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抛丸机在汽车悬架用弹簧钢的质量控制技术

文章出处:未知 编辑:抛丸机发表时间:2018-04-12 19:01:13 浏览人数:1055,1,0
  1 55Si Cr A 弹簧钢生产工艺技术      55Si Cr A 弹簧钢线材的生产工艺流程如下:高炉铁水→KR 脱硫→120t 转炉→LF 精炼→RH 真空处理μCCM 连铸→铸坯扒皮倒角→高线轧制→钢材检验、检查→包装、入库。

  1.1 转炉工艺      由于 55Si Cr A 弹簧钢高强韧性的要求,在冶炼过程中,除严格限制有害元素 P、S 含量外,为控制出钢磷含量,采用铁水ω(P)<0.110%的铁水冶炼。同时为避免下渣,转炉采用双挡出钢。除此之外,为防止转炉出钢时氮含量高于内控要求,冶炼 55Si Cr A 弹簧钢时,要求转炉底吹全程吹氩。出钢过程中加入特定的合金与渣料,控制好相关残余元素,并为冶炼高品质钢创造良好的精炼条件。
抛丸机在汽车悬架用弹簧钢的质量控制技术
  1.2 精炼双渣工艺      弹簧钢一般采用有铝脱氧的工艺,此工艺易产生单个的 Al2O3脆性夹杂,对疲劳寿命影响很大,那么势必要求在冶炼过程中,最大限度地去除此类夹杂,但在实际生产过程中很难完成。因而,本厂对目前国内与国外各大钢厂冶炼高端汽车悬架弹簧的生产情况进行了解,结合本厂冶炼帘线钢的生产经验,精炼工艺采取双渣法无铝脱氧工艺,该工艺从源头上控制脆性夹杂的产生,并可以通过双渣法实现对夹杂物的变性,尽可能地使钢中夹杂物落入塑性区,从而提高弹簧钢的疲劳寿命。      1.3 RH 脱气去夹杂      弹簧钢的无铝脱氧途径是:利用钢中的硅及残余的铝进行沉淀脱氧,同时,在精炼过程中进行扩散脱氧。有计算表明:当钢水温度在 1600℃、[Si]=1.40%时,与之平衡的氧活度为 4lppm;钢中[Als]为 0.0030%时,与之平衡的氧活度为 16ppm。但在实际冶炼过程中,很难达到理论计算数值。同时,精炼渣终渣碱度较低,钢中氧活度>20ppm,钢水经 RH 真空处理将进行碳氧反应可使钢中的氧进一步降低,细小弥撒的夹杂物上浮的几率也会增大。
表1
  1.4 连铸工艺      为保证铸坯的内部和表面质量,连铸全程采用保护浇注,应用好中间包冶金相关技术。强调低过热度恒拉速浇注,并采用结晶器电磁搅拌及强末端电搅技术,以改善铸坯中心偏析与疏松。为了防止表面裂纹的产生,气雾冷却条件下采用合适的冷却强度,不仅要有效的抑制柱状晶的形成,还要控制好合适的铸坯矫直温度。

  2 质量控制情况      2.1 55Si Cr A 成分控制      目前,本厂 55Si Cr A 弹簧钢已生产了近 4000t,钢材经分析检验,化学成分及气体含量如表 1 所示。

  2.2 铸坯表面质量情况      因 55Si Cr A 弹簧钢主要用于生产汽车悬挂弹簧,对其表面质量要求较为严格,对生产的铸坯进行抛丸,以检查铸坯表面情况,整体情况良好,除表面发现,在振痕处有轻微的横向裂纹外,并未发现有其他表面缺陷。

  2.3 铸坯低倍组织情况      按 YB/T153-1999 中低倍组织缺陷评级图,检查铸坯的低倍组织,检查结果见表 2,铸坯低倍质量较好,90%以上无低倍缺陷,但发现有少量的皮下裂纹缺陷。

  2.4 夹杂物控制      为研究精炼过程双渣法,对非金属夹杂物的变性能力,在生产过程中,对进站、变渣前、出站等时机取钢水样。对钢样夹杂进行电镜扫描分析,其成分见表 3。      因 Al2O3脆性夹杂对疲劳寿命的影响,所以希望钢液中非金属夹杂落在低熔点区域的同时,Al2O3含量尽可能地降低。将钢样中非金属夹杂物成分绘制在 Ca O-Si O2-Al2O3熔渣相图中,可以看到,经过双渣后,钢中非金属夹杂位于熔渣相图中的低熔点区域,熔点为 1400-14600℃范围内,与理想设计目标一致,既保证了夹杂的熔点降低,又使钢液中 Al2O3的含量尽可能的降低。另外,熔渣相图中等温线分布较稀疏,表明夹杂成分在一定范围内波动时,也可以有较好的夹杂塑性和上浮效果,有利于大规模生产操作和产品质量的稳定。
表2 表3
  除考虑非金属夹杂物的塑性化之外,还应分析钢中非金属夹杂物的大小,统计φ13mm 轧材上非金属夹杂物的个数如表 4 所示,轧材中非金属夹杂物并未发现有尺寸大于 15μm 的。对非金属夹杂物评级进行分析,结果如表 5 所示,各类夹杂物评级基本位于 0.5 和 0 级。

  2.5 偏析控制      弹簧钢由于碳含量高,具有液相和固相间的温度区间较大、糊状区较宽的特点,在小方坯连铸过程中,铸坯中心易形成碳偏析,并且在后期的加热、轧制过程中难以消除,易形成心部碳化物和马氏体,因而会对热轧盘条的机械性能产生不利影响。目前,55Si Cr A弹簧钢偏析控制水平如图1所示。通过统计发现,偏析指数波动范围较大,并不稳定,离散较大,偏析不稳定与多种因素有关如:钢水过热度、结晶器电磁搅拌、末端电磁搅拌及其参数等,故启续还将对弹簧钢偏析展开试验。
图1 表4 表5
  3 存在问题与改进

  3.1 表面裂纹      铸坯抛丸检查发现,振痕处横向裂纹是轧材表面裂纹形成原因之一,连铸时要注意工艺控制,拉速和二冷水等对拉矫温度的影响,以及结晶器锥度的控制等参数,确定合理的连铸拉矫目标控制温度。同时对保护渣做进一步优化,提高保护渣的润滑性能,增加保护渣液渣层厚度等。

  3.2 改善偏析      控制小方坯高碳钢碳偏析的常用手段为:低过热度浇铸、合适拉速、强结晶器电搅、末端电磁搅拌安装位置和电搅参数,钢水过热度是影响柱状晶生长、决定铸坯偏析的重要因素,若钢水过热度偏高,柱状晶发达,中心等轴晶较窄,中心偏析严重。据统计在生产过程中,有 200%的过热度高于30P℃,连浇个别炉次达到 400℃,为保证低过热度浇注,炼钢厂逐步对钢包、中包更换新型保温材料,同时,采取增加保温剂用量和中间包覆盖剂等措施,使中间包钢液温度控制在很窄的范围内。      增强电磁搅拌,可以改善铸坏偏析已是不争的事实。不过结晶器电磁搅拌的作用距离内坯壳生长厚度有限,只在铸坯表面形成一层较薄的激冷细小等轴晶,铸坯离开搅拌作用区后,由于二冷作用以及液芯显热很高,铸坯生长仍然要生成比较粗大的柱状晶和偏析区域,因此,还要联合末端电磁搅拌器,控制铸坯中间部位的结晶组织和偏析缺陷。如果二者搅拌强度搭配不当,铸坯横断面就会出现碳的正、负偏析区域。后续将优化结晶器电磁搅拌与末端电磁搅拌参数,以提高单簧钢的质量。

 应用

  •阀门弹簧    •小型压力弹簧

  螺旋弹簧(如阀门弹簧或小型压力弹簧)是耐久力和使用寿命会因抛丸处理而显著增加的典型工件。小型金属工件可以在转筒抛丸机内成批进行抛丸处理。但是,这种方法不能完全确保工艺安全。  本抛丸强化系统特别用来在连续操作过程中(纵向、贯穿进给原则)对单个弹簧进行抛丸处理(这是抛丸工艺安全的先决条件)。

  通过贯穿进给方式进行抛丸处理既简单又安全;这可以跟踪零件,非常适合自动生产线。可调参数确保所定义的处理过程能交付质量统一和稳定的产品。 如果配上适当改装的装卸设备,抛丸强化处理过程可以被集成到连续生产线。

  弹簧强化抛丸机优势

  1. 工件装料装置

  2. 机器外壳(入口/出口区,密封门)

  3. 运输辊和带凸轮的运输系统装载弹簧通过机器

  4. 卸料装置

  5. 丸料电路和分离系统

  6. 除尘系统,隔音(可选)。

  过程

  单个工件由水平辊筒输送通过机器。 机器旨在增强阀门弹簧和悬架弹簧,吞吐速率约每小时 5000 个弹簧(取决于相关要求)。各弹簧通过直线输送机被单独送入机器,然后穿过抛丸处理区域。链条上附接的凸轮会实现轴向移动。

  在抛丸处理区域内,可调折流板会正确引导弹簧流;可调折流板还能够将抛丸流集中导向工件,使工件在抛丸模式的“热点区”内能最大程度地接触抛丸流。抛丸强化处理过程的参数(如丸料数量、抛丸器速度/投掷速度、工件旋转速度和停留时间)都可以调节,以适应特定的工件。正因为能够自定义所有处理参数,因此在任何时候都能确保工艺安全。

  可以装配自动装卸工件的周边设备,以满足特定需求(即分离批量加载工件/单个工件运输或单个工件直线传输)

  扭杆强化扭杆强化是将扭杆置于一个斜辊式输送带上,一个一个单独边旋转边通过抛丸室,用一个带变频电机的抛头对其进行喷射强化。气门弹簧小型的弹簧,如用于发动机阀门的气门弹簧适用于履带式的强化设备。将一片阿尔门试片与带处理的弹簧零件一起放入履带式抛丸机里,强化结束后,取出阿尔门试片,

  钢砂强化 抛丸强化、热处理件喷丸强化、齿轮喷丸强化。

  弹簧喷丸强化技术 很早之前,一片汽车钢板弹簧热处理后,工匠们就会不断地用锤子连续敲打、捶击它。那时候工匠们并不清楚他们这么做的结果会让板簧的使用寿命延长6倍,而现在,这一事实已被工程师们充分了解。这一强化工艺技术同样适用于圆柱螺旋弹簧(圆簧),扭杆,旨在不同程度提高和改善弹簧疲劳强度与应力腐蚀断裂强度。

  强化工艺的原理强化工艺是利用高速运动的弹丸流对金属表面的冲击而使表面产生循环塑性应变层,由此导致该层的显微组织发生有利的变化并使表层引入残余压应力场。

  表层的显微组织和残余压应力场是提高金属材料及其弹簧的疲劳断裂和应力腐蚀断裂抗力的两个强化因素,以提高弹簧的可靠性和耐久性。喷丸强化是个“冷处理”工艺,有别于金属零件在高温下的热加工处理。

  钢砂抛 丸 钢板抛丸、钢材抛丸、型钢抛丸。

  结论弹簧强化已是一种高可控性工艺技术。弹簧制造商和弹簧强化设备的供应商们都意识到,这类强化过程像其他精密制造一样,对工艺的一致性、可重复性和质量要求越来越高。技术的发展不仅仅局限于强化设备的机械性能上,对系统能提供同步监测、显示、记录和其他功能的期待也逐日增加,旨在提高弹簧强化的效果和精确度。

  压应力层通常延伸到材料表面下0.005”到0.030”深处。如有必要,也可通过改变工艺参数,如丸料尺寸、喷/抛射速度、喷/抛射角度、喷/抛射时间等来将压应力层延伸深度增大。评估强化效果的两个重要参数是强度和覆盖率。覆盖率(100%、200%或更大)主要是依靠目测。

  而强度则需用代表性的弹簧钢试片进行测量(即阿尔门试片)强度测量零件校对工具(pvt), 设计用来将试片固定于一些特定位置,在这些位置的试片可模拟零件有强度要求且必须进行强度检测的区域位置。根据不同应用,强度范围从0.015 - 0.030 (在‘a’等级上)。弹簧强化设备类型弹簧强化设备可分为两种类型:---离心式叶片抛丸强化设备---气动喷嘴式喷丸强化设备前周的优点是速度快、产量高,比较适用于板簧、圆簧等产能要求高的零件之强化处理,它能在较短的时间里抛射到更多的区域,以及让被喷部位更快达到饱和强度。

  实验证明,应力强化比常规强化能更进一步延长板簧的使用寿命。

  钢砂除锈 抛丸除锈、喷丸除锈、铸件除锈、锻件除锈钢板除锈、锻件除氧化皮、钢材除锈、h型钢除锈、钢结构除锈。

  · 一种连续链式输送系统的抛丸强化设备适用于板簧强化,多个抛头对准板簧的上表面,及左右侧面进行抛射。

  · 一种带指轴的连续通过式抛丸强化设备适用于圆簧强化,在抛丸室里有一个旋转辊轮,带动圆簧边旋转变通过,在此过程中,多个抛头对准其进行抛丸强化。

  · 尺寸相对较小的弹簧,如用于发动机阀门的气门弹簧,适合用履带式抛丸设备进行强化处理

  · 扭杆亦适合用连续通过式的设备进行强化工艺参数无论哪种强化技术,目的都是要取得一个持续恒定、可重复的强化强度。因此,必须了解工艺过程中,哪些关键变量会影响到最后的强化结果。

  包括:以上这些工艺变量都会影响强化最终效果:

  · 抛头直径决定了钢丸介质被一定角度抛射出去时的速度。在同样的抛头转速下,直径为17.5”的抛头产生的钢丸抛射速度大于直径为14”的抛头,因而产生的强化强度也更高。

  · 抛头的马力决定了单位时间内被打出去的钢丸数量。

  · 抛头是由变频机直接驱动的,通过改变电机的频率可以改变抛头的转速,从而改变钢丸抛出的初速度。

  · 抛头通常都被固定在抛丸室的特定位置,但可以通过调整定向套的位置,来改变抛射方向。定向套的位置最终决定了钢丸被抛头抛射出去的角度其他影响喷丸强化结果的工艺参数包括:

  1. 钢丸的流量2. 钢丸的尺寸3.尺寸的一致性丸料的流量是由一个专门的流量控制阀控制。

  在抛丸强化设备中,该控制阀是安装在抛头进料区,通过调节流量控制阀的开口来调整经过该阀进入抛头的钢丸流量;在喷丸强化设备中,丸料控制阀安装在压力罐出口区。一个振动筛对丸料进行过滤,筛选出合格尺寸的丸料,确保强化过程中所用的钢丸尺寸一致,从而达到稳定的强化效果。钢丸(或切丝)的尺寸,会直接影响覆盖率和强化时间。

  4 结论

  1)采用 KR  →  120t 转炉→LF 精炼→RH 真空处理→CCM 连铸→铸坯扒皮、倒角工艺路线,生产的 55Si Cr A 弹簧钢表面质量控制较好,非金属夹杂物控制与设计目标一致且尺寸较小。

  2)抛丸发现的铸坯横向裂纹,通过控制连铸工艺及优化保护渣可以得到消除。

  3) 55Si Cr A 弹簧钢偏析控制较为离散,控制过热度、优化电磁搅拌参数及其他工艺参数,将是后续提高弹簧钢质量的重点工作。
本文来源青岛华盛泰抛丸机:http://www.qypaowanji.com/jishu/1055.html

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