高应力轻量化悬架弹簧热处理工艺

技术领域

本发明涉及悬架弹簧热处理技术领域，具体是高应力轻量化悬架弹簧热处理工艺。

背景技术

热处理技术是高应力轻量化汽车钢板弹簧研发的另一个重要方向，同时也是合金元素发挥强韧化作用的保证。Matas和Hehemann发现了碳原子由马氏体扩散至残余奥氏体的现象，G.Thomas证实淬火过程中，马氏体条间的残余奥氏体会富碳，Moor和Speer等人通过实验证实了Q-P热处理工艺能够进一步发挥Nb、V等微合金元素的强韧化效果，实现强韧性的良好配合，近年来，徐祖耀等研究者在Q-P工艺的基础上，提出了淬火、碳分配、回火（Q-P-T）热处理工艺理论。

本案对热处理工艺的优化采用热膨胀仪测定钢板弹簧各相变点温度，结合CCE模型对其碳分配热力学进行计算的方式，通过改变奥氏体化温度和时间、初始淬火温度和时间以及碳分配温度和时间来系统研究不同条件下钢板弹簧的显微组织和力学性能，以提升弹簧钢的品质。

此外，簧片在进行热处理时，需要使用热处理设备进行加热、淬火和回火，在对簧片进行加热后通过需要人工配合使用工具将簧片钳至淬火油箱内的承托装置上，再由承托装置带动簧片进入油液中进行淬火，操作繁琐，工人劳动强度大；并且该工序增加了工人与高温簧片的接触时间，危险较大。基于此，为了更加科学合理地对簧片进行加热及淬火、回火处理，以提升弹簧钢的力学性能和生产效率，特提出一种高应力轻量化悬架弹簧热处理工艺。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决如何合理实施弹簧钢的热处理工艺，以及现有设备对簧片进行加热和淬火处理的流程衔接不便的问题，提供一种高应力轻量化悬架弹簧热处理工艺。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：高应力轻量化悬架弹簧热处理工艺，包括以下步骤：

步骤一：将弹簧钢迅速加热到905-935℃，保温10分钟；

步骤二：簧片快速入油淬火，并快速冷却到Ms-Mf之间的特定温度区域内，所述特定温度区域为190-220℃；

步骤三：在所述特定温度区域内等温一段时间，使碳由马氏体向残余奥氏体分配，此时马氏体中的碳含量下降，奥氏体中碳含量升高，使残余奥氏体富碳以稳定至室温，最后淬火到室温，获得细化的马氏体和残余奥氏体复相组织；

步骤四：将回火温度设定为460℃进行120分钟的回火，获得的回火组织为回火屈氏体。

作为本发明再进一步的方案：步骤一、步骤二和步骤三中对簧片进行加热及淬火时使用的设备为自动化热处理设备，所述自动化热处理设备包括热处理箱、淬火油箱，所述热处理箱的内部固定有非金属支架，所述热处理箱的内部固定有延伸至所述非金属支架下方的高频加热管，所述非金属支架的顶端滑动安装有用于承托簧片的非金属托板，所述淬火油箱的内部设置有用于将所述非金属托板顶端的簧片转运至所述淬火油箱内进行淬火的两个托架，所述淬火油箱的内部设置有驱动两个所述托架移动的转移组件，所述转移组件包括移动机构和联动机构；

所述移动机构包括连接杆、固定板、推板和两个竖轴、两个第三弹簧、两个限位杆；

所述连接杆固定于两个所述托架的底端，两个所述竖轴固定于所述连接杆的底端，两个所述竖轴的底端通过连接块固定连接；

所述固定板弹性滑动安装于所述淬火油箱的内部，所述固定板的顶端成型有折弯部，两个所述竖轴滑动安装于所述折弯部的内部，两个所述第三弹簧分别套接于两个所述竖轴的外壁，并位于所述折弯部与所述连接块之间，所述推板固定于所述固定板的顶端；

两个所述限位杆固定于所述淬火油箱的内部，并位于所述连接杆的底端，用于对所述连接杆的滑动进行限位；

所述联动机构包括滑动板、齿条杆、直齿轮和转动杆；

所述滑动板弹性滑动安装于所述淬火油箱的内壁一侧，所述齿条杆固定于所述滑动板的底端，所述直齿轮通过转动安装于所述淬火油箱的内壁一侧，并啮合于所述齿条杆的顶端，所述转动杆通过齿轮轴固定于所述直齿轮的一侧，并位于所述推板的一端；

所述非金属托板的外壁一侧成型有推动所述滑动板移动的突出部。

作为本发明再进一步的方案：所述淬火油箱的内壁一端固定有用于驱动所述滑动板限位滑动的限位轴，所述限位轴的外壁套接有第二弹簧，用于驱动所述滑动板移动复位，所述第二弹簧位于所述滑动板远离所述热处理箱的一端。

作为本发明再进一步的方案：所述淬火油箱的内部固定有支撑板，所述淬火油箱的内部一端连接有与所述支撑板的一端固定连接的两个固定轴，两个所述固定轴贯穿所述固定板，供所述固定板进行限位滑动安装，在位于所述固定板与所述支撑板之间的所述固定轴的外壁上套接有第一弹簧。

作为本发明再进一步的方案：所述非金属托板的一端固定连接有连接板，所述连接板延伸至所述热处理箱的外壁一侧，所述非金属托板的底端转动安装有若干个陶瓷滚轮。

作为本发明再进一步的方案：所述热处理箱的外壁设置有驱动所述连接板移动的传动机构，所述传动机构包括电机、传动齿条和传动齿轮，所述电机通过机架固定于所述热处理箱的外壁，所述传动齿轮连接于所述电机的输出端，所述传动齿条固定于所述连接板的底端，并啮合于所述传动齿轮的顶端。

作为本发明再进一步的方案：所述热处理箱的外壁一侧位于所述连接板的上方固定有导向杆，所述连接板的顶端固定有滑动于所述导向杆外壁的导轨。

作为本发明再进一步的方案：所述热处理箱的外壁一端开设有敞口槽，所述连接板滑动于所述敞口槽的顶端，所述连接板呈U型结构。

作为本发明再进一步的方案：所述托架呈“Y”字型结构，所述托架分布于所述连接杆的两个端部，并位于所述非金属托板的两侧，所述直齿轮一侧的齿轮轴通过轴承转动安装于所述淬火油箱的内壁一侧。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明通过合理设置工艺步骤、温度及时间参数，使得制得的弹簧钢具有优良的屈服强度和抗拉强度。淬火后的弹簧钢材质呈现出明显的板条状马氏体及细针状马氏体形态，冲击韧性较大，具有良好的屈服强度、抗拉强度和良好的耐磨性。本发明将回火温度设定为460℃进行120分钟的回火，获得的回火组织为回火屈氏体，回火屈氏体是细粒状渗碳体均匀分布在铁素体基体上的两相混合物，是马氏体的一种回火组织，具有较高的弹性和韧性，能够显著提升弹簧钢的力学性能。由于经过本热处理工艺得到的簧片具备前述优势力学性能，因此特别适用于制备高应力轻量化悬架弹簧。

2.为配合本发明所述工艺步骤，特设计一种自动化热处理设备，该热处理设备通过设置转移组件，实现非金属托板带动簧片移动至淬火油箱上方后，两个托架将簧片托住并移动至淬火油箱液面以下进行淬火，淬火完成后再自动复位至非金属托板的顶端，通过以上零件的相互配合使用，可实现对簧片进行加热及淬火处理，无需人工将簧片使用工具搬运至淬火油箱内，方便快捷，省时省力，能够提高处理效率和操作安全性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明图1中的A处放大图；

图3为本发明的剖视结构图；

图4为本发明图3中的B处放大图；

图5为本发明淬火油箱的剖视图；

图6为本发明图5中的C处放大图；

图7为本发明移动机构的连接示意图；

图8为本发明实施例一中淬火后的弹簧钢的微观电镜图；

图9为本发明实施例一中回火后的弹簧钢的微观电镜图；

图10为本发明实施例二中淬火后的弹簧钢的微观电镜图；

图11为本发明实施例二中回火后的弹簧钢的微观电镜图；

图12为本发明实施例三中淬火后的弹簧钢的微观电镜图；

图13为本发明实施例三中回火后的弹簧钢的微观电镜图。

图中：1、热处理箱；2、淬火油箱；3、高频加热管；4、非金属支架；5、非金属托板；6、托架；7、移动机构；701、连接杆；702、竖轴；7021、连接块；703、第三弹簧；704、固定板；7041、折弯部；705、推板；706、限位杆；8、联动机构；801、滑动板；802、齿条杆；803、直齿轮；804、转动杆；9、突出部；10、支撑板；11、固定轴；12、第一弹簧；13、限位轴；14、第二弹簧；15、连接板；16、导向杆；17、电机；18、导轨；19、传动齿条；20、传动齿轮；21、陶瓷滚轮。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明中提到的电机（CH22-400-10S）可在市场或者私人订购所得。

实施例一

本实施例所述弹簧钢的钢材型号为52CrMoV4，高应力轻量化悬架弹簧热处理工艺包括以下步骤：

步骤一：将弹簧钢迅速加热到905℃，保温10分钟（总加热时间30分钟）；

步骤二：簧片快速入油淬火，并冷却到190-220℃的温度区域内；

步骤三：在190-220℃温度区域内等温一段时间，使碳由马氏体向残余奥氏体分配，此时马氏体中的碳含量下降，奥氏体中碳含量升高，使残余奥氏体富碳以稳定至室温，最后淬火到室温，获得细化的马氏体和残余奥氏体复相组织；

步骤四：将回火温度设定为460℃进行120分钟的回火，获得的回火组织为回火屈氏体。

如图8所示，本实施例淬火后弹簧钢的微观电镜图显示，材质呈现出明显的板条状马氏体及细针状马氏体形态，冲击韧性较大，具有良好的屈服强度、抗拉强度和良好的耐磨性。回火后的弹簧钢的微观电镜图如图9所示，回火后得到的弹簧钢的力学性能如下：

请参阅图1～图7，步骤一、步骤二和步骤三中对簧片进行加热及淬火时使用的设备为自动化热处理设备，所述自动化热处理设备包括热处理箱1、淬火油箱2，热处理箱1的内部固定有非金属支架4，热处理箱1的内部固定有延伸至非金属支架4下方的高频加热管3，非金属支架4的顶端滑动安装有用于承托簧片的非金属托板5，淬火油箱2的内部设置有用于将非金属托板5顶端的簧片转运至淬火油箱2内进行淬火的两个托架6，淬火油箱2的内部设置有驱动两个托架6移动的转移组件，转移组件包括移动机构7和联动机构8。

移动机构7包括连接杆701、固定板704、推板705和两个竖轴702、两个第三弹簧703、两个限位杆706。

连接杆701固定于两个托架6的底端，两个竖轴702固定于连接杆701的底端，两个竖轴702的底端通过连接块7021固定连接。

固定板704弹性滑动安装于淬火油箱2的内部，固定板704的顶端成型有折弯部7041，两个竖轴702滑动安装于折弯部7041的内部，两个第三弹簧703分别套接于两个竖轴702的外壁，并位于折弯部7041与连接块7021之间，推板705固定于固定板704的顶端。

两个限位杆706固定于淬火油箱2的内部，并位于连接杆701的底端，用于对连接杆701的滑动进行限位，托架6呈“Y”字型结构，托架6分布于连接杆701的两个端部，并位于非金属托板5的两侧。

联动机构8包括滑动板801、齿条杆802、直齿轮803和转动杆804。

滑动板801弹性滑动安装于淬火油箱2的内壁一侧，齿条杆802固定于滑动板801的底端，直齿轮803通过转动安装于淬火油箱2的内壁一侧，并啮合于齿条杆802的顶端，转动杆804通过齿轮轴固定于直齿轮803的一侧，并位于推板705的一端。

非金属托板5的外壁一侧成型有推动滑动板801移动的突出部9，直齿轮803一侧的齿轮轴通过轴承转动安装于淬火油箱2的内壁一侧。

在本实施例中：在使用时，将需要处理的簧片放置于非金属托板5的顶端，使非金属托板5带动簧片移动至高频加热管3内进行加热，加热到达预设温度后，非金属托板5带动簧片进一步移动并脱离高频加热管3的加热区域。当非金属托板5外壁的突出部9与滑动板801接触，非金属托板5带动簧片移动至淬火油箱2上方的同时，突出部9推动滑动板801移动，使滑动板801带动齿条杆802移动，齿条杆802驱动直齿轮803转动，使直齿轮803带动转动杆804转动，转动杆804的底端推动推板705移动，使推板705带动固定板704移动，固定板704通过折弯部7041带动竖轴702移动的同时，竖轴702带动连接杆701移动，从而使连接杆701带动两个托架6移动。在限位杆706的限位作用下，使连接杆701带动两个托架6向上移动，与此同时，竖轴702沿折弯部7041内壁限位滑动，并使第三弹簧703受力收缩，从而使两个托架6向上托起位于非金属托板5顶端的簧片，并通过联动机构8的配合使用，相同时间内，使移动机构7带动托架6的前移距离大于非金属托板5的前移距离，从而使托架6带动簧片快速移动至非金属托板5的一端，并在第三弹簧703与限位杆706的配合作用下，使托架6带动簧片向下移动至淬火油箱2内，通过淬火油对簧片进行淬火操作。淬火完成后，非金属托板5反向移动，使固定板704及滑动板801同步移动复位，相同时间内，由于固定板704的移动行程大于非金属托板5的移动行程，并在限位杆706的配合使用作用下，使托架6带动簧片上移后将簧片复位于非金属托板5的顶端，然后由非金属托板5带动簧片移动复位，通过以上零件的相互配合使用，可实现对簧片进行加热及淬火处理，无需人工将簧片使用工具搬运至淬火油箱2内，方便，快捷，省时省力，提高处理效率及操作安全度。

请着重参阅图5、图6，淬火油箱2的内壁一端固定有用于滑动板801限位滑动的限位轴13，限位轴13的外壁套接有第二弹簧14，用于滑动板801移动复位，第二弹簧14位于滑动板801远离热处理箱1的一端。

在本实施例中：通过突出部9与滑动板801接触后，推动滑动板801沿限位轴13的外壁限位滑动，并使第二弹簧14受力收缩，滑动板801带动齿条杆802移动的同时，使齿条杆802驱动直齿轮803转动，并在非金属托板5带动突出部9移动复位的同时，使滑动板801在第二弹簧14的弹力作用下移动复位，从而使齿条杆802带动直齿轮803反向转动。

请着重参阅图5、图6，淬火油箱2的内部固定有支撑板10，淬火油箱2的内部一端连接有与支撑板10的一端固定连接的两个固定轴11，两个固定轴11贯穿固定板704，供固定板704进行限位滑动安装，在位于所述固定板704与所述支撑板10之间的所述固定轴11的外壁上套接有第一弹簧12。

在本实施例中：通过支撑板10支撑两个固定轴11进行固定安装，使两个固定轴11支撑固定板704滑动安装，并在转动杆804推动推板705移动，使推板705带动固定板704沿两个固定轴11的外壁限位滑动，并使第一弹簧12受力收缩，在非金属托板5带动突出部9移动复位的同时，联动机构8带第二弹簧14的弹力作用下复位，使固定板704在第一弹簧12的弹力作用移动复位。

请着重参阅图1、图2和图3，非金属托板5的一端固定连接有连接板15，连接板15延伸至热处理箱1的外壁一侧，非金属托板5的底端转动安装有若干个陶瓷滚轮21，热处理箱1的外壁设置有驱动连接板15移动的传动机构，传动机构包括电机17、传动齿条19和传动齿轮20，电机17通过机架固定于热处理箱1的外壁，传动齿轮20连接于电机17的输出端，传动齿条19固定于连接板15的底端，并啮合于传动齿轮20的顶端，热处理箱1的外壁一端开设有敞口槽，连接板15滑动于敞口槽的顶端，连接板15呈U型结构。

在本实施例中：在使用时，通过电机17驱动传动齿轮20转动，使传动齿轮20带动传动齿条19移动的同时，传动齿条19带动连接板15移动，从而使连接板15带动非金属托板5移动，通过若干个陶瓷滚轮21的配合支撑非金属托板5顺滑移动。

请着重参阅图1、图2，热处理箱1的外壁一侧位于连接板15的上方固定有导向杆16，连接板15的顶端固定有滑动于导向杆16外壁的导轨18。

在本实施例中：通过传动齿条19带动连接板15移动，使连接板15带动导轨18沿导向杆16的外壁限位滑动的同时，使连接板15带动非金属托板5限位移动，从而保证了连接板15的稳定移动。

实施例二

本实施例所述弹簧钢的钢材型号为52CrMoV4，高应力轻量化悬架弹簧热处理工艺包括以下步骤：

步骤一：将弹簧钢迅速加热到925℃，保温10分钟（总加热时间30分钟）；

步骤二：簧片快速入油淬火，并冷却到190-220℃的温度区域内；

步骤三：在190-220℃温度区域内等温一段时间；

步骤四：将回火温度设定为460℃进行120分钟的回火，获得的回火组织为回火屈氏体。

如图10所示，本实施例淬火后弹簧钢的微观电镜图显示，材质呈现出明显的板条状马氏体及细针状马氏体形态。回火后的弹簧钢的微观电镜图如图11所示，回火后得到的弹簧钢的力学性能如下：

本实施例的其余工艺处理方式及配套设备的结构和使用方法同实施例一，不再赘述。

实施例三

本实施例所述弹簧钢的钢材型号为52CrMoV4，高应力轻量化悬架弹簧热处理工艺包括以下步骤：

步骤一：将弹簧钢迅速加热到935℃，保温10分钟（总加热时间30分钟）；

步骤二：簧片快速入油淬火，并冷却到190-220℃的温度区域内；

步骤三：在190-220℃温度区域内等温一段时间，使碳由马氏体向残余奥氏体分配，此时马氏体中的碳含量下降，奥氏体中碳含量升高，使残余奥氏体富碳以稳定至室温，最后淬火到室温，获得细化的马氏体和残余奥氏体复相组织；

步骤四：将回火温度设定为460℃进行120分钟的回火，获得的回火组织为回火屈氏体。

如图12所示，本实施例淬火后弹簧钢的微观电镜图显示，材质呈现出明显的板条状马氏体及细针状马氏体形态。回火后的弹簧钢的微观电镜图如图13所示，回火后得到的弹簧钢的力学性能如下：

本实施例的其余工艺处理方式及配套设备的结构和使用方法同实施例一，不再赘述。

以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。