高強(qiáng)度鋼異型后橋橫梁感應(yīng)淬火方法及其感應(yīng)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供高強(qiáng)度鋼異型后橋橫梁感應(yīng)淬火方法及其感應(yīng)器，該感應(yīng)器包括感應(yīng)圈，能避免尖角效應(yīng)和鄰近效應(yīng)引起的工件的兩側(cè)臂頂端由于局部溫度過高產(chǎn)生的過熱和脫碳現(xiàn)象、但V形槽底部的溫度又達(dá)不到淬火效果的問題，該感應(yīng)圈從其軸向方向看包括對應(yīng)一V形的開口側(cè)的第一端頭段，對應(yīng)該V形的底部側(cè)的第二端頭段，以及分別對應(yīng)該V形的兩側(cè)臂的中間段，兩中間段分別通過過渡段和第二端頭段連接，兩中間段分別和第一端頭段連接，各連接處圓滑過渡；中間段垂直于第一端頭段和第二端頭段，過渡段相對中間段和第二端頭段傾斜；所述第二端頭段、中間段、過渡段為平滑部位，該第一端頭段的中部的內(nèi)側(cè)向所述V形內(nèi)凸出，而外側(cè)向內(nèi)凹陷，形成仿形凹槽，該仿形凹槽內(nèi)設(shè)置有導(dǎo)磁體，第一端頭段除中部外為平滑部位。
【專利說明】高強(qiáng)度鋼異型后橋橫梁感應(yīng)淬火方法及其感應(yīng)器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及汽車后橋橫梁的熱處理工藝及其熱處理設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]采用高強(qiáng)度以及超高強(qiáng)度鋼實(shí)現(xiàn)汽車的輕量化，已經(jīng)成為現(xiàn)代汽車工業(yè)發(fā)展的主要趨勢。高強(qiáng)度鋼以高的減重潛力、高的碰撞吸收能、高的成形性和低的平面各向異性等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于汽車結(jié)構(gòu)件，如橫梁零件。根據(jù)國際上對超輕鋼汽車的研究，將屈服強(qiáng)度(ReL)在21(T550MPa的鋼稱為高強(qiáng)度鋼，屈服強(qiáng)度大于550MPa的鋼為超高強(qiáng)度鋼。
[0003]汽車異型后橋橫梁零件如圖1至圖4所示，為異形零件，零件從A-A截面處左右對稱，零件總長1100.8mm，零件機(jī)械性能要求達(dá)到:0.2%屈服強(qiáng)度(M Pa) ^ 1170，抗拉強(qiáng)度(MPa)≥1475，總延伸率(標(biāo)距長度:80mm)≥4.5。如無法從成品零件中獲得標(biāo)準(zhǔn)抗拉試件，則必須滿足以下要求:心部顯微硬度為HVl，10或30kg≥425min，表面的顯微硬度最小值為44H RC。
[0004]采用圖5和圖6所示感應(yīng)器進(jìn)行感應(yīng)淬火存在不足，該感應(yīng)器包括上、下圓環(huán)形感應(yīng)圈I以及電連接感應(yīng)圈I的連接管2，電流3經(jīng)過連接管2、上、下感應(yīng)圈I對位于圈I內(nèi)的工件4進(jìn)行淬火，在工件的尖角處熱處理性能不理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種高強(qiáng)度鋼異型后橋橫梁感應(yīng)淬火方法，以增強(qiáng)后橋橫梁的熱處理性能。
[0006]本發(fā)明的另一目的在于提供一種感應(yīng)器，其適合于高強(qiáng)度鋼異型后橋橫梁的感應(yīng)淬火工藝。
[0007]用于高強(qiáng)度鋼異型后橋橫梁感應(yīng)淬火的感應(yīng)器，包括感應(yīng)圈，其特點(diǎn)是，該感應(yīng)圈從其軸向方向看包括對應(yīng)一 V形的開口側(cè)的第一端頭段，對應(yīng)該V形的底部側(cè)的第二端頭段，以及分別對應(yīng)該V形的兩側(cè)臂的中間段，兩中間段分別通過過渡段和第二端頭段連接，兩中間段分別和第一端頭段連接，各連接處圓滑過渡；中間段垂直于第一端頭段和第二端頭段，過渡段相對中間段和第二端頭段傾斜；所述第二端頭段、中間段、過渡段為平滑部位，該第一端頭段的中部的內(nèi)側(cè)向所述V形內(nèi)凸出，而外側(cè)向內(nèi)凹陷，形成仿形凹槽，該仿形凹槽內(nèi)設(shè)置有導(dǎo)磁體，第一端頭段除中部外為平滑部位。
[0008]所述的感應(yīng)器，其較佳的實(shí)施例中，所述仿形凹槽為V形槽。
[0009]所述的感應(yīng)器，其較佳的實(shí)施例中，所述導(dǎo)磁體占據(jù)了該仿形凹槽的整個(gè)空間。
[0010]所述的感應(yīng)器，其較佳的實(shí)施例中，所述導(dǎo)磁體位于該仿形凹槽內(nèi)的部分的形狀為V形而位于該仿形凹槽外的部分的形狀為扇形。
[0011]所述的感應(yīng)器，其較佳的實(shí)施例中，所述感應(yīng)圈為連接在一起的雙感應(yīng)圈，雙感應(yīng)圈具有相同形狀，分兩層間隔設(shè)置。
[0012]所述的感應(yīng)器，其較佳的實(shí)施例中，所述V形的底部外側(cè)與所述第二端頭段的內(nèi)側(cè)的間隙的最短距離在15mm至20mm之間。
[0013]所述的感應(yīng)器，其較佳的實(shí)施例中，所述V形的側(cè)臂頂端的外側(cè)與所述中間段的內(nèi)側(cè)的間隙的最短距離在16mm至25mm之間。
[0014]所述的感應(yīng)器，其較佳的實(shí)施例中，所述V形的側(cè)臂頂端的外側(cè)與所述第一端頭段的間隙的最短距離在16mm至25mm之間。
[0015]高強(qiáng)度鋼異型后橋橫梁感應(yīng)淬火方法，在一淬火機(jī)床上實(shí)施，該淬火機(jī)床包括前述的感應(yīng)器、冷卻系統(tǒng)，其特征在于包括:
[0016]將待淬火的工件放入感應(yīng)器的感應(yīng)圈和冷卻系統(tǒng)內(nèi)，工件由夾具豎直固定于淬火機(jī)床上，從俯視方向看，工件占據(jù)所述V形的位置；
[0017]保持工件豎直固定不動，在感應(yīng)圈中通入感應(yīng)頻率介于18000Hz — 19500Hz的電流對工件進(jìn)行加熱，冷卻系統(tǒng)和感應(yīng)器同步工作，并同時(shí)由下方向上移動，感應(yīng)圈和冷卻系統(tǒng)之間保持有距離；感應(yīng)器和冷卻系統(tǒng)移動的速度根據(jù)零件形狀始終處于變化過程中，通過圈的移動速度保證感應(yīng)淬火加熱溫度，通過調(diào)節(jié)圈和冷卻系統(tǒng)之間的距離保證加熱溫度均勻性。
[0018]所述的感應(yīng)淬火方法的較佳實(shí)施例中，感應(yīng)圈和冷卻系統(tǒng)之間的距離為50毫米一 60毫米，在整個(gè)淬火過程中采用AQ251冷卻液進(jìn)行冷卻，其壓力為6-8m3/h，冷卻液的溫度保證在20-25°C之間。
[0019]目前異型后橋橫梁結(jié)構(gòu)應(yīng)用越來越廣泛，隨著越來越高的要求，對異型后橋橫梁結(jié)構(gòu)的性能要求也越來越高。感應(yīng)淬火作為一種熱處理手段，能有效地提高材料的各項(xiàng)性能，也是高強(qiáng)度鋼在汽車工業(yè)中廣泛應(yīng)用的一種新的思路。由于高強(qiáng)度鋼在成形方面存在一些局限性，采用先成型后快速高強(qiáng)化熱處理技術(shù)的手段來提高零件強(qiáng)度會成為新的思路，因此設(shè)計(jì)適合此類零件感應(yīng)淬火的感應(yīng)圈也越來越急迫。根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)器，其仿形設(shè)計(jì)而非圓形設(shè)計(jì)的感應(yīng)圈和工件之間可以有足夠的間距，因此就能避免尖角效應(yīng)和鄰近效應(yīng)引起的工件的兩側(cè)臂頂端`由于局部溫度過高產(chǎn)生的過熱和脫碳現(xiàn)象、但V形槽底部的溫度又達(dá)不到淬火效果的問題，因此可以提高異型后橋橫梁的熱處理性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是汽車異型后橋橫梁零件的示意圖。
[0021]圖2是圖1中C-C處的剖面圖。
[0022]圖3是圖1中B-B處的剖面圖。
[0023]圖4是圖1中A-A處的剖面圖。
[0024]圖5是一種用于感應(yīng)淬火的雙圈圓環(huán)感應(yīng)器的主視圖。
[0025]圖6是圖5所示感應(yīng)器的俯視圖。
[0026]圖7是本發(fā)明實(shí)施例中感應(yīng)器的主視圖。
[0027]圖8是圖7所示感應(yīng)器的俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]如圖7和圖8所示，在本發(fā)明的實(shí)施例中，感應(yīng)器包括雙感應(yīng)圈11、12，雙感應(yīng)圈
11、12分上、下兩層間隔設(shè)置，間隙大致為3_至5_，感應(yīng)圈11、12分別由連接管14、13連接，連接管14、13也可為匯流管，其另一端與匯流板相接，而匯流板又與高頻發(fā)生器的輸出變壓器次級連接在一起，因而連接管14、13是向感應(yīng)圈12、11輸入高頻電流的通道，同時(shí)也可以作為通入冷卻水冷卻感應(yīng)圈的通道，電流從一連接管中流入，依次經(jīng)過兩連接管后，再從另一連接管中流出，形成電流回路。電流流經(jīng)感應(yīng)圈12、11后，使得置于感應(yīng)圈中的工件15 (后橋橫梁)表面由于電磁效應(yīng)產(chǎn)生渦流而被加熱，兩連接管14、13之間也保留間隙，當(dāng)間隙越小，漏磁損耗越小。
[0029]參照圖8，從感應(yīng)圈11、12的軸向來看，二者呈環(huán)形，感應(yīng)圈11、12的形狀實(shí)質(zhì)上是相同的，因此后面就僅對感應(yīng)圈12進(jìn)行描述，除非特別說明，其后的描述同樣適合于感應(yīng)圈11。從感應(yīng)圈12的軸向來看，感應(yīng)圈12為仿形設(shè)計(jì)，即為工件15的仿形，其包括第一端頭段120、第二端頭段122、兩中間段121，工件15的橫截面大致成V形，該V形的含義為其具有一底部，以及自該底部向兩側(cè)外擴(kuò)伸出的側(cè)臂，該底部的形狀不一定為尖頭，可以是圓滑的，兩側(cè)臂的形狀不一定是直線狀，可以是弧線狀或者其他形狀。第一端頭段120位于該V形的開口側(cè)，而第二端頭段122位于該V形的底側(cè)，第一端頭段120的兩端分別和兩中間段121的一端連接，兩中間段121的另一端通過過渡段123和第二端頭段122分別連接，兩中間段121實(shí)質(zhì)上平行(包含略微偏斜的情況)，第一端頭段120和第二端頭段122也實(shí)質(zhì)上平行(包含略微偏斜的情況)，中間段121和第一端頭段120、第二端頭段122實(shí)質(zhì)上垂直(包含略微偏斜的情況)，而過渡段123分別相對于中間段121和第二端頭段122傾斜，各連接處圓滑過渡。過渡段123傾斜設(shè)置，可以減小感應(yīng)圈與工件之間的距離，并且中間段121和第二端頭段122之間的連接過渡也更為平滑。從圖8可以看出，感應(yīng)圈12的形狀為工件15的仿形，但并非完全相似的形狀。
[0030]第一端頭段120的中部125的內(nèi)側(cè)向內(nèi)凸出，即朝向工件15的內(nèi)部凸出，并且中部125的外側(cè)向內(nèi)凹陷，形成仿形(工件截面的仿形，大致呈V形)凹槽，而在該仿形凹槽內(nèi)設(shè)置了導(dǎo)磁體19 (可以是鐵氧體導(dǎo)磁鐵)，導(dǎo)磁體19完全占據(jù)了仿形凹槽。導(dǎo)磁體19位于仿形凹槽內(nèi)的部分實(shí)質(zhì)上為V形或者工件的仿形，而位于仿形凹槽外的形狀為扇形。導(dǎo)磁體19可增加工件15的內(nèi)側(cè)的感應(yīng)淬火溫度。
[0031]除第一端頭段120的中部外整個(gè)感應(yīng)圈12的各個(gè)區(qū)段為平滑的或者平坦的，連接處也盡量地通過平滑、均勻和大`圓弧過渡的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來避免尖角效應(yīng)和鄰近效應(yīng)的產(chǎn)生。
[0032]在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，中間段121的內(nèi)側(cè)至工件15的V形的側(cè)臂的最短距離B在16mm到25mm之間，而第一端頭段120的內(nèi)側(cè)至工件15的V形的側(cè)臂的頂端的最短距離C在25mm到35mm之間，而第二端頭段122的內(nèi)側(cè)至工件15的V形的底部的最短距離A在15mm到20mm之間。而過渡段123根據(jù)距離A、B、C以及工件表面淬火要求來設(shè)置。
[0033]鄰近效應(yīng)是導(dǎo)體內(nèi)電流密度因受鄰近導(dǎo)體中電流的影響而分布不均勻的現(xiàn)象；尖角效應(yīng)是在感應(yīng)淬火時(shí)零件尖角處的電流密集，容易造成過熱和過燒現(xiàn)象，如圖5和圖6所示的圓形感應(yīng)圈，感應(yīng)淬火過程中工件的兩尖角(側(cè)臂的頂端)處由于明顯的鄰近效應(yīng)和尖角效應(yīng)，導(dǎo)致尖角溫度特別高而產(chǎn)生材料局部過熱及脫碳現(xiàn)象。因此本發(fā)明的感應(yīng)器設(shè)計(jì)過程中盡量的通過平滑、均勻和大圓弧過渡的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來避免尖角效應(yīng)和鄰近效應(yīng)的產(chǎn)生。相對于圖5和圖6所示的圓形感應(yīng)圈，如圖8所示的仿形設(shè)計(jì)的感應(yīng)圈12和工件之間有足夠的間距C，因此就能避免尖角效應(yīng)和鄰近效應(yīng)引起的工件15的兩側(cè)臂頂端由于局部溫度過高產(chǎn)生的過熱和脫碳現(xiàn)象、但V形槽底部的溫度又達(dá)不到淬火效果的問題。并且，由于在感應(yīng)圈12的第一端頭段的中部的仿形凹槽內(nèi)增加了導(dǎo)磁體，通過導(dǎo)磁體加熱了工件15的V形凹槽，從而使得整個(gè)工件在感應(yīng)加熱過程中溫度比較均勻，達(dá)到良好的淬火效果。
[0034]感應(yīng)圈11的中部可以不設(shè)置導(dǎo)磁體19，并且其形狀可以整體為平滑的。
[0035]在本發(fā)明的實(shí)施例中，后橋橫梁感應(yīng)淬火熱處理方法利用具有前述實(shí)施例中的感應(yīng)器的淬火機(jī)床來實(shí)施例。首先將待淬火的工件放入感應(yīng)器的感應(yīng)圈和冷卻系統(tǒng)內(nèi)，在后續(xù)的工序中，感應(yīng)圈會利用感應(yīng)電流通過工件產(chǎn)生熱效應(yīng)，使工件進(jìn)行局部加熱，把加熱到臨界點(diǎn)ACl或AC3以上，而冷卻系統(tǒng)對保溫后的局部加熱的工件以大于臨界冷卻速度(Vc)的冷卻速度進(jìn)行快速冷卻，獲得馬氏體組織。工件由特制的夾具豎直固定于淬火機(jī)床上，通過介于高頻和中頻的感應(yīng)頻率(18000Hz — 19500Hz)進(jìn)行加熱，采用較大功率、短時(shí)間、噴淬火液的方法淬火。淬火過程中工件豎直固定不動,感應(yīng)圈和冷卻系統(tǒng)同時(shí)由下方向上移動，感應(yīng)圈和冷卻系統(tǒng)之間的距離為50 - 60毫米，該距離用于控制局部加熱的工件的保溫時(shí)間。感應(yīng)器和冷卻系統(tǒng)移動的速度根據(jù)零件形狀始終處于變化過程中。通過感應(yīng)圈的移動速度保證了感應(yīng)淬火加熱溫度，通過調(diào)節(jié)圈和冷卻系統(tǒng)之間的距離，保證了加熱溫度均勻性。整個(gè)過程中采用AQ251冷卻液進(jìn)行冷卻，其壓力為6 — 8m3/h，冷卻液的溫度保證在20-25°C之間，在發(fā)明人的試驗(yàn)中，對一種型號的汽車后橋橫梁采用前述方法進(jìn)行淬火，感
應(yīng)器和冷卻系統(tǒng)移動的速度由 350mm/min---280mm/min—1 30mm/min—280mm/min—300mm/
min始終處于變化，整個(gè)零件的淬火時(shí)間為7min，并發(fā)現(xiàn)零件各部位加熱溫度均勻，通過切樣發(fā)現(xiàn)零件整個(gè)截面淬 透，通過切取拉伸試樣發(fā)現(xiàn)，淬火后的機(jī)械性能達(dá)到了成品零件的最終性能要求，硬度也滿足要求。
【權(quán)利要求】
1.用于高強(qiáng)度鋼異型后橋橫梁感應(yīng)淬火的感應(yīng)器，包括感應(yīng)圈，其特征在于，該感應(yīng)圈從其軸向方向看包括對應(yīng)一 V形的開口側(cè)的第一端頭段，對應(yīng)該V形的底部側(cè)的第二端頭段，以及分別對應(yīng)該V形的兩側(cè)臂的中間段，兩中間段分別通過過渡段和第二端頭段連接，兩中間段分別和第一端頭段連接，各連接處圓滑過渡；中間段垂直于第一端頭段和第二端頭段，過渡段相對中間段和第二端頭段傾斜；所述第二端頭段、中間段、過渡段為平滑部位，該第一端頭段的中部的內(nèi)側(cè)向所述V形內(nèi)凸出，而外側(cè)向內(nèi)凹陷，形成仿形凹槽，該仿形凹槽內(nèi)設(shè)置有導(dǎo)磁體，第一端頭段除中部外為平滑部位。
2.如權(quán)利要求1所述的感應(yīng)器，其特征在于所述仿形凹槽為V形槽。
3.如權(quán)利要求1所述的感應(yīng)器，其特征在于所述導(dǎo)磁體占據(jù)了該仿形凹槽的整個(gè)空間。
4.如權(quán)利要求3所述的感應(yīng)器，其特征在于所述導(dǎo)磁體位于該仿形凹槽內(nèi)的部分的形狀為V形而位于該仿形凹槽外的部分的形狀為扇形。
5.如權(quán)利要求1所述的感應(yīng)器，其特征在于所述感應(yīng)圈為連接在一起的雙感應(yīng)圈，雙感應(yīng)圈具有相同形狀，分兩層間隔設(shè)置。
6.如權(quán)利要求1所述的感應(yīng)器，其特征在于所述V形的底部外側(cè)與所述第二端頭段的內(nèi)側(cè)的間隙的最短距離在15mm至20mm之間。
7.如權(quán)利要求1所述的感應(yīng)器，其特征在于所述V形的側(cè)臂頂端的外側(cè)與所述中間段的內(nèi)側(cè)的間隙的最短距離在16mm至25mm之間。
8.如權(quán)利要求1所述的感應(yīng)器，其特征在于所述V形的側(cè)臂頂端的外側(cè)與所述第一端頭段的間隙的最短距離在16mm至25mm之間。`
9.高強(qiáng)度鋼異型后橋橫梁感應(yīng)淬火方法，在一淬火機(jī)床上實(shí)施，該淬火機(jī)床包括冷卻系統(tǒng)和權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的感應(yīng)器，其特征在于包括: 將待淬火的工件放入感應(yīng)器的感應(yīng)圈和冷卻系統(tǒng)內(nèi)，工件由夾具豎直固定于淬火機(jī)床上，從俯視方向看，工件占據(jù)所述V形的位置； 保持工件豎直固定不動，在感應(yīng)圈中通入感應(yīng)頻率介于18000Hz — 19500Hz的電流對工件進(jìn)行加熱，冷卻系統(tǒng)和感應(yīng)器同步工作，并同時(shí)由下方向上移動，感應(yīng)圈和冷卻系統(tǒng)之間保持有距離；感應(yīng)器和冷卻系統(tǒng)移動的速度根據(jù)零件形狀始終處于變化過程中，通過圈的移動速度保證感應(yīng)淬火加熱溫度，通過調(diào)節(jié)圈和冷卻系統(tǒng)之間的距離保證加熱溫度均勻性。
10.如權(quán)利要求9所述的感應(yīng)淬火方法，其特征在于，感應(yīng)圈和冷卻系統(tǒng)之間的距離為50毫米一 60毫米，在整個(gè)淬火過程中采用AQ251冷卻液進(jìn)行冷卻，其壓力為6 — 8m3/h，冷卻液的溫度保證在20-25 °C之間。
【文檔編號】C21D1/42GK103789517SQ201210418312
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月26日
【發(fā)明者】殷平玲, 孫保良, 王韜, 陳枝鈞 申請人:上海匯眾汽車制造有限公司