1.本发明涉及车辆零件生产领域，特别涉及一种高强度汽车扭力杆的制备工艺。
背景技术：
2.扭力杆是掌控车辆行驶中发生的前后车轮间拉伸、压缩、扭转运动而提高车辆安全性的商用车辆的悬架装置，在车轮跳动时，扭力杆通过变形保证车轮与车身的弹性性能。所以，对扭力杆的机械强度、拉伸性能、热稳定性等具有较高的要求，以能满足其应用。扭力杆通常是采用钢材制备，通过调节钢材的成分、制备工艺等，来提升其综合性能。例如专利cn109109592a公开的一种汽车扭力杆及其制作工艺。但现有的扭力杆制备工艺中，仍然难以获得塑韧性、强度等综合性能可达到较高水平的产品来满足越来越苛刻的使用需求，所以有必要对现有技术进行进一步改进。
技术实现要素：
3.本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种高强度汽车扭力杆的制备工艺。
4.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高强度汽车扭力杆的制备工艺，包括以下步骤：1）按照以下重量比准备原料：c:0.35～0.62％、si:1.26～1.94％、mn:0.40～1.10%、cu:0.14～0.31%、cr:0.50～1.10%、ni:0.80～1.95%、re:0.02～0.09％，余量为fe以及不可避免的杂质；2）将所有原料加入熔炼炉中，于930～1450℃熔炼，得到铁水；3）将铁水浇铸得到扭力杆坯件；4）对扭力杆坯件进行c、n、b三元共渗热处理；5）人工时效；6）行抛丸和打磨，得到扭力杆成品。
5.优选的是，所述步骤4）具体包括：4-1）将所述步骤3）得到的扭力杆坯件预热至300～420℃，保温30-90min；4-2）将复合渗剂加入加热容器中，搅拌均匀，形成渗剂混合物；4-3）将预热后的扭力杆坯件埋入渗剂混合物中，加热至320-460℃，保温1-4h；4-4）升温至580~750℃，保温1.5~4h；4-5）升温至1000~1150℃，加热1~8h，待温度降至290-350℃后，从加热容器中取出扭力杆坯件，空冷至室温。
6.优选的是，所述复合渗剂包括以下组分：(nh2)2cs、四硼酸钠、六羰基钨、碱式碳酸钴、三氯化铈、三氯化镱以及碳酸钠。
7.优选的是，按重量百分计，所述复合渗剂包括以下组分：四硼酸钠10～25%、六羰基钨4～15%、碱式碳酸钴12～34%、三氯化铈0.4～2.1%、三氯化镱0.2～1.7%、碳酸钠3～16%，
余量为(nh2)2cs。
8.优选的是，按重量百分计，所述复合渗剂还包括乙酰丙酮钛3-16%。
9.优选的是，按重量百分计，所述复合渗剂包括以下组分：四硼酸钠15%、六羰基钨9%、碱式碳酸钴17%、三氯化铈0.5%、三氯化镱0.4%、碳酸钠6%、乙酰丙酮钛5%，余量为(nh2)2cs。
10.优选的是，所述步骤4）具体包括：4-1）将所述步骤3）得到的扭力杆坯件预热至340℃，保温60min；4-2）将复合渗剂加入加热容器中，搅拌均匀，形成渗剂混合物；4-3）将预热后的扭力杆坯件埋入渗剂混合物中，加热至380℃，保温1.5h；4-4）升温至630℃，保温2h；4-5）升温至1120℃，加热4h，待温度降至310℃后，从加热容器中取出扭力杆坯件，空冷至室温。
11.优选的是，所述步骤5）具体为：将步骤4）得到的扭力杆坯件加热到95～140℃，保温4～9h，然后冷却至室温。
12.优选的是，所述步骤5）中，进行人工时效之前，先将步骤4）得到的扭力杆坯件置于加热炉中，加热至650～730℃，保温5～10h；待温度降至260～330℃后，取出，空冷至室温。
13.优选的是，该工艺包括以下步骤：1）按照以下重量占比准备原料：c:0.41％、si:1.50％、mn:0.65%、cu:0.17%、cr:0.82%、ni:1.05%、re:0.04％，余量为fe以及不可避免的杂质。
14.2）将所有原料加入熔炼炉中，于1230℃熔炼，得到铁水；3）浇铸得到扭力杆铸件，得到扭力杆坯件；4）对扭力杆坯件进行cnb三元共渗热处理；5）人工时效；6）行抛丸和打磨，得到成品。
15.本发明的有益效果是：本发明提供的高强度汽车扭力杆的制备工艺，能够获得硬度、耐磨耐蚀性能、热稳定性及力学强度等综合性能均达到较高水平的扭力杆产品，可满足越来越苛刻的使用需求；本发明通过c、n、b三元共渗表面热处理，能够显著提升扭力杆的硬度、耐磨耐蚀性能、热稳定性及力学强度，配合钨、钴、钛的掺杂，通过在c、n、b三元渗层中引入wc-tic-co合金、bw2等增强相，能够对渗层的机械性能、耐磨性、热稳定性进行进一步补强；进一步通过引入稀土铈、镱，可对渗层的强化起到协同增加的效果，从而可显著提升扭力杆的综合性能。
具体实施方式
16.下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
17.应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多
个其它元件或其组合的存在或添加。
18.本发明提供一种高强度汽车扭力杆的制备工艺，包括以下步骤：1）按照以下重量比准备原料：c:0.35～0.62％、si:1.26～1.94％、mn:0.40～1.10%、cu:0.14～0.31%、cr:0.50～1.10%、ni:0.80～1.95%、re:0.02～0.09％，余量为fe以及不可避免的杂质；2）将所有原料加入熔炼炉中，于930～1450℃熔炼，得到铁水；3）将铁水浇铸得到扭力杆坯件；4）对扭力杆坯件进行c、n、b三元共渗热处理：5）人工时效；先将步骤4）得到的扭力杆坯件置于加热炉中，加热至650～730℃，保温5～10h；待温度降至260～330℃后，取出，空冷至室温；然后进行人工时效处理：将步骤4）得到的扭力杆坯件加热到95～140℃，保温4～9h，然后冷却至室温。
19.6）行抛丸和打磨，得到扭力杆成品。
20.本实施例中，所述步骤4）具体包括：4-1）将所述步骤3）得到的扭力杆坯件预热至300～420℃，保温30-90min；4-2）将复合渗剂加入加热容器中，搅拌均匀，形成渗剂混合物；4-3）将预热后的扭力杆坯件埋入渗剂混合物中，加热至320-460℃，保温1-4h；4-4）升温至580~750℃，保温1.5~4h；4-5）升温至1000~1150℃，加热1~8h，待温度降至290～350℃后，从加热容器中取出扭力杆坯件，空冷至室温。
21.其中，所述复合渗剂包括以下组分：四硼酸钠10～25%、六羰基钨4～15%、碱式碳酸钴12～34%、三氯化铈0.4～2.1%、三氯化镱0.2～1.7%、碳酸钠3～16%，余量为(nh2)2cs。进一步优选的实施例中，按重量百分计，所述复合渗剂还包括乙酰丙酮钛3-16%。
22.本发明中，通过在制备扭力杆坯件的原料中添加微量的re（铼），能够显著提升扭力杆的塑韧性、抗拉强度。其主要原因在于：re能与铁、硅等物质生成具有强化基体和提高热稳定性作用的金属间化合物（refe5\resi等），且能够提高金属内部形核率，细化晶粒，从而提升扭力杆的塑韧性和抗拉强度。
23.本发明中，通过对扭力杆进行c、n、b三元共渗表面热处理，能够显著提升扭力杆的硬度、耐磨耐蚀性能、热稳定性及力学强度，能够得到具有苛刻扭转性能要求的高强度扭力杆产品。
24.本发明中，复合渗剂进行c、n、b三元共渗的主要反应原理为：四硼酸钠用于提供b源，(nh2)2cs（硫脲）一方面可作为n源、c源，另一方面也作为催渗剂，对共渗起到促进作用，其涉及的主要反应包括：(nh2)2cs+o2=2n+h2+h2s+co23n+b2o2=3no+2[b]2[b]+3co2=b2o2+2co2co
→
co2+2[c]即(nh2)2cs主要能提供n、c，促进共渗，并且会产生h2。
[0025]
c、n、b三元共渗，通过c、n、b与fe等元素形成金属化合物渗层（例如fe3c、γ'-fe4n、ζ-fe2n、fe2b等），其作为强化相，使得扭力杆的强度、耐磨耐蚀性能、热稳定性等得到显著提升；三元共渗能够克服单一渗c、n或b时存在的渗层硬度梯度大、渗层易剥落、综合机械性能不够等缺陷。
[0026]
六羰基钨w(co)6加热后分解为钨和一氧化碳：w(co)6→
w+co，co可进一步作为c源，一方面，产生的高纯度活性w在h2气流辅助下，可与活性c反应生产wc，形成于扭力杆的表面，wc能够提高稳定性和强度，但脆性较高；另一方面，活性w还能够与b反应形成bw2，从而提升耐磨性能。
[0027]
碱式碳酸钴[2coco3·
3co(oh)2·
h2o]高温分解提供高纯度活性钴，且同时也提供一部分碳源；乙酰丙酮钛高温分解提供高纯度活性钛，且同时也提供一部分碳源；活性钴、活性钛能够与wc掺杂形成wc-tic-co合金，从而可改善wc的脆性，形成高强度、高塑韧性的合金层。另外，活性钛还能够加速n的扩散，促进形成高韧性、高强度的tin层、ti（nc）层。
[0028]
通过在c、n、b三元渗层中再掺杂一定量的wc-tic-co合金、bw2等成分，能够对渗层的机械性能、耐磨性、热稳定性进行进一步补强。
[0029]
三氯化铈、三氯化镱引入稀土元素铈、镱，其至少起到以下几方面的作用：第一方面：铈、镱具有较高活性，使得对吸附分子间的原子轨道交互作用加强，由于铈、镱与反应物之间的原子结构性质相差很大，所以会形成类似“反键”轨道状态，反键轨道中的电子的占据使轨道能力增高，破坏了二者的结合，也削弱了反应物分子的键合，从何使反应的活化能降低，加速了c、n、b活性轻原子的产生，能起到显著的活化催渗作用。
[0030]
第二方面：铈、镱对于wc、bw2、wc-tic-co等的形成反应具有催化促进作用，能够降低活化能，降低其反应所需的温度，同时增大反应速率。
[0031]
第三方面：三氯化铈、三氯化镱提供的氯能够与(nh2)2cs提供的h2反应生成氯化氢，氯化氢能有助于保持工件表面的洁净，促进c、n、b金属氮化物的形成；同时，另外，铈、镱的引入也可以活化、净化工件表面，加快原子渗入过程，有助于渗层的形成和生长。
[0032]
本发明中，采用复合渗剂进行c、n、b三元共渗，通过以上的多重作用，能够对提升扭力杆的综合性能起到协同增强的效果。
[0033]
以上为本发明的总体构思，以下提供更为具体的实施例和对比例，以对本发明作进一步说明。
[0034]
实施例1一种高强度汽车扭力杆的制备工艺，包括以下步骤：1）按照以下重量占比准备原料：c:0.41％、si:1.50％、mn:0.65%、cu:0.17%、cr:0.82%、ni:1.05%、re:0.04％，余量为fe以及不可避免的杂质。
[0035]
2）将所有原料加入熔炼炉中，于1230℃熔炼，机械打渣，得到铁水。
[0036]
3）浇铸得到扭力杆铸件，得到扭力杆坯件。
[0037]
4）对扭力杆坯件进行cnb三元共渗热处理：4-1）将所述步骤3）得到的扭力杆坯件预热至340℃，保温60min；4-2）将复合渗剂加入加热容器中，搅拌均匀，形成渗剂混合物；4-3）将预热后的扭力杆坯件埋入渗剂混合物中，加热至380℃，保温1.5h；
4-4）升温至630℃，保温2h；4-5）升温至1120℃，加热4h，待温度降至310℃后，从加热容器中取出扭力杆坯件，空冷至室温。
[0038]
其中，所述复合渗剂包括以下组分：四硼酸钠15%、六羰基钨9%、碱式碳酸钴17%、三氯化铈0.5%、三氯化镱0.4%、碳酸钠6%、乙酰丙酮钛5%，余量为(nh2)2cs。
[0039]
5）人工时效；先将步骤4）得到的扭力杆坯件置于加热炉中，加热至680℃，保温7h；待温度降至270℃后，取出，空冷至室温。
[0040]
然后进行人工时效处理：将步骤4）得到的扭力杆坯件加热到105℃，保温6h，然后冷却至室温。
[0041]
6）行抛丸和打磨，得到成品。
[0042]
实施例2一种高强度汽车扭力杆的制备工艺，包括以下步骤：1）按照以下重量占比准备原料：c:0.41％、si:1.50％、mn:0.65%、cu:0.17%、cr:0.82%、ni:1.05%、re:0.04％，余量为fe以及不可避免的杂质。
[0043]
2）将所有原料加入熔炼炉中，于1230℃熔炼，机械打渣，得到铁水。
[0044]
3）浇铸得到扭力杆铸件，得到扭力杆坯件。
[0045]
4）对扭力杆坯件进行cnb三元共渗热处理：4-1）将所述步骤3）得到的扭力杆坯件预热至340℃，保温60min；4-2）将复合渗剂加入加热容器中，搅拌均匀，形成渗剂混合物；4-3）将预热后的扭力杆坯件埋入渗剂混合物中，加热至380℃，保温1.5h；4-4）升温至630℃，保温2h；4-5）升温至1120℃，加热4h，待温度降至310℃后，从加热容器中取出扭力杆坯件，空冷至室温。
[0046]
其中，所述复合渗剂包括以下组分：四硼酸钠17%、六羰基钨8%、碱式碳酸钴15%、三氯化铈0.4%、三氯化镱0.4%、碳酸钠6%、乙酰丙酮钛4%，余量为(nh2)2cs。
[0047]
5）人工时效；先将步骤4）得到的扭力杆坯件置于加热炉中，加热至680℃，保温7h；待温度降至270℃后，取出，空冷至室温。
[0048]
然后进行人工时效处理：将步骤4）得到的扭力杆坯件加热到105℃，保温6h，然后冷却至室温。
[0049]
6）行抛丸和打磨，得到成品。
[0050]
实施例3一种高强度汽车扭力杆的制备工艺，包括以下步骤：1）按照以下重量占比准备原料：c:0.41％、si:1.50％、mn:0.65%、cu:0.17%、cr:0.82%、ni:1.05%、re:0.04％，余量为fe以及不可避免的杂质。
[0051]
2）将所有原料加入熔炼炉中，于1230℃熔炼，机械打渣，得到铁水。
[0052]
3）浇铸得到扭力杆铸件，得到扭力杆坯件。
[0053]
4）对扭力杆坯件进行cnb三元共渗热处理：4-1）将所述步骤3）得到的扭力杆坯件预热至340℃，保温60min；4-2）将复合渗剂加入加热容器中，搅拌均匀，形成渗剂混合物；4-3）将预热后的扭力杆坯件埋入渗剂混合物中，加热至380℃，保温1.5h；4-4）升温至630℃，保温2h；4-5）升温至1120℃，加热4h，待温度降至310℃后，从加热容器中取出扭力杆坯件，空冷至室温。
[0054]
其中，所述复合渗剂包括以下组分：四硼酸钠19%、六羰基钨7%、碱式碳酸钴14%、三氯化铈0.4%、三氯化镱0.3%、碳酸钠6%、乙酰丙酮钛3%，余量为(nh2)2cs。
[0055]
5）人工时效；先将步骤4）得到的扭力杆坯件置于加热炉中，加热至680℃，保温7h；待温度降至270℃后，取出，空冷至室温。
[0056]
然后进行人工时效处理：将步骤4）得到的扭力杆坯件加热到105℃，保温6h，然后冷却至室温。
[0057]
6）行抛丸和打磨，得到成品。
[0058]
对比例1一种高强度汽车扭力杆的制备工艺，包括以下步骤：1）按照以下重量占比准备原料：c:0.41％、si:1.50％、mn:0.65%、cu:0.17%、cr:0.82%、ni:1.05%、re:0.04％，余量为fe以及不可避免的杂质。
[0059]
2）将所有原料加入熔炼炉中，于1230℃熔炼，机械打渣，得到铁水。
[0060]
3）浇铸得到扭力杆铸件，得到扭力杆坯件。
[0061]
4）人工时效；先将步骤3）得到的扭力杆坯件置于加热炉中，加热至680℃，保温7h；待温度降至270℃后，取出，空冷至室温。
[0062]
然后进行人工时效处理：将步骤3）得到的扭力杆坯件加热到105℃，保温6h，然后冷却至室温。
[0063]
5）行抛丸和打磨，得到成品。
[0064]
对比例2本对比例与实施例1的不同之处仅在于：制备扭力杆的原料按照重量占比包括：c:0.41％、si:1.50％、mn:0.65%、cu:0.17%、cr:0.82%、ni:1.05%，余量为fe以及不可避免的杂质。
[0065]
对比例3本实施例与实施例1的不同之处仅在于：本例中，所述复合渗剂包括以下组分：四硼酸钠20%、六羰基钨9%、三氯化铈0.5、三氯化镱0.4%、碳酸钠6%，余量为(nh2)2cs。
[0066]
对比例4本实施例与实施例1的不同之处仅在于：本例中，所述复合渗剂包括以下组分：四硼酸钠15%、六羰基钨9%、碱式碳酸钴17%、碳酸钠6%、乙酰丙酮钛5%，余量为(nh2)2cs。
[0067]
以下对按照实施例1-3以及对比例1-4的工艺制得的扭力杆样品进行性能测试：制备的扭力杆样品的直径为40mm，参照按照gb/t228.1-2010《金属材料拉伸试验方法》进行拉伸试验，测量抗拉强度rm、断后伸长率a，采用洛氏硬度计测量样品表面的硬度，测量结果如下表1所示：表1 抗拉强度rm（mpa）断后伸长率a%硬度值hrc实施例135736.461.3实施例233534.260.7实施例332233.660.2对比例124421.851.4对比例227127.160.1对比例329228.659.3对比例430731.157.2从实施例1-3的结果可以看出，本发明的工艺制得的扭力杆具备优异的机械性能和较高的硬度。对比例1中由于未进行cnb三元共渗热处理，拉伸强度、硬度等显著下降；对比例2中，由于扭力杆的制备原料中为添加re，拉伸性能有明显的下降；对比例3由于复合渗剂中未引入钴、钛，导致渗层中未能形成wc-tic-co，使塑韧性会下降，拉伸强度降低；对比例4由于复合渗剂中未引入稀土铈、镱，拉伸性能也出现了明显下降。
[0068]
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。