，到d时刻喷冷停止，零件表面开始升温，不过此时零件表面有液体，升温过程是液体的蒸发过程，零件表面维持100°C左右，到达e时刻液体蒸发完了，表面开始迅速升温，到达f点为最高值，最高温度一般维持几秒至十几秒，又开始降温，这时已经取得了回火效果。f点所在温度称为 “自行回火温度”。
自行回火温度的测量使用测温笔，一般在冷却结束后3-10S内零件表面最高温度就是自行回火温度。自行回火操作方法当加热后喷射冷却结束后，取出工件，放在操作位置附近空 7令，空冷时间即是自回火时间。自回火的另一技术效果，是淬火后的零件经自回火后不易生锈。可见，由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，所取得的技术进步在于在保证零件热处理性能的基础上，省去了回火炉，节省设备投入及运营空间，实现汽车转向节产品的一个流生产，降低了加工成本及管理成本，节能、低碳、环保。本发明适用于对任何车型的汽车轴类转向节的热处理加工。本发明下面将结合说明书附图与具体实施例作进一步详细说明。
图1是汽车转向节产品在热处理过程中感应加热、喷淬火液及自行回火过程零件表面温度的变化曲线图2是本发明的工艺所处理的工件的结构示意图，图中涂黑区域为中频淬火区域； 图3是本发明工艺所用感应加热装置的结构示意图； 图4是图3所示感应加热装置使用状态的左视图； 图5是本发明工件热处理后金相组织与自回火时间的对应关系图； 图6与图7分别为轴承位1、大端面3的淬火长度与自回火时间的对应关系图； 图8—图10分别为轴承位1、大端面3、轴承位圆弧4、油封位圆弧5处淬火深度与自回火时间的对应关系图11一图15分别为大端面3、轴承位1及轴承位圆弧4、油封位2及油封位圆弧5等区域的热处理后硬度与自回火时间的对应关系图。图中1一轴承位，2—油封位，3—大端面，4一轴承位圆弧，5—油封位圆弧， 6—小端面，7—进水管，8—有效圈，9一喷水圈。
具体实施例方式
实施例本实施例涉及一种汽车转向节的中频淬火及自回火工艺。该汽车转向节由40Cr材料加工而成，其结构如图2所示，图中所示的黑色区域为需要中频淬火加自回火的部位，包括大端面3、小端面6、轴承位1及轴承位圆弧4、油封位2及油封位圆弧5等区域。本工艺的理论基础是淬火冷却后在零件内部仍然存留的一部分热量，当这部分热量重新返回淬火层，使零件升温并达到回火效果，这种方式的回火称自行回火。感应加热、喷淬火液及自行回火过程零件表面温度的变化情况可参考说明书附图中的图1，图中 ab段是加热过程的升温曲线；bed为喷淬火液冷却过程零件表面的温度曲线，到d时刻喷冷停止，零件表面开始升温，不过此时零件表面有液体，升温过程也是其蒸发的过程，表面维持100°C左右，到达e时刻液体蒸发完了，零件表面开始迅速升温，到达f点为最高值，最高温度一般维持几秒至十几秒，又开始降温，这时已经取得了回火效果。f点所在温度称为 “自行回火温度”。自行回火温度的测量使用测温笔，一般在冷却结束后3-10S内零件表面最高温度就是自行回火温度。本实施例的具体工艺参数是经过大量的实验得出的，实验过程证明 工件热处理后的金相组织与自回火时间的对应关系如图5所示；
轴承位1、大端面3的淬火长度与自回火时间的对应关系，分别如图6与图7所示； 轴承位1、大端面3、圆弧处(包括油封位圆弧5、轴承位圆弧2)淬火深度与自回火时间的对应关系，分别如图8—图10所示；
大端面3、轴承位1及轴承位圆弧2、油封2及油封处圆弧5等区域的热处理后洛氏硬度与自回火时间的对应关系，分别如图11 一图15。综合上述图表(图5—图15)，针对汽车转向节的设计性能要求，本实施例对汽车转向节进行中频淬火及自回火的具体工艺，确定为按照以下工序顺序进行上件、中频加热、喷淬火液冷却、测温笔检测工件温度至冷却至回火温度——卸件——放周转架进行自回火。上述的中频加热工序是在以下条件下进行的中频电压为250-350V ；中频功率为 40-50KW ；加热时间11-16S。中频加热所采用的感应加热装置，其结构参考图3与图4，是对汽车转向节进行感应加热的常规设备，图中7、8、9分别表示该设备的主要构件进水管、有效圈与喷水圈。喷淬火液冷却工序是在以下条件下进行的使用浓度4-10%的PAG水溶性淬火剂， 温度10-400C ；冷却时间为7-12S，喷射压力为0. 1-0. 35MPa。喷水至工件表面温度达自回火温度，即200_320°C，空冷时间不少于lOmin。经测定，经上述工艺处理后工件的性能如下表所示
权利要求
1.一种汽车转向节的中频淬火及自回火工艺，汽车转向节由40Cr材料加工而成，其特征在于所述的中频淬火及自回火工艺包括以下工序中频加热、喷淬火液冷却、放周转架进行自回火。
2.根据权利要求1所述的汽车转向节的中频淬火及自回火工艺，其特征在于所述中频加热工序的中频电压为250-350V ；中频功率为40-50KW ；加热时间11-16S。
3.根据权利要求1所述的汽车转向节的中频淬火及自回火工艺，其特征在于所述的喷淬火液冷却工序是在以下条件下进行的所述淬火液为浓度4-10%的PAG水溶性淬火液， 淬火液温度10-40°C ；冷却时间为7-12S，喷射压力为0. 1-0. 35MPa。
4.根据权利要求1所述的汽车转向节的中频淬火及自回火工艺，其特征在于所述自回火的回火温度为200-320°C，空冷时间至少lOmin。
全文摘要
本发明属于汽车零件热处理加工领域，具体地说是一种汽车转向节的中频淬火及自回火工艺，该汽车转向节由40Cr材料加工而成，其中频淬火及自回火工艺包括以下中频加热、喷淬火液冷却、放周转架进行自回火等工序。本工艺在保证零件热处理性能的基础上，省去了回火炉，节省回火设备投入及运营空间，实现产品的一个流生产，降低了加工成本及管理成本，节能、减排、低碳、环保；另外，淬后零件经自回火后具有不易生锈的特点，本发明适用于汽车轴类转向节的热处理加工。
文档编号C21D1/10GK102168166SQ20111007909
公开日2011年8月31日 申请日期2011年3月31日 优先权日2011年3月31日
发明者姜卓莲, 王惠敏 申请人:长城汽车股份有限公司