CN111593294A - 一种高性能减震器钢管及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及减震器钢管技术领域，提供了一种高性能减震器钢管及其加工方法，包括低碳钢钢管；低碳钢钢管表面渗入有扩散层，扩散层上渗入有白亮层，白亮层上渗入有氧化膜。本发明克服了现有工艺的不足，设计合理，结构紧凑，解决了现有减震器钢管耐磨、耐腐蚀和耐疲劳性问题，本发明通过简单的工艺方法，由低碳钢钢管以及氮碳氧复合渗层构成，属于冶金结合，氮碳氧复合渗层主要包括表面尖晶石结构的氧化膜、氮碳化合物层、扩散层，此氮碳氧复合渗层不仅极大的提高了减震器钢管的防腐、耐磨的性能，还提高了耐疲劳性能，具有很强的实用性。

Description

一种高性能减震器钢管及其加工方法

技术领域

本发明涉及减震器钢管技术领域，具体涉及一种高性能减震器钢管及其加工方法。

背景技术

减震器是汽车使用过程中的易损件，减震器的工作好坏，将影响汽车行驶的平稳性和安全性，减震器钢管(包括工作缸和储油缸)是减震器的重要部件，钢管的质量直接影响减震器的使用，目前减震器钢管大部分采用低碳钢材料，加工方法主要是经过低碳钢管酸洗-冷拔(精轧)-成形切管-表面防锈处理或镀铬处理。

随着市场需求，对减震器钢管的性能要求也越来也高，普通的减震器钢管性能已经满足不了市场需求，这里的性能主要指钢管的耐蚀性能和耐磨性能和耐疲劳性能。

具体表现在：1、表面硬度低，刚性不足，装配或转运容易出现磕碰变形。2、防腐层容易老化或受撞击脱落，生锈导致功能失效。3、使用寿命低，也应对不了复杂工况环境。

为此，我们提出一种高性能减震器钢管及其加工方法。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种高性能减震器钢管及其加工方法，克服了现有技术的不足，设计合理，结构紧凑，解决了现有的减震器钢管耐磨性能和耐疲劳性差的问题，本发明通过简单的工艺方法，由低碳钢钢管以及氮碳氧复合渗层构成，属于冶金结合，氮碳氧复合渗层主要包括表面尖晶石结构的氧化膜、氮碳化合物层、扩散层，此氮碳氧复合渗层不仅极大的提高了减震器钢管的防腐、耐磨的性能，还提高了耐疲劳性能，具有很强的实用性。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种高性能减震器钢管及其加工方法，其特征在于，包括低碳钢钢管；

所述低碳钢钢管表面上渗入有扩散层，扩散层上渗入有白亮层，白亮层上渗入有氧化膜。

进一步的，位于所述低碳钢钢管内外侧分别渗入有扩散层、白亮层、氧化膜，其单边复合渗层总厚度之和位于0.2～0.3mm之间，其中白亮层厚度位于12～20um之间。

进一步的，包括以下步骤：

步骤一、冷拔精轧，将低碳钢管管坯通过冷拔机进行冷拔和精轧机精轧，通过此工艺，能够得到厚度尺寸均匀稳定表面光洁度良好的低碳钢钢管。

步骤二、成形切管、将步骤一冷拔精轧后的低碳钢钢管通过切割设备进行切管，得到低碳钢减震器钢管。

步骤三、超声波清洗：将步骤二切割好的低碳钢减震器钢管装入氮碳氧共渗的工装内，在进行超声波清洗去除油渍污渍，清洗的水温为50～60℃，时间10～20分钟；

步骤四、喷淋漂洗：将步骤三处理后的低碳钢减震器钢管再进行循环水加压喷淋及漂洗，喷淋时间为5～10分钟，漂洗时间2～10分钟；

步骤五、加热预处理：将步骤四处理后的低碳钢减震器钢管进行加热预处理，低碳钢减震器钢管表面由常温升温至360±5℃，升温速度为10～20℃/min，保温30～40分钟；

步骤六、氮碳氧共渗处理：将步骤五处理后的低碳钢减震器钢管进行氮碳氧共渗，添加渗氮剂和再生剂(再生剂的添加量根据低碳钢减震器钢管重量可精确控制复合渗层厚度)，得到白亮层和扩散层，共渗温度为560～580℃，共渗时间为60～80分钟，通干燥后的压缩空气，流量为0.1～0.3MPa；

步骤七、氧化处理：将步骤六处理后的低碳钢减震器钢管进行氧化处理，添加渗氧剂，增加低碳钢减震器钢管基体表面氧原子含量和形成氧化膜，提高腐蚀电位，氧化温度为420～440℃，氧化时间40～60分钟；

步骤八、去除杂质：将步骤七处理后的低碳钢减震器钢管，直接用循环水冷却至常温，并进行机械抛光，去除疏松及杂质；

步骤九、区分：将步骤八处理后的低碳钢减震器钢管，根据技术要求、管壁厚度以及氮碳氧复合渗层深度分为两批，一批为减震器工作缸，另一批为减震器储油缸。

步骤十、再次氧化：将步骤九作为减震器工作缸的一批低碳钢减震器钢管进行二次预处理和渗氧处理，增加氧化膜厚度和增加固溶氧原子深度；

步骤十一、将步骤八处理的储油缸钢管和步骤十处理后的减震器工作缸/减震器储油缸进行清洗喷淋/烘干/雾化涂油/包装。

进一步的，所述渗氮剂配方按以下质量分数组分组成：

进一步的，所述再生剂配方按以下质量分数组分组成：

进一步的，所述渗氧剂配方按以下质量分数组分组成：

进一步的，所述再生剂添加量为每批次处理减震器钢管重量的0.5～1.5％。

进一步的，所述步骤二中在对低碳钢钢管切割时需要预留共渗微变形尺寸，预变形量为0.02～0.04mm。

(三)有益效果

本发明实施例提供了一种高性能减震器钢管及其加工方法。具备以下有益效果：

1、本发明提供的高性能减震器钢管，由低碳钢钢管以及氮碳氧复合渗层构成，属于冶金结合，氮碳氧复合渗层主要包括表面尖晶石结构(尖晶石结构Fe3O4)氧化膜、氮碳化合物层、扩散层，此氮碳氧复合渗层不仅极大的提高了减震器钢管的防腐、耐磨的性能，还提高了耐疲劳性能。

2、本发明提供的高性能减震器钢管不再需要钝化防锈和表面镀铬处理，在生产过程中不含污染环境的酸洗钝化或镀铬重金属污染，使用过程中也不会造成二次重金属污染。

3、本发明的钢管材料的复合层为渗层，不会产生剥落现象和脱皮现象，且复合渗层均匀，使得减震器钢厚度相同，其表面硬度大于550HV，复合渗层厚度为单边范围可达0.2～0.3mm，中性盐雾试验抗腐蚀144小时以上，比普通减震器钢管抗拉强度提高100Mpa以上。

4、本表面处理工艺发明，可以精确控制减震器钢管的渗层质量，在一定温度范围内(560～580℃)，对于减震器钢管，该再生剂添加量为工件重量的0.5～1.5％，配合采用通干燥后的压缩空气，流量为0.1～0.3MPa，可得到减震器钢管表面渗层白亮层12～20um，总渗层0.20～0.30mm，表面硬度500～650Hv0.1。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图中：低碳钢钢管1、扩散层2、白亮层3、氧化膜4。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。

本发明中一种高性能减震器钢管及其加工方法，包括一种高性能减震器钢管及其加工方法，其特征在于，包括减震器低碳钢钢管1，同时采用其他例如低碳合金钢材料，包括Q235D、20钢，20Mn2等，采用本发明中的加工方法：氮碳氧共渗表面处理工艺制作类似本发明高性能减震器复合钢管；

所述低碳钢钢管1上渗有扩散层2，能够提高减震器钢管疲劳强度，扩散层2上渗有白亮层3，白亮层3能够减震器钢管提高硬度、耐磨性以及抗腐蚀性，白亮层3上包渗有氧化膜4，氧化膜4的成份尖晶石结构(Fe3O4)，目的是增加工件表面氧原子含量和形成氧化膜4，提高腐蚀电位，同时渗层稳定，不易脱皮，提高使用寿命。

本实施例中，如图1所示，位于所述低碳钢钢管1表面的扩散层2、白亮层3、氧化膜4的厚度之和位于0.2～0.3mm之间，本发明的钢管材料的复合层为渗层，不会产生剥落现象和脱皮现象，且复合渗层均匀，圆度不会发生变化，其表面硬度大于550HV，复合渗层厚度为单边范围可达0.2～0.3mm，中性盐雾试验抗腐蚀144小时以上，比普通减震器钢管抗拉强度提高100Mpa以上。

本实施例中，一种高性能减震器钢管加工方法，包括以下步骤：

步骤一、冷拔精轧，将低碳钢钢坯通过冷拔机进行冷拔精轧机精轧，通过此工艺，能够得到均匀厚度尺寸和表面的光洁度良好的低碳钢钢管。

步骤二、成形切管、将步骤一冷拔精轧后的低碳钢钢管通过切割设备进行切管，对低碳钢钢管切割时需要预留共渗时的微变形尺寸，获得低碳钢减震器钢管，在对低碳钢减震器钢管氮碳氧共渗时由于在共渗产生的温度以及渗层厚度的影响，因此为了保证低碳钢减震器钢管共渗的精度，会预留变形尺寸，提高精度，变形预留量为0.02～0.04mm。

步骤三、超声波清洗：将步骤二低碳钢减震器钢管装入氮碳氧共渗的工装内，在进行超声波清洗去除油渍污渍，清洗的水温为50～60℃，时间10～20分钟，有效去除工件上附着的油污和杂质，保证后续步骤不受杂质的影响，也是影响批量生产产品外观的重要步骤；

步骤四、喷淋漂洗：将步骤三处理后的低碳钢减震器钢管再进行循环水加压喷淋及漂洗，喷淋时间为5～10分钟，漂洗时间2～10分钟，采用循环水加压喷淋的方式不仅可以有效的将工件进行清洁，用水量也大大减少，不仅降低了生产成本也降低了循环水处理成本，对产品的效果与步骤一目的一致；

步骤五、加热预处理：将步骤四处理后的低碳钢减震器钢管进行加热预处理，低碳钢减震器钢管表面由常温升温至360±5℃，升温速度为10～20℃/min，保温30～40分钟，由常温开始升温则是保证工件逐渐升温至380℃，减少了受热变形，在380℃保温这是因为工作缸是低碳材料且为壁薄零件，在本工序设备条件下，温度过高容易发黑，影响渗层疏松；温度过低，不利于工件表面活化，影响共渗质量；

步骤六、氮碳氧共渗处理：将步骤五处理后的低碳钢减震器钢管进行氮碳氧共渗，添加渗氮剂和再生剂，得到白亮层3和扩散层2，共渗温度为560～580℃，共渗时间为60～80分钟，在该温度下处理，能发挥复合渗剂的最佳特效，大大缩短了共渗时间，通干燥后的压缩空气，流量为0.1～0.3MPa；

步骤七、氧化处理：将步骤六处理后的低碳钢减震器钢管进行氧化处理，添加渗氧剂，增加低碳钢减震器钢管白亮层3和扩散层2表面氧原子含量和形成氧化膜4，提高腐蚀电位，氧化温度为420～440℃，氧化时间40～60分钟，根据所发明渗氧剂的特性，各渗氧剂原料种类与组分，决定了其熔点和最佳氧化温度，温度越高，氧化性越强，但高温容易破坏渗剂稳定性，在步骤七处理后进行氧化反应，得到致密的氧化膜4(尖晶石结构Fe3O4)、白亮层3(Fe2～3N)以及氮碳氧固溶层，该共渗层均匀，结构稳定，不会产生脱皮开裂现象，且不需要催化剂催化，氧化时间15～20分钟便可以氧化渗氮剂的有害物质，提高了生产效率和对环境无公害；

步骤八、去除杂质：将步骤七处理后的低碳钢减震器钢管，直接用循环水冷却至常温，并进行震抛，去除疏松及杂质；

步骤九、区分：将步骤八处理后的低碳钢减震器钢管，按技术要求和管壁厚度以及渗层厚度分为两批，一批作为减震器工作缸，另一批作为减震器储油缸。

步骤十、再次氧化：将作为减震器工作缸的一批低碳钢减震器钢管进行预处理和二次氧化，再次添加渗氧剂，增加氧化膜和固溶氧原子深度；

步骤十一、将步骤八和步骤十处理后的减震器工作缸/减震器储油缸进行清洗喷淋/烘干/雾化涂油/装箱，节省人工成本，减少耗材的消耗，提高减震器钢管的清洁度。

本实施例中，渗氮剂主要为氮碳氧共渗提供渗入到基体的元素，进而形成化合物和固溶物，使工件具有耐磨耐疲劳性能和基本耐蚀性，渗氮剂配方按以下质量分数组分组成：

本实施例中，再生剂为调节剂，主要调节基础剂的活性和稳定性以及降低基础剂的有害物质，所述再生剂配方按以下质量分数组分组成：

本实施例中，渗氧剂为辅助剂，主要是提供氧元素，在氮碳化合物层形成面心立方的致密的四氧化三铁氧化膜及氧原子固溶，降低工件表面的摩擦系数，提高复合层表面腐蚀电位，增加氧含量，增加耐蚀性能，所述渗氧剂配方按以下质量分数组分组成：

本实施例中，所述再生剂添加量为每批次处理减震器储油缸重量的1～2％，通过控制再生剂添加的添加量，在共渗温度为560～580℃的范围内，白亮层控制精度可达1～3um/10min，总渗层控制精度可达5～15um/10min，同时配合采用通干燥后的压缩空气，流量为0.1～0.3MPa，可得到减震器钢管表面渗层白亮层12～20um，总渗层0.20～0.30mm，表面硬度500～650Hv0.1。

实施例1

一种高性能减震器钢管加工方法包括以下步骤：

步骤一、冷拔精轧，将低碳钢管管坯通过冷拔机进行冷拔精轧机精轧，通过此工艺，能够得到均匀厚度尺寸和表面的光洁度良好的低碳钢钢管。

步骤二、成形切管、将步骤一冷拔精轧后的低碳钢钢管通过切割设备进行切管，对低碳钢钢管切割时需要预留共渗时的微变形尺寸，获得减震器低碳钢钢管1，在对低碳钢钢管1氮碳氧共渗时由于在共渗产生的温度以及渗层厚度的影响，因此为了保证低碳钢钢管1共渗的精度，会预留变形尺寸，提高精度，变形预留量为0.02～0.04mm。

步骤三、超声波清洗：将低碳钢钢管1装入氮碳氧共渗的工装内，装炉重量为200KG，在进行超声波清洗去除油渍污渍，清洗的水温为55℃，时间10分钟；

步骤四、喷淋漂洗：将步骤三处理后再循环水加压喷淋及漂洗，喷淋时间为5分钟，漂洗时间2分钟；

步骤五、加热预处理：将步骤四处理后的减震器钢管进行预处理，由常温将工件表面升温至360±5℃，升温速度为20℃/min，保温40分钟；

步骤六、氮碳氧共渗处理：将步骤五处理后的减震器钢管进行氮碳氧共渗，得到白亮层3和扩散层2；共渗温度为560℃，再生剂添加量为1公斤，共渗时间为60分钟，通干燥后的压缩空气，流量为0.1MPa，

步骤七、氧化处理：将步骤六处理后的工件进行氧化处理，添加氧化剂；氧化温度为430℃，氧化时间40分钟；

步骤八、去除杂质：将步骤七处理后的工件，直接用循环水冷却至常温，并进行震抛，去除疏松及杂质；磨料为直径2mm的高铝瓷圆柱和圆球，震抛时间为10分钟；

步骤九、区分：将步骤八处理后的低碳钢钢管1，按技术要求管壁厚度及渗层厚度区分为两批，一批作为减震器工作缸，另一批作为减震器储油缸。

步骤十、再次氧化：将作为减震器工作缸的一批低碳钢钢管1进行预处理和二次氧化，再次添加渗氧剂，修复受损氧化膜和固溶氧原子深度；

步骤十一、将步骤八和步骤十处理后的低碳钢钢管1进行清洗喷淋/烘干/雾化涂油/包装，节省人工成本，减少耗材的消耗，提高减震器钢管的清洁度。

实施例2

与实施例1不同的在于，减震器储钢管装炉重量为300kg，再生剂添加量为1KG，共渗温度为570℃，其余步骤操作数据皆相同。

对比例1

与实施例1不同的在于再生剂添加量为1.5公斤，共渗温度为560℃，其余步骤操作数据皆相同。

对比例2

与实施例1不同的在于，减震器钢管装炉重量为300kg，再生剂添加量为1.5Kg，共渗温度为570℃，其余步骤操作数据皆相同。

性能检测结果：

根据工件装炉重量/再生剂添加量的配比不同，使减震器钢管具备不同的性能；

根据共渗温度的不同，使减震器钢管具备不同的性能，结果如下表所示。

盐雾试验：能够检测工件的抗腐蚀性能。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种高性能减震器钢管及其加工方法，其特征在于，包括低碳钢钢管；

其特征在于：所述低碳钢钢管表面上渗入有扩散层，扩散层上渗入有白亮层，白亮层上渗入有氧化膜。

2.如权利要求1所述的一种高性能减震器钢管及其加工方法，其特征在于：位于所述低碳钢钢管内外侧分别渗入有扩散层、白亮层、氧化膜，其单边复合渗层总厚度之和位于0.2～0.3mm之间，其中白亮层厚度位于12～20um之间。

3.如权利要求1-2所述的一种高性能减震器钢管加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、冷拔精轧，将低碳钢管管坯通过冷拔机进行冷拔和精轧机精轧，通过此工艺，能够得到厚度尺寸均匀稳定表面光洁度良好的低碳钢钢管。

步骤二、成形切管、将步骤一冷拔精轧后的低碳钢钢管通过切割设备进行切管，得到低碳钢减震器钢管。

步骤三、超声波清洗：将步骤二切割好的低碳钢减震器钢管装入氮碳氧共渗的工装内，在进行超声波清洗去除油渍污渍，清洗的水温为50～60℃，时间10～20分钟；

步骤四、喷淋漂洗：将步骤三处理后的低碳钢减震器钢管再进行循环水加压喷淋及漂洗，喷淋时间为5～10分钟，漂洗时间2～10分钟；

步骤五、加热预处理：将步骤四处理后的低碳钢减震器钢管进行加热预处理，低碳钢减震器钢管表面由常温升温至360±5℃，升温速度为10～20℃/min，保温30～40分钟；

步骤六、氮碳氧共渗处理：将步骤五处理后的低碳钢减震器钢管进行氮碳氧共渗，添加渗氮剂和再生剂，得到白亮层和扩散层，共渗温度为560～580℃，共渗时间为60～80分钟，通干燥后的压缩空气，流量为0.1～0.3MPa；

步骤七、氧化处理：将步骤六处理后的低碳钢减震器钢管进行氧化处理，添加渗氧剂，增加低碳钢减震器钢管基体表面氧原子含量和形成氧化膜，提高腐蚀电位，氧化温度为420～440℃，氧化时间40～60分钟；

步骤八、去除杂质：将步骤七处理后的低碳钢减震器钢管，直接用循环水冷却至常温，并进行机械抛光，去除疏松及杂质；

步骤九、区分：将步骤八处理后的低碳钢减震器钢管，根据技术要求、管壁厚度以及氮碳氧复合渗层深度分为两批，一批为减震器工作缸，另一批为减震器储油缸。

步骤十、再次氧化：将步骤九作为减震器工作缸的一批低碳钢减震器钢管进行二次预处理和渗氧处理，增加氧化膜厚度和增加固溶氧原子深度；

步骤十一、将步骤八处理的储油缸钢管和步骤十处理后的减震器工作缸/减震器储油缸进行清洗喷淋/烘干/雾化涂油/包装。

4.如权利要求3所述的一种高性能减震器钢管加工方法，其特征在于：所述渗氮剂配方按以下质量分数组分组成：

5.如权利要求3所述的一种高性能减震器钢管加工方法，其特征在于：所述再生剂配方按以下质量分数组分组成：

6.如权利要求3所述的一种高性能减震器钢管加工方法，其特征在于：所述渗氧剂配方按以下质量分数组分组成：

7.如权利要求3所述的一种高性能减震器钢管加工方法，其特征在于：所述再生剂添加量为每批次处理减震器钢管重量的0.5～1.5％。

8.如权利要求3所述的一种高性能减震器钢管加工方法，其特征在于：所述步骤二中在对低碳钢钢管切割时需要预留共渗微变形尺寸，预变形量为0.02～0.04mm。

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