55SiCr鋼制懸架彈簧的氣體滲氮方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及汽車懸架彈簧的滲氮方法，尤其涉及55SiCr鋼制懸架彈簧的滲氮方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 55SiCr (SUP12)是一種優(yōu)質(zhì)的彈簧鋼材料，鋼絲的抗拉強度達到1700MPa以上，彈 簧的設(shè)計應(yīng)力可達llOOMPa以上，目前已被廣泛作為高檔轎車懸架彈簧用鋼。國內(nèi)目前鮮 有科技人員對彈簧鋼55SiCr進行氣體滲氮方面的研究，其最主要的原因是常規(guī)滲氮的溫 度過高，而55SiCr彈簧鋼采用中溫回火，其正?；鼗鸷蟮娘@微組織是回火馬氏體和回火屈 氏體的混合組織，在長時間的滲氮保溫后，彈簧鋼的組織發(fā)生改變，工件表面雖在氮化后形 成了強化層，但彈簧鋼的整體性能卻下降了。另外，對于常規(guī)的氣體滲氮，在滲氮后工件表 面一般都會形成滲氮白層（白亮層)，白亮層對于提高工件表面硬度及耐腐蝕性能具有重要 的作用，但是對于彈簧在長時間承受往復(fù)交變載荷的過程中，表面硬而脆的白亮層很容易 產(chǎn)生裂紋而導(dǎo)致彈簧斷裂失效。因此，希望彈簧鋼滲氮后表面不生成白亮層。
[0003]彈簧鋼低溫氣體滲氮能夠很好的避免常規(guī)氣體滲氮中出現(xiàn)的問題，通過對滲氮過 程中氨氣分解率的控制及在滲氮后期對鋼件進行退氮處理從而控制白亮層厚度甚至使表 面不生成白亮層。對于低溫氣體滲氮如何提高滲速是亟需解決的問題，而彈簧鋼自身組織 結(jié)構(gòu)及性能要求滲氮溫度不能高于400°c，滲氮溫度是影響氮元素擴散速度的重要因素，滲 氮溫度為300°C和500°C時晶內(nèi)擴散系數(shù)分別為3. 50X10_1(lCm2/s、2. 15X10_8cm2/s。理論 上，300°C的滲氮速度僅是500°C時滲速的1/100左右。我們知道氮原子在晶界和缺陷處具 有較小的擴散激活能，其大小僅為晶內(nèi)擴散激活能的〇. 6左右，工件表面經(jīng)塑性變形后產(chǎn) 生的晶界和缺陷將顯著提高氮原子的滲入速度。以300°C滲氮為例，氮原子沿晶界的擴散系 數(shù)為2. 06X UTcmVs，比500°C時點陣擴散系數(shù)還要大一個數(shù)量級。因此鋼件表面經(jīng)預(yù)先塑 性變形處理，細化晶粒尺寸，增加缺陷密度，可以大大提高滲氮速度，實現(xiàn)低溫環(huán)境下滲氮。
[0004] 噴丸是一種廣泛使用的材料表面冷加工方法，彈簧鋼表面經(jīng)過預(yù)先的噴丸處理能 夠顯著提升滲氮速度，主要是由于彈簧鋼表面經(jīng)噴丸處理后產(chǎn)生了大量的塑性變形，由塑 性變形產(chǎn)生的晶界、位錯及空位等缺陷作為氮元素擴散的快速通道，大幅提升了氮原子的 滲入速度。因此彈簧鋼經(jīng)過噴丸以后既可以提高彈簧的疲勞壽命又能夠提高彈簧鋼氣體滲 氮的速度，但是對于噴丸強度的控制就尤為重要。噴丸強度低，一方面造成彈簧鋼內(nèi)部壓應(yīng) 力不夠從而降低彈簧的疲勞壽命，另一方面低強度噴丸對氣溫氣體滲氮滲入速度提升作用 也不大；過度噴丸雖可以加快滲氮速度，降低表面粗糙度，但使表層材料受到損傷，反會降 低疲勞壽命。因此合理的控制噴丸強度對提升彈簧的疲勞壽命和低溫氣體滲氮速度至關(guān)重 要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種55SiCr鋼制懸架彈簧的氣體滲氮方 法，該方法不僅能實現(xiàn)55SiCr鋼制懸架彈簧的低溫快速氣體滲氮，而且能同時在彈簧表層 一定深度范圍內(nèi)保持合適的殘余壓應(yīng)力。
[0006] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：55SiCr鋼制懸架彈簧的氣體滲氮方法，包括以下步 驟：
[0007] 應(yīng)力退火步驟：將冷卷成型后的懸架彈簧進行應(yīng)力退火；
[0008] 噴丸處理步驟：對經(jīng)過應(yīng)力退火后的懸架彈簧進行噴丸處理；
[0009] 滲氮步驟：將經(jīng)過噴丸處理后的懸架彈簧裝入滲氮爐內(nèi)進行滲氮處理，其中，滲氮 氣體為純氨氣，氨氣的分解率為40%~50%，滲氮溫度為370~390°C，氮化時間為12~18 小時。
[0010] 退氮步驟：在滲氮結(jié)束后，停止氨氣供應(yīng)，使懸架彈簧在滲氮爐內(nèi)保溫2~3小時； 將完成滲氮步驟后的懸架彈簧進行退氮處理。
[0011] 本發(fā)明提高了工件表面對活性氮原子的吸收能力，加速了氮原子的滲入速度，降 低了滲氮溫度，使工件表面生成均勻的滲層組織，工件表面硬度大于660HV a(l25，高出基底 120HVa(l25，經(jīng)過低溫氣體滲氮后55SiCr鋼制懸架彈簧的性能得到了提升。
【附圖說明】
[0012] 圖1是本發(fā)明55SiCr鋼制懸架彈簧的氣體滲氮方法一個實施例的流程圖；
[0013] 圖2是經(jīng)390°C X 12h低溫氣體滲氮處理的滲層顯微組織（X 100);
[0014] 圖3是經(jīng)390°C X 12h低溫氣體滲氮處理的滲層顯微組織（X 1000);
[0015] 圖4是未經(jīng)噴丸處理的55SiCr鋼制懸架彈簧在390°C X12h滲氮后的滲層顯微組 織（X1000);
[0016] 圖5是經(jīng)390°C X 12h低溫氣體滲氮處理后滲層硬度分布曲線。
【具體實施方式】
[0017] 請參閱圖1。55SiCr鋼制懸架彈簧的氣體滲氮方法，包括以下步驟：
[0018] 應(yīng)力退火步驟：將冷卷成型后的懸架彈簧進行應(yīng)力退火；應(yīng)力退火的溫度為 370~390°C，時間為1~3小時。
[0019] 噴丸處理步驟：對經(jīng)過應(yīng)力退火后的懸架彈簧進行噴丸處理?？刹捎脝未螄娡杌?二次噴丸，彈丸材質(zhì)為鋼絲切丸，彈丸直徑在0. 8~1mm之間，彈丸的噴射速度為75~80m/ s，噴頭距工件的表面的距離為150~300mm，單次噴丸的時間為60~90秒，阿爾曼-A試片 弧高 0. 40 ~0. 55mm。
[0020] 滲氮步驟：將經(jīng)過噴丸處理后的懸架彈簧裝入滲氮爐內(nèi)進行滲氮處理，裝爐量為 總爐罐體積的1/3~1/2。其中，滲氮氣體為純氨氣，氨氣的分解率為40%~50%，滲氮溫度 為370°C~390°C，氮化時間為12~18小時。
[0021] 退氮步驟：在滲氮結(jié)束后，停止氨氣供應(yīng)，使懸架彈簧在滲氮爐內(nèi)保溫2~3小時； 將完成滲氮步驟后的懸架彈簧進行退氮處理，通過退氮處理可避免材料表面生成白亮層。
[0022] 本發(fā)明提高了工件表面對活性氮原子的吸收能力，加速了氮原子的滲入速度，降 低了滲氮溫度，使工件表面生成均勻的滲層組織，工件表面硬度大于660HV a(l25，高出基底 120HVa(l25，經(jīng)過低溫氣體滲氮后55SiCr鋼制懸架彈簧的性能得到了提升。
[0023] 本發(fā)明提出的55SiCr鋼制懸架彈簧的低溫氣體滲氮與普通彈簧表面經(jīng)噴丸或納 米化處理后進行低溫氣體滲氮有以下區(qū)別：
[0024] 第一、本發(fā)明是專門應(yīng)用于55SiCr這一特殊鋼材的低溫氣體滲氮處理方法；
[0025] 第二、本發(fā)明中低溫滲氮之前經(jīng)預(yù)先的噴丸處理是彈簧生產(chǎn)流程的一個正常工 序，而不是對彈簧表面進行額外的加工；
[0026] 第三、本發(fā)明中的各項工藝參數(shù)如噴丸強度、滲氮溫度和滲氮時間等是針對 55SiCr彈簧鋼這一特殊鋼種所設(shè)計的，經(jīng)低溫氣體滲氮后彈簧表面既可以獲得一定厚度的 強化層，并且在表層以下一定深度范圍內(nèi)同時存在大小合適的壓應(yīng)力。
[0027] 下面將結(jié)合兩個具體的實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。圖2~圖4是實施例 1中的附圖。
[0028] 實施例1
[0029] 55SiCr彈簧鋼的成分如下表所示（wt%):
【主權(quán)項】
1. 55SiCr鋼制懸架彈簧的氣體滲氮方法，其特征在于，包括： 應(yīng)力退火步驟：將冷卷成型后的懸架彈簧進行應(yīng)力退火； 噴丸處理步驟：對經(jīng)過應(yīng)力退火后的懸架彈簧進行噴丸處理； 滲氮步驟：將經(jīng)過噴丸處理后的懸架彈簧裝入滲氮爐內(nèi)進行滲氮處理，其中，滲氮氣體 為純氨氣，氨氣的分解率為40%~50%，滲氮溫度為370°C~390°C，氮化時間為12~18小 時。 退氮步驟：在滲氮結(jié)束后，停止氨氣供應(yīng)，使懸架彈簧在滲氮爐內(nèi)保溫2~3小時；將 完成滲氮步驟后的懸架彈簧進行退氮處理。
2. 如權(quán)利要求1所述的氣體滲氮方法，其特征在于，在所述的應(yīng)力退火步驟中，應(yīng)力退 火的溫度為370~390°C，時間為1~3小時。
3. 如權(quán)利要求1所述的氣體滲氮方法，其特征在于，所述的噴丸處理步驟中，采用的是 單次噴丸，彈丸直徑在〇. 8~Imm之間，噴丸時間為60~90秒。
4. 如權(quán)利要求1所述的氣體滲氮方法，其特征在于，所述的噴丸處理步驟中，采用的是 二次噴丸，彈丸直徑在〇. 8~Imm之間，單次噴丸時間為60~90秒。
5. 如權(quán)利要求3或4所述的氣體滲氮方法，其特征在于，所述的噴丸處理步驟中，彈丸 的噴射速度為75~80m/s，噴頭距工件的表面的距離為150~300mm，阿爾曼-A試片弧高 0. 40 ~0. 55mm。
6. 如權(quán)利要求1所述的氣體滲氮方法，其特征在于，所述的滲氮步驟中，爐溫在達到滲 氮溫度之前采用階梯式升溫。
7. 如權(quán)利要求1所述的氣體滲氮方法，其特征在于，所述的滲氮步驟中，懸架彈簧的裝 爐量為總爐罐體積的1/3~1/2。
【專利摘要】本發(fā)明公開了55SiCr鋼制懸架彈簧的氣體滲氮方法，包括：應(yīng)力退火步驟：將冷卷成型后的懸架彈簧進行應(yīng)力退火；噴丸處理步驟：對經(jīng)過應(yīng)力退火后的懸架彈簧進行噴丸處理；滲氮步驟：將經(jīng)過噴丸處理后的懸架彈簧裝入滲氮爐內(nèi)進行滲氮處理，其中，滲氮氣體為純氨氣，氨氣的分解率為40%～50%，滲氮溫度為370～390℃，氮化時間為12～18小時。退氮步驟：在滲氮結(jié)束后，停止氨氣供應(yīng)，使懸架彈簧在滲氮爐內(nèi)保溫2～3小時；將完成滲氮步驟后的懸架彈簧進行退氮處理。本發(fā)明不僅能實現(xiàn)55SiCr鋼制懸架彈簧的低溫快速氣體滲氮，而且能同時在彈簧表層一定深度范圍內(nèi)保持合適的殘余壓應(yīng)力。
【IPC分類】C23F17-00, C21D9-02, C23C8-26, C23C8-02
【公開號】CN104694872
【申請?zhí)枴緾N201310654829
【發(fā)明人】周細應(yīng), 錢士強, 陳明, 戚文, 金方杰, 許浩
【申請人】上海中國彈簧制造有限公司
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2013年12月5日