汽车转向节淬火剂及淬火方法.pdf

本发明涉及一种用于汽车转向节淬火热处理中作冷却介质的淬火剂及其淬火方法。淬火剂由聚乙烯醇、聚丙烯酸盐、过硫酸铵和水按一定配比组成，经加热聚合、冷却后得到淬火剂原液。使用时先将转向节加热到奥氏体状态，然后根据转向节大小、形状复杂程度以及材料淬透性，将原始溶液稀释成不同的百分比浓度，用于转向节单相淬火或分级淬火或双液淬火的工艺过程。本发明对φ＜70mm的转向节均有效，工件在介质中冷却时及脱液后表面形成马氏体，转向节疲劳寿命达50万次以上。

1、  一种用于汽车转向节淬火热处理中作冷却介质的淬火剂，其特征在于淬火剂原液配方为(按重量百分比计)聚乙烯醇0.1～0.5％、聚丙烯酸盐0.01～0.1％、过硫酸铵0.01～0.1％，其余为水；经加热聚合、冷却后得到本发明的淬火剂原液；使用时根据转向节大小、形状复杂程度以及材料淬透性，将上述淬火剂原液稀释成不同百分比浓度的淬火剂，分别用于转向节单相淬火或分级淬火或双液淬火工艺过程。

2、  根据权利要求1所述的汽车转向节淬火热处理中作冷却介质的淬火剂，其特征在于优选的淬火剂原液配方为(按重量百分比计)聚乙烯醇0.18～0.3％、聚丙烯酸盐0.04～0.06％、过硫酸铵0.04～0.06％，其余为水。

3、  根据权利要求1所述的汽车转向节淬火热处理中作冷却介质的淬火剂，其特征是淬火剂原液加水稀释至一定浓度的淬火剂时，用折光仪测出溶液折光度，然后换算成准确的百分比浓度。

4、  一种用于汽车转向节淬火热处理的淬火方法，其特征是先将汽车转向节加热到奥氏体状态，然后按照转向节大小、形状及材料淬透性，选择单相淬火、分级淬火或双液淬火工艺过程，并分别应用权利要求1所述的不同百分比浓度的淬火剂：
(1)对形状较简单、截面厚薄过渡较平缓、轴颈有效厚度约40mm的转向节实施单液淬火，淬火剂浓度控制在0.28～0.32％(原液的重量百分比)，单液淬火时间约为10分钟，直至工件与淬火剂同温，淬火过程中通过循环冷却控制淬火剂温度低于50℃；
(2)对形状较复杂、截面厚薄过渡较陡、轴颈有效厚度约55mm、孔壁交汇处壁厚约10mm的转向节实施分级淬火，淬火剂浓度控制在0.23～0.27％(原液的重量百分比)，工件内部传到表面的温度在300℃时出液，然后在空气中冷却；
(3)对形状复杂、截面厚薄急剧过渡、R角较小、轴颈有效厚度约70mm、孔壁交汇处壁厚约6mm的转向节实施双液淬火，淬火剂浓度可控制在0.18～0.22％(原液的重量百分比)，工件内部传到表面的温度在300℃时出液，然后在油中冷却。

汽车转向节淬火剂及淬火方法
技术领域
本发明涉及一种用于汽车转向节淬火热处理的淬火剂及淬火方法。
背景技术
不论单液淬火、多液淬火或双液淬火均需淬火介质，介质的不同，淬火得到的材料性能不同，即具有不同的机械强度和疲劳寿命。刘祥清申请的中国专利CN1167158(1997年)揭示了一种适用于高、中钢碳丝制品的高分子聚合物淬火剂，由丙烯酸20～45％、烧碱15～40％、过硫酸铵0.3～1.5％、水20～40％(按重量百分比计)组成。上海交通大学申请的中国专利CN1398992(2002年)揭示的等温淬火或分级淬火的方法系根据工件大小及钢的淬透性选择淬火冷却介质，在等温阶段或分级停留阶段用调节喷雾-气冷方法控制工件表面温度。但是，汽车转向节是一种形状复杂、截面厚度极不均匀、多孔且孔壁厚度不均的汽车零部件，它在汽车运行中承受着高负荷的交变应力、扭弯应力、瞬时冲击应力等复合应力的作用，因此要求该部件有高的抗拉强度、疲劳强度，又要有足够的韧性。现有的淬火剂及淬火方法均不能很好地满足汽车转向节这一特殊零部件的要求。目前国内市场上汽车转向节的使用寿命一般在30～38万次之间。
发明内容
本发明的目的在于将汽车转向节的使用寿命提高到50万次以上，提供一种有机聚合物水溶性淬火剂。这种淬火剂的冷却穿透性强，对开裂的敏感性小，使汽车转向节在淬火时得到高强度的马氏体组织。
本发明是通过以下技术方案实现的：
在汽车转向节淬火工艺中用采用一种淬火剂作冷却介质，原液配方为(按重量百分比计)聚乙烯醇0.1～0.5％、聚丙烯酸盐0.01～0.1％、过硫酸铵0.01～0.1％，其余为水；优选的淬火剂原液配方为(按重量百分比计)聚乙烯醇0.18～0.3％、聚丙烯酸盐0.04～0.06％、过硫酸铵0.04～0.06％，其余为水。上述原料经加热聚合、冷却后即得本发明淬火剂的原液。根据转向节大小、形状复杂程度以及材料淬透性，将上述原液稀释成不同百分比浓度的冷却液，分别用于转向节单相淬火或分级淬火或双液淬火工艺过程。该淬火剂适用于φ＜70mm的汽车转向节淬火，具有在高温区冷却快、低温区冷却慢的特点，对R角和截面过渡区在淬火时裂纹敏感度小、无油烟、不燃烧、无火灾危险、无腐蚀作用、淬硬层深、硬度均匀、介质不易老化、寿命(使用期)长。配制特定浓度的冷却液时，在淬火剂原液中加水，用折光仪测出折光度，然后换算成准确的百分比浓度。
汽车转向节淬火时，先将转向节加热到奥氏体状态，然后按照转向节大小、形状及材料淬透性，选择单相淬火、分级淬火或双液淬火，并根据不同型号转向节的截面厚度不均匀性及孔壁的厚度分别选用不同百分比浓度的冷却液：
(1)对形状较简单、截面厚薄过渡较平缓、轴颈有效厚度约40mm的转向节实施单液淬火，淬火剂浓度控制在0.28～0.32％(原液的重量百分比)，单液淬火时间约为10分钟，直至工件与淬火剂同温，淬火过程中通过循环冷却控制淬火剂温度低于50℃；
(2)对形状较复杂、截面厚薄过渡较陡、轴颈有效厚度约55mm、孔壁交汇处壁厚约10mm的转向节实施分级淬火，淬火剂浓度控制在0.23～0.27％(原液的重量百分比)，工件内部传到表面的温度在300℃时出液，然后在空气中冷却；
(3)对形状复杂、截面厚薄急剧过渡、R角较小、轴颈有效厚度约70mm、孔壁交汇处壁厚约6mm的转向节实施双液淬火，淬火剂浓度可控制在0.18～0.22％(原液的重量百分比)，工件内部传到表面的温度在300℃时出液，然后在油中冷却。
经跃进汽车集团公司汽车研究所按照FIAT标准18N5130《转向节技术规范》，对采用本发明所述的方法进行热处理的汽车转向节进行试验，疲劳寿命为54.2～79.8万次，大大高于机械部标准JB522-84《汽车转向节技术条件》中30万次的寿命要求。据杭州轻型汽车底盘厂反馈意见，采用本发明所述的方法进行热处理的汽车转向节经检测及使用后，与同类产品相比，其疲劳使用寿命更长。
具体实施方式
实施例1：汽车转向节淬火剂原液的配制
取聚乙烯醇20克、聚丙烯酸盐5克、过硫酸铵5克，再加9970克水在炉中加热，直至聚乙烯醇、聚丙烯酸盐、过硫酸铵完全均匀溶解为止。然后关掉热源，待其冷却到室温即得淬火剂原液。具体实施例配方见表(含量为重量百分比)：

实施例2～3：汽车转向节淬火剂原液的配制
原液的配方见上表，配制方法与实施例1相同。
实施例4：对于转向节轴颈有效厚度40mm的40Cr钢材料
40Cr钢转向节工件在炉中加热到860℃，在此温度下保温并完全奥氏体均匀化，然后淬入含有0.30％原液(由折光仪测定的折光率换算成此浓度数值)的水冷却液中，淬火过程中通过循环冷却控制淬火剂温度低于50℃，约10分钟后，工件与淬火剂达到相同温度，即工件心部完全冷却。将工件自冷却液中取出，然后测定轴颈横向剖面的洛氏硬度，从轴颈边部至心部的洛氏硬度在57～52HRC，说明心部已完全淬透，然后通过580～620℃高温回火，得到均匀弥散分布的回火索氏体，该类组织按JB/T 13320-1991汽车转向节金相标准评定，边部组织为1～2级，心部组织为2～3级(说明：JB/T13320-1991中要求的合格级别是边部≤4级，心部≤6级)。
实施例5：对于转向节轴颈有效厚度55mm的40Cr钢材料
40Cr钢转向节工件在炉中加热到860℃，在此温度下保温并完全奥氏体均匀化，然后淬入含有0.25％原液(由折光仪测定的折光率换算成此浓度数值)的水冷却液中，待工件自心部传到外表面的温度在300℃时，将工件自冷却液中取出并在空气中冷却，使得马氏体转变在空冷中完成，这样可使形状复杂及孔壁较薄的工件避免出现开裂。将淬火的工件取轴颈横向剖面测定自边部到心部的洛氏硬度，其值为57～48HRC，说明心部基本淬透。淬过火的工件放入炉中580～620℃高温回火，得到的金相组织按JB/T 13320-1991汽车转向节金相标准进行评定，边部组织均匀回火索氏体评为1～2级，心部组织回火索氏体+少量铁素体评为3～4级。
实施例6：对于转向节轴颈有效厚度70mm的40Cr钢材料
40Cr钢转向节工件在炉中加热到860℃，在此温度下保温并完全奥氏体均匀化，然后淬入含有0.22％原液(由折光仪测定的折光率换算成此浓度数值)的水冷却液中，待工件自心部传到表面的温度在300℃时，将工件取出并放入10#机油中冷却，使得马氏体转变在10#机油中完成，这样可使形状复杂、壁薄相差悬殊且R角较小的工件避免出现开裂。将淬火的工件取轴颈横向剖面测定自边部到心部的洛氏硬度，其值为57～42HRC，说明工件心部大部分被淬透。淬过火的工件放入炉中580～620℃高温回火，得到组织：边部为均匀弥散分布地回火索氏体，按JB/T 13320-1991汽车转向节金相标准进行评定为1～2级，心部为回火索氏体+少量铁素体，同样按上述金相标准评定为5级。