高强度钢异型后桥横梁感应淬火方法及其感应器的制造方法
【专利摘要】本发明的目的在于提供高强度钢异型后桥横梁感应淬火方法及其感应器，该感应器包括感应圈，能避免尖角效应和邻近效应引起的工件的两侧臂顶端由于局部温度过高产生的过热和脱碳现象、但V形槽底部的温度又达不到淬火效果的问题，该感应圈从其轴向方向看包括对应一V形的开口侧的第一端头段，对应该V形的底部侧的第二端头段，以及分别对应该V形的两侧臂的中间段，两中间段分别通过过渡段和第二端头段连接，两中间段分别和第一端头段连接，各连接处圆滑过渡；中间段垂直于第一端头段和第二端头段，过渡段相对中间段和第二端头段倾斜；所述第二端头段、中间段、过渡段为平滑部位，该第一端头段的中部的内侧向所述V形内凸出，而外侧向内凹陷，形成仿形凹槽，该仿形凹槽内设置有导磁体，第一端头段除中部外为平滑部位。
【专利说明】高强度钢异型后桥横梁感应淬火方法及其感应器
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及汽车后桥横梁的热处理工艺及其热处理设备。
【背景技术】
[0002]采用高强度以及超高强度钢实现汽车的轻量化，已经成为现代汽车工业发展的主要趋势。高强度钢以高的减重潜力、高的碰撞吸收能、高的成形性和低的平面各向异性等优点，被广泛用于汽车结构件，如横梁零件。根据国际上对超轻钢汽车的研究，将屈服强度(ReL)在21(T550MPa的钢称为高强度钢，屈服强度大于550MPa的钢为超高强度钢。
[0003]汽车异型后桥横梁零件如图1至图4所示，为异形零件，零件从A-A截面处左右对称，零件总长1100.8mm，零件机械性能要求达到:0.2%屈服强度(M Pa) ^ 1170，抗拉强度(MPa)≥1475，总延伸率(标距长度:80mm)≥4.5。如无法从成品零件中获得标准抗拉试件，则必须满足以下要求:心部显微硬度为HVl，10或30kg≥425min，表面的显微硬度最小值为44H RC。
[0004]采用图5和图6所示感应器进行感应淬火存在不足，该感应器包括上、下圆环形感应圈I以及电连接感应圈I的连接管2，电流3经过连接管2、上、下感应圈I对位于圈I内的工件4进行淬火，在工件的尖角处热处理性能不理想。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种高强度钢异型后桥横梁感应淬火方法，以增强后桥横梁的热处理性能。
[0006]本发明的另一目的在于提供一种感应器，其适合于高强度钢异型后桥横梁的感应淬火工艺。
[0007]用于高强度钢异型后桥横梁感应淬火的感应器，包括感应圈，其特点是，该感应圈从其轴向方向看包括对应一 V形的开口侧的第一端头段，对应该V形的底部侧的第二端头段，以及分别对应该V形的两侧臂的中间段，两中间段分别通过过渡段和第二端头段连接，两中间段分别和第一端头段连接，各连接处圆滑过渡；中间段垂直于第一端头段和第二端头段，过渡段相对中间段和第二端头段倾斜；所述第二端头段、中间段、过渡段为平滑部位，该第一端头段的中部的内侧向所述V形内凸出，而外侧向内凹陷，形成仿形凹槽，该仿形凹槽内设置有导磁体，第一端头段除中部外为平滑部位。
[0008]所述的感应器，其较佳的实施例中，所述仿形凹槽为V形槽。
[0009]所述的感应器，其较佳的实施例中，所述导磁体占据了该仿形凹槽的整个空间。
[0010]所述的感应器，其较佳的实施例中，所述导磁体位于该仿形凹槽内的部分的形状为V形而位于该仿形凹槽外的部分的形状为扇形。
[0011]所述的感应器，其较佳的实施例中，所述感应圈为连接在一起的双感应圈，双感应圈具有相同形状，分两层间隔设置。
[0012]所述的感应器，其较佳的实施例中，所述V形的底部外侧与所述第二端头段的内侧的间隙的最短距离在15mm至20mm之间。
[0013]所述的感应器，其较佳的实施例中，所述V形的侧臂顶端的外侧与所述中间段的内侧的间隙的最短距离在16mm至25mm之间。
[0014]所述的感应器，其较佳的实施例中，所述V形的侧臂顶端的外侧与所述第一端头段的间隙的最短距离在16mm至25mm之间。
[0015]高强度钢异型后桥横梁感应淬火方法，在一淬火机床上实施，该淬火机床包括前述的感应器、冷却系统，其特征在于包括:
[0016]将待淬火的工件放入感应器的感应圈和冷却系统内，工件由夹具竖直固定于淬火机床上，从俯视方向看，工件占据所述V形的位置；
[0017]保持工件竖直固定不动，在感应圈中通入感应频率介于18000Hz — 19500Hz的电流对工件进行加热，冷却系统和感应器同步工作，并同时由下方向上移动，感应圈和冷却系统之间保持有距离；感应器和冷却系统移动的速度根据零件形状始终处于变化过程中，通过圈的移动速度保证感应淬火加热温度，通过调节圈和冷却系统之间的距离保证加热温度均匀性。
[0018]所述的感应淬火方法的较佳实施例中，感应圈和冷却系统之间的距离为50毫米一 60毫米，在整个淬火过程中采用AQ251冷却液进行冷却，其压力为6-8m3/h，冷却液的温度保证在20-25°C之间。
[0019]目前异型后桥横梁结构应用越来越广泛，随着越来越高的要求，对异型后桥横梁结构的性能要求也越来越高。感应淬火作为一种热处理手段，能有效地提高材料的各项性能，也是高强度钢在汽车工业中广泛应用的一种新的思路。由于高强度钢在成形方面存在一些局限性，采用先成型后快速高强化热处理技术的手段来提高零件强度会成为新的思路，因此设计适合此类零件感应淬火的感应圈也越来越急迫。根据本发明的感应器，其仿形设计而非圆形设计的感应圈和工件之间可以有足够的间距，因此就能避免尖角效应和邻近效应引起的工件的两侧臂顶端`由于局部温度过高产生的过热和脱碳现象、但V形槽底部的温度又达不到淬火效果的问题，因此可以提高异型后桥横梁的热处理性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是汽车异型后桥横梁零件的示意图。
[0021]图2是图1中C-C处的剖面图。
[0022]图3是图1中B-B处的剖面图。
[0023]图4是图1中A-A处的剖面图。
[0024]图5是一种用于感应淬火的双圈圆环感应器的主视图。
[0025]图6是图5所示感应器的俯视图。
[0026]图7是本发明实施例中感应器的主视图。
[0027]图8是图7所示感应器的俯视图。
【具体实施方式】
[0028]如图7和图8所示，在本发明的实施例中，感应器包括双感应圈11、12，双感应圈
11、12分上、下两层间隔设置，间隙大致为3_至5_，感应圈11、12分别由连接管14、13连接，连接管14、13也可为汇流管，其另一端与汇流板相接，而汇流板又与高频发生器的输出变压器次级连接在一起，因而连接管14、13是向感应圈12、11输入高频电流的通道，同时也可以作为通入冷却水冷却感应圈的通道，电流从一连接管中流入，依次经过两连接管后，再从另一连接管中流出，形成电流回路。电流流经感应圈12、11后，使得置于感应圈中的工件15 (后桥横梁)表面由于电磁效应产生涡流而被加热，两连接管14、13之间也保留间隙，当间隙越小，漏磁损耗越小。
[0029]参照图8，从感应圈11、12的轴向来看，二者呈环形，感应圈11、12的形状实质上是相同的，因此后面就仅对感应圈12进行描述，除非特别说明，其后的描述同样适合于感应圈11。从感应圈12的轴向来看，感应圈12为仿形设计，即为工件15的仿形，其包括第一端头段120、第二端头段122、两中间段121，工件15的横截面大致成V形，该V形的含义为其具有一底部，以及自该底部向两侧外扩伸出的侧臂，该底部的形状不一定为尖头，可以是圆滑的，两侧臂的形状不一定是直线状，可以是弧线状或者其他形状。第一端头段120位于该V形的开口侧，而第二端头段122位于该V形的底侧，第一端头段120的两端分别和两中间段121的一端连接，两中间段121的另一端通过过渡段123和第二端头段122分别连接，两中间段121实质上平行(包含略微偏斜的情况)，第一端头段120和第二端头段122也实质上平行(包含略微偏斜的情况)，中间段121和第一端头段120、第二端头段122实质上垂直(包含略微偏斜的情况)，而过渡段123分别相对于中间段121和第二端头段122倾斜，各连接处圆滑过渡。过渡段123倾斜设置，可以减小感应圈与工件之间的距离，并且中间段121和第二端头段122之间的连接过渡也更为平滑。从图8可以看出，感应圈12的形状为工件15的仿形，但并非完全相似的形状。
[0030]第一端头段120的中部125的内侧向内凸出，即朝向工件15的内部凸出，并且中部125的外侧向内凹陷，形成仿形(工件截面的仿形，大致呈V形)凹槽，而在该仿形凹槽内设置了导磁体19 (可以是铁氧体导磁铁)，导磁体19完全占据了仿形凹槽。导磁体19位于仿形凹槽内的部分实质上为V形或者工件的仿形，而位于仿形凹槽外的形状为扇形。导磁体19可增加工件15的内侧的感应淬火温度。
[0031]除第一端头段120的中部外整个感应圈12的各个区段为平滑的或者平坦的，连接处也尽量地通过平滑、均匀和大`圆弧过渡的结构设计来避免尖角效应和邻近效应的产生。
[0032]在本发明的较佳实施例中，中间段121的内侧至工件15的V形的侧臂的最短距离B在16mm到25mm之间，而第一端头段120的内侧至工件15的V形的侧臂的顶端的最短距离C在25mm到35mm之间，而第二端头段122的内侧至工件15的V形的底部的最短距离A在15mm到20mm之间。而过渡段123根据距离A、B、C以及工件表面淬火要求来设置。
[0033]邻近效应是导体内电流密度因受邻近导体中电流的影响而分布不均匀的现象；尖角效应是在感应淬火时零件尖角处的电流密集，容易造成过热和过烧现象，如图5和图6所示的圆形感应圈，感应淬火过程中工件的两尖角(侧臂的顶端)处由于明显的邻近效应和尖角效应，导致尖角温度特别高而产生材料局部过热及脱碳现象。因此本发明的感应器设计过程中尽量的通过平滑、均匀和大圆弧过渡的结构设计来避免尖角效应和邻近效应的产生。相对于图5和图6所示的圆形感应圈，如图8所示的仿形设计的感应圈12和工件之间有足够的间距C，因此就能避免尖角效应和邻近效应引起的工件15的两侧臂顶端由于局部温度过高产生的过热和脱碳现象、但V形槽底部的温度又达不到淬火效果的问题。并且，由于在感应圈12的第一端头段的中部的仿形凹槽内增加了导磁体，通过导磁体加热了工件15的V形凹槽，从而使得整个工件在感应加热过程中温度比较均匀，达到良好的淬火效果。
[0034]感应圈11的中部可以不设置导磁体19，并且其形状可以整体为平滑的。
[0035]在本发明的实施例中，后桥横梁感应淬火热处理方法利用具有前述实施例中的感应器的淬火机床来实施例。首先将待淬火的工件放入感应器的感应圈和冷却系统内，在后续的工序中，感应圈会利用感应电流通过工件产生热效应，使工件进行局部加热，把加热到临界点ACl或AC3以上，而冷却系统对保温后的局部加热的工件以大于临界冷却速度(Vc)的冷却速度进行快速冷却，获得马氏体组织。工件由特制的夹具竖直固定于淬火机床上，通过介于高频和中频的感应频率(18000Hz — 19500Hz)进行加热，采用较大功率、短时间、喷淬火液的方法淬火。淬火过程中工件竖直固定不动,感应圈和冷却系统同时由下方向上移动，感应圈和冷却系统之间的距离为50 - 60毫米，该距离用于控制局部加热的工件的保温时间。感应器和冷却系统移动的速度根据零件形状始终处于变化过程中。通过感应圈的移动速度保证了感应淬火加热温度，通过调节圈和冷却系统之间的距离，保证了加热温度均匀性。整个过程中采用AQ251冷却液进行冷却，其压力为6 — 8m3/h，冷却液的温度保证在20-25°C之间，在发明人的试验中，对一种型号的汽车后桥横梁采用前述方法进行淬火，感
应器和冷却系统移动的速度由 350mm/min---280mm/min—1 30mm/min—280mm/min—300mm/
min始终处于变化，整个零件的淬火时间为7min，并发现零件各部位加热温度均匀，通过切样发现零件整个截面淬 透，通过切取拉伸试样发现，淬火后的机械性能达到了成品零件的最终性能要求，硬度也满足要求。
【权利要求】
1.用于高强度钢异型后桥横梁感应淬火的感应器，包括感应圈，其特征在于，该感应圈从其轴向方向看包括对应一 V形的开口侧的第一端头段，对应该V形的底部侧的第二端头段，以及分别对应该V形的两侧臂的中间段，两中间段分别通过过渡段和第二端头段连接，两中间段分别和第一端头段连接，各连接处圆滑过渡；中间段垂直于第一端头段和第二端头段，过渡段相对中间段和第二端头段倾斜；所述第二端头段、中间段、过渡段为平滑部位，该第一端头段的中部的内侧向所述V形内凸出，而外侧向内凹陷，形成仿形凹槽，该仿形凹槽内设置有导磁体，第一端头段除中部外为平滑部位。
2.如权利要求1所述的感应器，其特征在于所述仿形凹槽为V形槽。
3.如权利要求1所述的感应器，其特征在于所述导磁体占据了该仿形凹槽的整个空间。
4.如权利要求3所述的感应器，其特征在于所述导磁体位于该仿形凹槽内的部分的形状为V形而位于该仿形凹槽外的部分的形状为扇形。
5.如权利要求1所述的感应器，其特征在于所述感应圈为连接在一起的双感应圈，双感应圈具有相同形状，分两层间隔设置。
6.如权利要求1所述的感应器，其特征在于所述V形的底部外侧与所述第二端头段的内侧的间隙的最短距离在15mm至20mm之间。
7.如权利要求1所述的感应器，其特征在于所述V形的侧臂顶端的外侧与所述中间段的内侧的间隙的最短距离在16mm至25mm之间。
8.如权利要求1所述的感应器，其特征在于所述V形的侧臂顶端的外侧与所述第一端头段的间隙的最短距离在16mm至25mm之间。`
9.高强度钢异型后桥横梁感应淬火方法，在一淬火机床上实施，该淬火机床包括冷却系统和权利要求1至8中任一项所述的感应器，其特征在于包括: 将待淬火的工件放入感应器的感应圈和冷却系统内，工件由夹具竖直固定于淬火机床上，从俯视方向看，工件占据所述V形的位置； 保持工件竖直固定不动，在感应圈中通入感应频率介于18000Hz — 19500Hz的电流对工件进行加热，冷却系统和感应器同步工作，并同时由下方向上移动，感应圈和冷却系统之间保持有距离；感应器和冷却系统移动的速度根据零件形状始终处于变化过程中，通过圈的移动速度保证感应淬火加热温度，通过调节圈和冷却系统之间的距离保证加热温度均匀性。
10.如权利要求9所述的感应淬火方法，其特征在于，感应圈和冷却系统之间的距离为50毫米一 60毫米，在整个淬火过程中采用AQ251冷却液进行冷却，其压力为6 — 8m3/h，冷却液的温度保证在20-25 °C之间。
【文档编号】C21D1/42GK103789517SQ201210418312
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2012年10月26日 优先权日:2012年10月26日
【发明者】殷平玲, 孙保良, 王韬, 陈枝钧 申请人:上海汇众汽车制造有限公司