本發(fā)明涉及一種熱處理技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種汽車零部件冷擠壓坯料的軟化方法。

背景技術(shù)：

隨著汽車工業(yè)的高速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外的冷擠壓工藝有了較大發(fā)展，這對(duì)于冷擠壓坯料的性能提出了新的要求。要求坯料塑性好，在低的單位積壓下易于流動(dòng)，擠壓時(shí)不開(kāi)裂，最終熱處理的芯部硬度等。一般認(rèn)為，球化組織是獲得低單位壓應(yīng)力的首要條件，因?yàn)檫@種組織的加工硬化率低，因而使鋼的冷積壓性能得到改善，國(guó)內(nèi)外冷擠壓坯料大多是進(jìn)行完全退火或球化退火。

冷擠壓坯料軟化是要保證冷擠壓工藝的順利進(jìn)行，有利于減少最終熱處理后零件的變形，保證最終熱處理得到合理的硬度及金相組織。普遍采用的是球化退火工藝對(duì)冷擠壓坯料進(jìn)行軟化處理，以達(dá)到使冷擠壓工藝順利進(jìn)行的目的。通常工藝是坯料在Ac1溫度以上30～50℃范圍內(nèi)保溫0.5～1.5小時(shí)，以15～25℃/h的冷卻速度冷卻至Ar1±20℃，保溫2.5～3.5小時(shí)；再加熱至Ac1溫度以上30～50℃范圍內(nèi)保溫0.5～1.5小時(shí)，以15～25℃/h的冷卻速度冷卻至Ar1±20℃，保溫2.5～3.5小時(shí)后隨爐冷至室溫出爐。此工藝能夠達(dá)到冷擠壓塑形變性的工藝要求，但工藝周期長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低，特別是對(duì)汽車行業(yè)常用的Mn-Cr系滲碳鋼在最終滲碳淬火回火后心部硬度偏低，不適合使用此工藝。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中地不足和缺陷，提供一種汽車零部件冷擠壓坯料的軟化方法，使其解決最終熱處理心部硬度低，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，效率低的問(wèn)題，降低成本，利于大批量的工業(yè)化生產(chǎn)。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明采用等溫正火工藝對(duì)熱扎狀態(tài)的冷擠壓坯料進(jìn)行軟化，具體為：首先落料，將熱軋圓鋼割成所需規(guī)格的坯料；其次加料，將坯料擺放至生產(chǎn)線的料架上；接著對(duì)坯料進(jìn)行等溫正火處理，即對(duì)坯料進(jìn)行整體軟化使組織轉(zhuǎn)變充分、硬度均勻；再通過(guò)鋼球進(jìn)行表面拋丸處理，祛除氧化皮；然后進(jìn)行磷皂化處理，即對(duì)坯料進(jìn)行表面軟化處理；最后將坯料擠壓成型，并利用超聲波探傷儀對(duì)冷擠壓產(chǎn)品進(jìn)行探傷。

所述的落料，是指：根據(jù)冷擠壓產(chǎn)品的需要，將熱軋狀態(tài)的圓鋼切割成需要的長(zhǎng)度，并考慮后道工序的火耗問(wèn)題，一般取1～2％的火耗。

所述的加料，是指：根據(jù)坯料的具體形狀確定加料方式及坯料的擺放方式，基本原則一是有利于熱傳導(dǎo)二是考慮坯料(特別是細(xì)長(zhǎng)的坯料)的彎曲變形問(wèn)題。建議細(xì)長(zhǎng)件豎直擺放。

所述的等溫正火處理分為：加熱保溫、冷卻、等溫保溫三個(gè)階段，具體如下：

(1)加熱保溫

坯料加熱至奧氏體化溫度以上，保溫使坯料完成奧氏體化的過(guò)程。該過(guò)程包括升溫過(guò)程、奧氏體形成(包括成核及長(zhǎng)大)、殘留碳化物溶解、奧氏體成分均勻化四個(gè)過(guò)程。

a、升溫過(guò)程

因在一定的加熱速度范圍內(nèi)，臨界點(diǎn)隨加熱速度增加而升高；快速連續(xù)加熱時(shí)形成的奧氏體成分布均勻性增大。所以，加熱升溫速度不易過(guò)大，建議加熱速度為1.2～1.8min/mm。

b、奧氏體形成過(guò)程

當(dāng)坯料加熱至奧氏體化溫度后，奧氏體晶核便在鐵素體和滲碳體相界面出形成，并不斷的通過(guò)鐵素體與奧氏體之間的點(diǎn)陣重構(gòu)，滲碳體的溶解和碳在奧氏體中的擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)奧氏體晶粒的不斷長(zhǎng)大。

c、殘留碳化物溶解

由于是連續(xù)加熱(或者過(guò)熱度愈大)，坯料中殘留的碳化物數(shù)量愈多，只有繼續(xù)保溫，殘留碳化物才能逐漸溶解。此過(guò)程是必需的，工藝設(shè)定時(shí)一定要考慮。

d、奧氏體成分均勻化

珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體時(shí)，在殘留滲碳體剛剛完全融入奧氏體的情況下，碳在奧氏體內(nèi)的分布式不均勻的，會(huì)影響坯料軟化硬度的均勻性，組織的均勻性，坯料的塑形變形能力下降，不利于冷擠壓成形。因此，軟化工藝必須考慮奧氏體成分均勻化的過(guò)程，一般在奧氏體化溫度保溫0.5～1.5小時(shí)。

對(duì)于上述b、c、d，加熱保溫時(shí)間要足夠，即保溫時(shí)間足夠使材料完全奧氏體化、并得到均勻化。加熱保溫時(shí)間要根據(jù)不同的材料特性而定，汽車行業(yè)常用的Mn-Cr系低碳鋼，加熱溫度為930±25℃，加熱保溫時(shí)間一般為2～3小時(shí)。

(2)冷卻

以小于臨界冷卻速度(不同的材料臨界冷卻速度不同，根據(jù)材料成分和性能而定，此數(shù)據(jù)可從鋼材手冊(cè)中查取或通過(guò)試驗(yàn)獲取)冷卻，使坯料從奧氏體化溫度冷卻至珠光體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間，并伴隨著組織轉(zhuǎn)變(奧氏體——珠光體)，坯料的硬度基本上是在此過(guò)程形成的。因此，對(duì)不同化學(xué)成分的坯料，選擇合適的冷卻方式是至關(guān)重要的，速度不易過(guò)大，一般不大于40℃/min，冷卻終了溫度一般冷卻至珠光體轉(zhuǎn)變問(wèn)題區(qū)間偏上一點(diǎn)。

(3)等溫保溫過(guò)程

坯料在冷卻過(guò)程中只有少部分組織轉(zhuǎn)變，大部分組織轉(zhuǎn)變主要是在過(guò)程完成的，即奧氏體——珠光體。此時(shí)的組織轉(zhuǎn)變是在一定的溫度區(qū)間內(nèi)進(jìn)行的，這樣珠光體的層間距相等，晶粒大小一致，組織成分均勻，機(jī)械性能均勻，利于塑性變形。等溫溫度、時(shí)間確定的依據(jù)是坯料的自身所決定的，汽車行業(yè)常用的Mn-Cr系低碳鋼，等溫溫度為625±35℃，等溫時(shí)間一般為1.5～2小時(shí)?？偟脑瓌t是使組織轉(zhuǎn)變充分，硬度均勻。

所述的拋丸，是指：等溫正火后，通過(guò)Φ1.0mm的鋼球進(jìn)行物理祛除氧化皮處理，選用小鋼砂的拋丸處理，有兩個(gè)好處：一是順利的祛除氧化皮，二是使坯料表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，使坯料表面組織致密些。

所述的磷皂化，是指：坯料的軟化工序，使用的也是專用的生產(chǎn)線，與等溫正火不同的是等溫正火是對(duì)坯料進(jìn)行的整體軟化，而磷皂化是對(duì)坯料進(jìn)行的表面軟化處理。在坯料表面形成一層特殊的潤(rùn)滑支承層(磷酸鹽處理層)，以減小冷擠壓過(guò)程中坯料與模具之間的摩擦系數(shù)，即減小坯料與模具之間的成形阻力(摩擦力)，提高模具的使用壽命，利于坯料成形，避免拉傷產(chǎn)品或模具表面及避免使產(chǎn)品表面形成嚴(yán)重的魚鱗狀裂紋。

所述的擠壓成型，是指：利用壓機(jī)坯料在模具中成型的過(guò)程。

所述的探傷，是指：對(duì)冷擠壓產(chǎn)品進(jìn)行無(wú)損檢驗(yàn)的過(guò)程，此過(guò)程主要是檢驗(yàn)產(chǎn)品是否有內(nèi)在質(zhì)量缺陷，如內(nèi)部顯微裂紋等。

冷擠壓坯料的軟化工藝的原則：一是滿足冷擠壓工藝的需要，包括后道工序的需求，二是要低成本。與傳統(tǒng)的退火(球化退火)工藝相比，本發(fā)明采用等溫正火工藝對(duì)熱扎狀態(tài)的冷擠壓坯料進(jìn)行軟化，突破了傳統(tǒng)的退火工藝方法，完全能夠達(dá)到冷擠壓對(duì)坯料塑性變形要求，塑性變形好、無(wú)開(kāi)裂，并且解決了低碳合金滲碳鋼淬火后零件芯部硬度低的難題(有些冷擠壓零件采用球化退火工藝軟化，則在滲碳淬火后其芯部硬度達(dá)不到技術(shù)要求)。

具體實(shí)施方式

結(jié)合本發(fā)明的內(nèi)容提供以下實(shí)施例予以說(shuō)明：

實(shí)施例1

采用本發(fā)明對(duì)20MnCr5材料的冷擠壓的變速器輸出軸就采用了等溫正火工藝對(duì)其進(jìn)行了坯料的軟化處理，具體過(guò)程及結(jié)果如下：

對(duì)Φ38的20MnCr5圓鋼按工藝要求利用鋸床落料，豎直擺放至等溫正火生產(chǎn)線的料架上，利用等溫正火先加熱至930℃，保溫2.5小時(shí)，控制空冷至620℃保溫1.5小時(shí)，出爐空冷。得到的坯料硬度為160～165HB，金相組織為均勻的珠光體；在拋丸機(jī)上進(jìn)行表面祛除氧化皮處理；利用磷皂化生產(chǎn)線進(jìn)行磷皂化處理，磷化液溫度控制在95±5℃范圍內(nèi)，磷化時(shí)間為20分鐘左右，水洗后進(jìn)行8分鐘的皂化處理，最后進(jìn)行坯料的烘干處理；在四柱壓力機(jī)上進(jìn)行冷擠壓成形處理后進(jìn)行全數(shù)無(wú)損探傷沒(méi)有發(fā)現(xiàn)顯微裂紋，全部合格。

在對(duì)最終滲碳淬火的跟蹤結(jié)果為，心部硬度481～492Hv30，達(dá)到了技術(shù)要求；而使用球化退火軟化工藝，其最終滲碳淬火后心部硬度為369～374Hv30，低于技術(shù)要求。而且等溫正火工藝的生產(chǎn)周期約為4～6個(gè)小時(shí)，與球化退火的生產(chǎn)周期10～20小時(shí)，相比生產(chǎn)效率提高了2.5～5倍，有利于工業(yè)化大生產(chǎn)。

此外，還對(duì)16MnCr5、20MnCr5、20CrMnTi、20CrMoH等材料進(jìn)行了冷擠壓軟化處理，數(shù)年來(lái)批產(chǎn)數(shù)百萬(wàn)件，得到了良好的效果。

實(shí)施例2

采用本發(fā)明對(duì)16MnCr5材料的冷擠壓的變速器輸入軸就采用了等溫正火工藝對(duì)其進(jìn)行了坯料的軟化處理，具體過(guò)程及結(jié)果如下：

對(duì)Φ38的16MnCr5圓鋼按工藝要求利用鋸床落料，豎直擺放至等溫正火生產(chǎn)線的料架上，利用等溫正火先加熱至950℃，保溫1.5小時(shí)，控制空冷至590℃保溫2小時(shí)，出爐空冷。得到的坯料硬度為165～170HB，金相組織為均勻的珠光體；在拋丸機(jī)上進(jìn)行表面祛除氧化皮處理；利用磷皂化生產(chǎn)線進(jìn)行磷皂化處理，磷化液溫度控制在90℃范圍內(nèi)，磷化時(shí)間為20分鐘左右，水洗后進(jìn)行5分鐘的皂化處理，最后進(jìn)行坯料的烘干處理；在四柱壓力機(jī)上進(jìn)行冷擠壓成形處理后進(jìn)行全數(shù)無(wú)損探傷沒(méi)有發(fā)現(xiàn)顯微裂紋，全部合格；最終滲碳淬火硬度(包括心部硬度)達(dá)到了技術(shù)要求。

實(shí)施例3

采用本發(fā)明對(duì)20CrMoH材料的冷擠壓的變速器輸出軸就采用了等溫正火工藝對(duì)其進(jìn)行了坯料的軟化處理，具體過(guò)程及結(jié)果如下：

對(duì)Φ43的20CrMoH圓鋼按工藝要求利用鋸床落料，豎直擺放至等溫正火生產(chǎn)線的料架上，利用等溫正火先加熱至905℃，保溫2小時(shí)，控制空冷至660℃保溫2小時(shí)，出爐空冷。得到的坯料硬度為160～165HB，金相組織為均勻的珠光體；在拋丸機(jī)上進(jìn)行表面祛除氧化皮處理；利用磷皂化生產(chǎn)線進(jìn)行磷皂化處理，磷化液溫度控制在95±5℃范圍內(nèi)，磷化時(shí)間為20分鐘左右，水洗后進(jìn)行10分鐘的皂化處理，最后進(jìn)行坯料的烘干處理；在四柱壓力機(jī)上進(jìn)行冷擠壓成形處理后進(jìn)行全數(shù)無(wú)損探傷沒(méi)有發(fā)現(xiàn)顯微裂紋，全部合格；最終滲碳淬火硬度(包括心部硬度)達(dá)到了技術(shù)要求。