汽车半轴锻造模具热处理工艺的改进

　　摘要：汽车半轴锻造模具热处理工艺是影响模具寿命的重要因素。对汽车半轴锻造模具热处理的主要内容进行论述,并以3Cr2W8V材质的模具为例,重点对热处理淬火、回火工艺以及表面强化工艺的改进方面进行分析,为汽车半轴锻造模具热处理工艺改进提供参考。

 

　　关键词：汽车; 半轴; 模具; 热处理;

 

　　汽车半轴是汽车配件中一个很关键的零部件,是差速器和驱动轮之间用于连接从而传递产生力量的一个实心轴,在汽车转弯的过程中可以起到一定的作用[1]。有了它才能更好地完成转弯的过程,汽车半轴适用于各类型的汽车,下面就具体分析汽车半轴锻造模具热处理工艺分析及改进。

 

　　1 汽车半轴锻造模具热处理工艺

 

　　在汽车半轴锻模的制作上需要在原有的淬火工艺和表面强化的制作工艺上等等一些内容来进行改进,再通过实际操作来验证改进后的工艺是否可行,实践结果表明这种方式是有效的,极大地提高了锻造模具的强度和冲击韧,而且还具有很好的耐磨性能,可以增加模具的使用寿命[2]。

 

　　汽车半轴也被人们称为驱动桥,从字面意思理解就是一种作为驱动轮胎转动的一个桥梁,它的内部结构是由半轴和轮胎的花键来连接的,在市场上汽车一般使用较多的是全浮式半轴和半浮式两种结构的汽车半轴,半浮式半轴它在转动产生力量的时候,同时也会受到反的作用力,它的结构比较简单,在小型的轿车上使用比较多,但是它也有它缺点,那就是在维修需要拆卸时是比较麻烦的,而且在使用过程中还容易折断,而全浮式半轴是适合任何类型车型的,它的适用性能力是非常好,在维修时操作比较简单,不会承受任何作用带来的反作用力,稳定性好;半轴断裂很有可能给驾驶员带来一定的危险,所以在市场上采用全浮式形式的比较多。

 

　　2 工艺改进

 

　　法兰盘的成形是汽车半轴毛坯锻造中极为重要的一个步骤。汽车半轴的锻造主要通过摆碾机的热挤压,常见的模具材料是3Cr2W8V,实际应用中为提升3Cr2W8V材质模具的使用寿命,需要对热处理淬火、回火工艺以及表面强化工艺进行不断改进。

 

　　2.1 热淬火及回火工艺的改进分析
 

 

　　图1 改进的汽车半轴锻造模具淬火工艺   下载原图

 

　　相关试验表明,在原工艺温度为1070 ℃的时候,材料中存在大量没有溶解的合金碳化物。而如果淬火温度提升至1080～1100 ℃时,并控制在这个区间时,材料中的大量合金碳化物才会被溶解掉。然而,单一地提升淬火温度并不能延长模具的使用寿命,以往采用的回火工艺使得模具冲击韧度得到消弱,这就需要改进回火工艺。试验表明,采用油淬冷却方式进行三次回火能够显着提升新淬火工艺条件下的模具冲击韧度。

 

　　2.2 表面强化工艺改进分析

 

　　汽车半轴锻造模具表面强化热处理工艺渗入C、P、N、稀有金属和稀土元素等元素。金属表面的强化方法包含有单一元素渗人强化与多元素共渗强化,而实际应用则多采用的是多元共渗表面强化法[4,5]。

 

　　2.2.1 氮碳共渗工艺改进

 

　　汽车半轴锻造模具中最为常见和常用的表面改进方法便是氮碳共渗工艺。进行改进后的工艺见图2所示,回火冷却采用空冷或者在冷却坑中缓冷。相关试验表明,采取氮碳共渗工艺对金属表面的改进可以将金属的表面硬度增高到930～1050HV,使得模具的高温强度、冲击韧度得到显着提升,模具的寿命也相应提升了约3倍。

 

　　
图2 改进的汽车半轴锻造模具氮碳共渗工艺   

 

　　2.2.2 硼氮共渗工艺改进
 

 

　　图3 改进的汽车半轴锻造模具硼氮共渗工艺   

 

　　在高温条件下,硼元素可以与碳元素结合而形成硬度极大的碳硼化合物,使得模具表面具备更高的硬度及耐磨性,不过碳硼化合物层性质脆和容易剥落,因此在试验中可以加入一定量的氮元素以提升其渗层的深度、使其脆性降低,防止渗层的剥落,回火采用出炉油冷或水冷。改进后的硼氮共渗工艺如图3所示。

 

　　2.2.3 硫氮碳共渗工艺改进

 

　　硫氮碳共渗工艺形成的氮碳化合物能显着降低高温下的模具与工件之间的摩擦系数,提高模具的耐磨性和抗咬合性,从而延长模具的使用寿命[6,7],此工艺回火的冷却方式可采用共渗后空冷、油冷或水冷,经过改进的离子硫氮碳共渗工艺如图4所示。

 

　

　　图4 改进的汽车半轴锻造模具硫氮碳共渗工艺   

 

　　3 结语

 

　　汽车半轴锻造模具热处理工艺是影响模具质量的重要因素,而不断地改进工艺可以提升模具的使用寿命。以3Cr2W8V材质的模具的热处理工艺改进为例,采用三次回火可以有效提高新淬火工艺条件下的模具冲击韧度,氮碳共渗工艺可以显着提高模具的高温强度和冲击韧度,硼氮共渗工艺可以提高渗层深度、降低渗层脆性,避免渗硼层的剥落。

 

　　参考文献

 

　　[1]杨清泉.汽车半轴锻造模具热处理工艺的改进[J].金属加工:热加工,2008(3):43.

　　[2]何柏林,缪燕平.3Cr2W8V钢热作模具的失效形式及分析[J].热加工工艺,2007,36(21):73-76.

　　[3]陈崇伟,王卫林,张淑艳,等.3Cr2W8V钢硼、稀土共渗[J].金属热处理,1989(9):9-13.

　　[4]蒋良.热处理工艺对3Cr2W8V钢热疲劳性能的影响[D].南京:南京理工大学,2007.

　　[5] 赵永忠.几种模具热处理工艺改进和表面改性[J].中国机械,2014.

　　[6]程正翠.汽车齿轮热处理工艺的研究[J].山东省农业管理干部学院学报,2019,36(4):20-21.

　　[7]冯俊杰,李要军.提高3Cr2W8V钢热模具寿命工艺研究[J].机械工人,2005(03):47-49.