CN104696379A

CN104696379A - 节叉产品及其制备方法

Info

Publication number: CN104696379A
Application number: CN201510068857.1A
Authority: CN
Inventors: 郭建春; 马祖文; 马祖斌; 马祖坤; 高朋; 李玉田; 郑世念
Original assignee: Shandong Jinma Industrial Group Co Ltd
Current assignee: Shandong Jinma Industrial Group Co Ltd
Priority date: 2015-02-10
Filing date: 2015-02-10
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2035-02-10
Also published as: CN104696379B

Abstract

本发明涉及一种节叉产品及其制备方法，其包括以下工序：辊锻制坯→锻造成形→磁粉探伤→机械加工；所述工序不包括调质处理，锻造成形工序中将辊锻制坯工序制备得到的坯料加热至1180~1230℃，预锻温度为1180~1230℃，终锻温度为930~980℃，终锻后控制冷却速度为2.5~3.5℃/秒，冷却至420~450℃后进行缓冷。本发明的节叉产品，经过锻造和机械加工后使得零件的性能满足最终使用要求，而且还降低了制造成本，显著减少了能源消耗，提高了生产效率。制备得到的节叉产品抗拉强度可以达到780~900MPa，屈服强度可以达到480~550MPa，延伸率可以达到16~40%。

Description

节叉产品及其制备方法

技术领域

本发明涉及汽车零件锻造与加工的技术领域，更具体地说，本发明涉及一种节叉产品及其制备方法。

背景技术

节叉是汽车上的关键部件之一，其是利用球型等装置实现不同方向的轴动力输出。节叉与传动轴组合，称为万向节传动装置。在前置发动机后轮驱动的车辆上，万向节传动装置安装在变速器输出轴与驱动桥主减速器输入轴之间；而前置发动机前轮驱动的车辆省略了传动轴，万向节安装在既负责驱动又负责转向的前桥半轴与车轮之间。

在现有技术中，节叉的加工工艺大多是以中碳钢锻造后经过调质处理，这种加工工艺在调质热处理时，不仅变形大而且需要消耗大量能源，生产成本较高。为此现有技术中，也开发了不需要经过调质处理的工艺，其只需控制锻造工艺参数就可以获得所需强度、韧性和切削性能的非调质钢。此外，万向节在交付之前，为了提高耐腐蚀性，通常需要进行镀锌处理。但是现有技术中常规的非调质易切削钢是在中碳钢中添加微量合金元素得到，由于碳的含量较高，在热镀锌时粘结性较差，在使用过程中也容易导致锌层脱落。

发明内容

为了解决现有技术中的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种节叉产品及其制备方法。

为了解决上述技术问题并实现发明目的，本发明的第一方面提供以下技术方案：

本发明所述的节叉产品的制备方法，包括以下工序：辊锻制坯→锻造成形→磁粉探伤→机械加工；其特征在于：所述工序不包括调质处理，锻造成形工序中将辊锻制坯工序制备得到的坯料加热至1180~1230℃，预锻温度为1180~1230℃，终锻温度为930~980℃，终锻后控制冷却速度为2.5~3.5 ℃/秒，冷却至420~450℃后进行缓冷。

其中，所述节叉产品采用的材料为非调质易切削钢，其元素组成和重量百分比为：C：0.32~0.39wt%、Si：0.30~0.50wt%、Mn：1.00~1.50wt%、S：0.035~0.050 wt%、Ca：0.002~0.005 wt%、Mg：0.002~0.005 wt%、V：0.06~0.13 wt%、Mo：0.015~0.025wt%、P≤0.035wt%、Cr≤0.30wt%、Ni≤0.30wt%、Cu≤0.25wt%、Al≤0.01wt%、Nb≤0.01wt%、Ti≤0.01wt%，余量为Fe和不可避免的杂质。

其中，所述机械加工工序包括在数控机床上进行的车端面、钻孔、镗孔和倒角工艺；在方形铣床上进行的铣开口工艺；在立式花键拉床上进行的拉花键工艺。

其中，所述工序还包括机械加工后的热镀锌处理。

其中，热镀锌的锌浴含有0.08~0.13wt%的Al、0.03~0.08的Mg，余量为锌和不可避免的杂质。

其中，锌浴的温度为420~450℃。

其中，热镀锌镀层的厚度控制为3~10 μm，然后在460~480℃热处理25~35秒将锌镀层进行合金化处理。

本发明的第二方面还涉及一种节叉产品。

本发明所述的节叉产品，其特征在于：所述节叉产品将非调质易切削钢通过包括锻造成形工序的制备方法得到；所述非调质易切削钢的元素组成和重量百分比为：C：0.32~0.39wt%、Si：0.30~0.50wt%、Mn：1.00~1.50wt%、S：0.035~0.050 wt%、Ca：0.002~0.005 wt%、Mg：0.002~0.005 wt%、V：0.06~0.13 wt%、Mo：0.015~0.025wt%、P≤0.035wt%、Cr≤0.30wt%、Ni≤0.30wt%、Cu≤0.25wt%、Al≤0.01wt%、Nb≤0.01wt%、Ti≤0.01wt%，余量为Fe和不可避免的杂质。

其中，锻造成形工序中将辊锻制坯工序制备得到的坯料加热至1180~1230℃，预锻温度为1180~1230℃，终锻温度为930~980℃，终锻后控制冷却速度为2.5~3.5 ℃/秒，冷却至420~450℃后进行缓冷。

其中，所述节叉产品表面具有热镀锌镀层，且所述热镀锌镀层中含有0.08~0.13wt%的Al、0.03~0.08的Mg，余量为锌和不可避免的杂质。

其中，所述热镀锌镀层的厚度为3~10μm，然后在460~480℃热处理25~35秒将锌镀层进行合金化处理。

与现有技术相比，本发明所述的节叉产品及其制备方法具有以下有益效果：

（1）本发明不经过调质处理即可得到节叉产品，由于省略了调质处理步骤，经过锻造和机械加工后不仅使得零件的性能满足最终使用要求，机械加工过程中易切削且有自润滑作用，降低了制造成本，显著减少了能源消耗，提高了生产效率。制备得到的节叉产品抗拉强度可以达到780~900MPa，屈服强度可以达到480~550 MPa，延伸率可以达到16~40%。

（2）本发明通过非调质钢组分的控制，尤其是严格控制硅的含量，并添加适量的Mg，通过锻造控制内部氧化物和表面形态，使得即使在碳含量较高的条件下，仍然可以制备润湿性好、镀覆性能高的热镀锌镀层。

具体实施方式

以下将通过参考示范性实施例，阐明本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法。

在本发明中，所述的节叉产品通过包括以下工序的方法制备得到：辊锻制坯→锻造成形→磁粉探伤→机械加工→热镀锌；并且所述工序不包括调质处理。

其中，所述节叉产品采用的材料为非调质易切削钢，其元素组成和重量百分比为：C：0.32~0.39wt%、Si：0.30~0.50wt%、Mn：1.00~1.50wt%、S：0.035~0.050 wt%、Ca：0.002~0.005 wt%、Mg：0.002~0.005 wt%、V：0.06~0.13 wt%、Mo：0.015~0.025wt%、P≤0.035wt%、Cr≤0.30wt%、Ni≤0.30wt%、Cu≤0.25wt%、Al≤0.01wt%、Nb≤0.01wt%、Ti≤0.01wt%，余量为Fe和不可避免的杂质。所述非调质易切削钢通过电炉冶炼、出钢，LF炉外精炼制备得到棒料。为保证钢中易切削夹杂物形态，采用先向电炉中加入S线，并进行Ca处理，以确保化学成分符合设计要求。钢中的碳对于获得良好的机械性能是必要的，在高温下形成奥氏体可以提高材料的强度。由于碳在铁素体中的溶解度很低，对于中碳钢在热镀锌以及随后的合金化工艺中存在碳向边界析出的倾向从而导致其镀覆性、粘附性差。但通过添加适量的Mg，并控制Si的含量不高于0.5wt%(优选不高于0.42wt%)，在锻造成形工艺中可以形成内部氧化物阻止碳在边界的聚集，显著提高了锌浴与钢表面的润湿性，进而提高了锌镀层与钢表面的附着性。

其中，在辊锻制坯过程中，首先，将非调质易切削钢棒料加热步骤中，棒料加热温度1200~1250℃。为准确控制棒料温度，降低能量消耗，对此过程采取两方面措施：①采用感应炉加热可以使棒料加热效率提高，同时减少热量消耗，节约能源，减少废气排放量；并且可以使棒料在加热过程内外加热均匀，表里温度一致，避免过热、过烧现象，减少棒料表面氧化，使棒料在锻造形变过程中，内外抗力一致，金属流动顺畅，从而使产品流线更加完好。然后将棒料加热至500~800 ℃，然后沿导料装置进入辊锻机导轨，在辊锻机上进行制坯。锻造前用大面积火焰慢烘模具，使模具表面预热到120~200℃；然后用压缩空气吹去锻模模腔内的氧化皮；再均匀喷脱模剂于锻模模腔；之后用压缩空气吹净坯料两端的氧化皮；锻造成形工序中将辊锻制坯工序制备得到的坯料加热至1180~1230℃，预锻温度为1180~1230℃，终锻温度为930~980℃，终锻后控制冷却速度为2.5~3.5 ℃/秒，冷却至420~450℃后进行缓冷。

其中，磁粉探伤步骤中，可以采用CJW-3000D磁粉探伤机进行探伤。探伤件数达到2500-3000件时更换水剂磁悬液。检测出有裂纹产品，将缺陷标示出并隔离存放。所述磁粉探伤工艺中，采用的水剂磁悬液包括：3-5g/L的荧光磁粉、0.2%的分散剂和0.5%的防锈剂；并且周向磁化电流为0.5-0.8 KA，纵向磁化电流为10-12KA，磁化时间为3s。

表1给出了节叉产品的非调质钢的组成(余量为Fe和不可避免的杂质)。表2给出了锻造成形后的机械性能。

表1 （wt%）

表2

机械加工后在交付最终用户之前，为了提高耐蚀性还可以进行热镀锌处理。所述热镀锌镀层中含有0.08~0.13wt%的Al、0.03~0.08的Mg，余量为锌和不可避免的杂质。所述热镀锌镀层的厚度为3~10μm，然后在460~480℃热处理25~35秒将锌镀层进行合金化处理。镀锌出浴液时可以观察到采用本申请实施例组成的易切削钢，其与锌浴的润湿性好，得到的镀层附着性好。而如果钢中的Si含量高于0.50wt%或者不添加Mg时其润湿性差，附着性差。表3给出了比较例的钢组成。

表3（wt%）

对比较例1~3组成的钢与实施例1组成的钢进行热镀锌处理。所述热镀锌镀层中含有0.10wt%的Al、0.06的Mg，余量为锌和不可避免的杂质。控制镀层的厚度为5μm，然后在460℃热处理30秒将锌镀层进行合金化处理。然后在5wt%的氯化钠溶液在盐雾实验箱中进行盐雾实验，可以发现实施例1的钢经过热镀锌处理后经受1200小时后才出现锈点，而比较例1~3经受300~500小时后即出现不小于面积达5%（试片总面积）以上的锈蚀或涂层剥落现象。

对于本领域的普通技术人员而言，具体实施例只是对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种节叉产品的制备方法，包括以下工序：辊锻制坯→锻造成形→磁粉探伤→机械加工；其特征在于：所述工序不包括调质处理，锻造成形工序中将辊锻制坯工序制备得到的坯料加热至1180~1230℃，预锻温度为1180~1230℃，终锻温度为930~980℃，终锻后控制冷却速度为2.5~3.5 ℃/秒，冷却至420~450℃后进行缓冷。

2.根据权利要求1所述的节叉产品的制备方法，其特征在于：所述节叉产品采用的材料为非调质易切削钢，其元素组成和重量百分比为：C：0.32~0.39wt%、Si：0.30~0.50wt%、Mn：1.00~1.50wt%、S：0.035~0.050 wt%、Ca：0.002~0.005 wt%、Mg：0.002~0.005 wt%、V：0.06~0.13 wt%、Mo：0.015~0.025wt%、P≤0.035wt%、Cr≤0.30wt%、Ni≤0.30wt%、Cu≤0.25wt%、Al≤0.01wt%、Nb≤0.01wt%、Ti≤0.01wt%，余量为Fe和不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的节叉产品的制备方法，其特征在于：所述机械加工工序包括在数控机床上进行的车端面、钻孔、镗孔和倒角工艺；在方形铣床上进行的铣开口工艺；在立式花键拉床上进行的拉花键工艺。

4.根据权利要求1所述的节叉产品的制备方法，其特征在于：所述工序还包括机械加工后的热镀锌处理。

5.根据权利要求4所述的节叉产品的制备方法，其特征在于：热镀锌的锌浴含有0.08~0.13wt%的Al、0.03~0.08的Mg，余量为锌和不可避免的杂质；锌浴的温度为420~450℃。

6.根据权利要求5所述的节叉产品的制备方法，其特征在于：热镀锌镀层的厚度控制为3~10 μm，然后在420~450℃热处理25~35秒将锌镀层进行合金化处理。

7.一种节叉产品，其将非调质易切削钢通过包括锻造成形工序的制备方法得到；其特征在于：所述非调质易切削钢的元素组成和重量百分比为：C：0.32~0.39wt%、Si：0.30~0.50wt%、Mn：1.00~1.50wt%、S：0.035~0.050 wt%、Ca：0.002~0.005 wt%、Mg：0.002~0.005 wt%、V：0.06~0.13 wt%、Mo：0.015~0.025wt%、P≤0.035wt%、Cr≤0.30wt%、Ni≤0.30wt%、Cu≤0.25wt%、Al≤0.01wt%、Nb≤0.01wt%、Ti≤0.01wt%，余量为Fe和不可避免的杂质。

8.根据权利要求7所述的节叉产品，其特征在于：锻造成形工序中将辊锻制坯工序制备得到的坯料加热至1180~1230℃，预锻温度为1180~1230℃，终锻温度为930~980℃，终锻后控制冷却速度为2.5~3.5 ℃/秒，冷却至420~450℃后进行缓冷。

9.根据权利要求7所述的节叉产品，其特征在于：所述节叉产品表面具有热镀锌镀层，且所述热镀锌镀层中含有0.08~0.13wt%的Al、0.03~0.08的Mg，余量为锌和不可避免的杂质。

10.根据权利要求9所述的节叉产品，其特征在于：所述热镀锌镀层的厚度为3~10μm，然后在460~480℃热处理25~35秒将锌镀层进行合金化处理。