汽车门防撞杆的热处理质量控制

无锡职业技术学院毕业论文机械技术学院毕业设计论文车门防撞杆热处理质量控制学生姓名：肖文龙指导教师：徐年宝教师职称：教授所在班级材料10833所在专业材料成型及控制技术论文提交日期2011年4月7日论文答辩日期2011年4月20日答辩委员会主任主答辩人机械技术系2011年4月7日无锡职业技术学院毕业论文-1-毕业实践任务书课题名称车门防撞杆热处理质量控制指导教师徐年宝职称教授专业名称材料成型及控制技术班级材料10833学生姓名肖文龙学号29课题需要完成的任务：1．搜集毕业论文资料；2．完成课题所需实验、工艺及工装设计和试验；3．完成毕业论文一篇；4．完成英语资料翻译；5．完成毕业小结一份。计划答辩时间：2011年4月日机械技术系（部、分院）2011年4月7日无锡职业技术学院毕业论文-2-目录前沿3一、汽车业发展趋势及其对汽车安全系统的需求3二、热处理的概念及我国热处理现状6三、高频淬火的特点以及和其他淬火热处理的区别6四、防撞杆热处理过成中的质量问题分析9五、结论与建议23参考文献23毕业设计小结24无锡职业技术学院毕业论文-3-车门防撞杆热处理的质量控制肖文龙无锡职业技术学院机械系材料10833班邮编214121摘要：本文通过对车门防撞杆热处理过程质量控制和产品缺陷的分析，对高频淬火和井式炉淬火进行比较，提出了原材料组织对淬火质量的影响，采用了严格控制原材料的检验，解决了防撞杆热处理生产过程各种不稳定因素，提高产品性能稳定性，达到了防撞杆所要求的各项机械性能指标。关键词：汽车；防撞杆；高频淬火前言汽车的发明使得人类的生活发生了彻底的改变，由此而引发的事故对每个人来说也是惊心动魄，汽车上每个零件都关系这车主的生命问题，对于产品生产厂家应该对其产品的质量做出绝对的把握。但是在实际生产中总是会产生一系列的质量问题。本文通过对本公司的汽车门防撞杆淬火后所出现的一些质量问题进行了分析，对公司在防撞杆热处理的质量管理方面提供了一些参考。由于时间和编者水平有限，再加上该选题的性质，本文必然存在一些疏漏或不足之处，殷切希望各位老师和同仁不吝指正和建议，以便不断提高本文的质量。一、汽车业发展趋势及其对汽车安全系统的需求；进入21世纪以来的这几年里，中国的汽车业得到了飞速发展，中国汽车年无锡职业技术学院毕业论文-4-产量从2001年的234万辆增长到2010年的1826万辆，平均每年增长130万辆，平均增长率为23.5%，使中国汽车年产量超过美国和日本，成为世界第一大汽车生产国，见图1。今年1月份中国汽车产销量分别为，预计年产量会超过2000万辆的水平。由于经济持续发展和人口众多，中国汽车制造业在继续保持产销量世界第一的情况下，仍有巨大的发展潜力。截止2010年底，中国轿车拥有量仅为24辆/千人，不紧低于2004年全球平均每千人拥有95辆轿车的中线，而且显著低于俄罗斯（168辆/千人）、墨西哥（136辆/千人）、巴西（96辆/千人）和南非（97辆/千人）等国家在2004年的状态。我国2010年人均GDP已经达到4200美元，预计今后10年的持续发展，有可能在2020年达到每千人拥有轿车100辆和全国轿车保有量1.5亿辆的水平。随着人们生活水平的不断提高和科技的发展，人们对于汽车的安全系统和舒适度也越来越讲究，特别是汽车的安全系统直接关系到人们的生命安全问题。有数据显示,我国在2010年全国因机动车伤亡人数为人，占全国总死亡人数的30%，数据表明当前应交通事故死亡人数成为主要部分。所以，汽车的安全系统对于一辆汽车来说是致关重要的，其中，现在很多汽车商家在汽车前后侧门中加上防撞杆就是其中之一。所谓汽车门防撞杆（如图2）就是在车门内（如图3）安装具有一定强度的杆子，它是为了车门的防撞而设计的安全件，它可以保证当汽车在图1中国汽车产量近十年的发展情况年份图1近十年中国汽车产量无锡职业技术学院毕业论文-5-发生侧面撞击时能将变形或溃缩程度降到最小，从而保证车内人员有一定的安全空间使受伤程度降低，并保证乘客能及时打开车门脱离危险境地。对汽车侧门防撞杆的使用要求是能够有效的抵御遭到意外是的冲击力，因此防撞杆必须具备高强度和韧性相结合的良好的综合机械性能。图2汽车门防撞杆防撞杆图3防装杆安放位置汽车门防撞杆无锡职业技术学院毕业论文-6-二、热处理的概念及我国热处理现状所谓热处理是指将材料放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间，再以一定的速度冷却从而通过改变材料内部组织结构或化学成获得材料所需的使用性能的一种工艺。与其他加工工艺相比，热处理通常不能改变工件的形状和其整体的化学成分，而是通过改变工件内部的组织结构，或改变工件表面的化学成分，满足工件的使用性能要求。热处理的目的是利用改变材料组织使性能发生变化，其特点是改善工件的内在质量，发挥材料的潜力，提高材料的使用价值。正是因为热处理的这些特点，所以现在热处理越来越被广泛的应用。热处理对于充分发挥金属材料的性能潜力，提高产品的内在质量，节约材料，减少能耗，延长产品的使用寿命，提高经济效益都具有十分重要的意义。建国以来，我国的热处理技术有了很大的发展，现有热处理生产厂点一万余家，职工15万人，专业科技人员约1000余人，热处理加热设备11万台，年生产能力660万吨钢件，年产值约50亿元，全员劳动生产率约3万元/人*年。目前我国在热处理的基础理论研究和某些热处理新工艺、新技术研究方面，与工业发达国家的差距不大，但在热处理生产工艺水平和热处理设备方面却存在着较大的差距，还没有完全扭转热处理生产工艺和热处理设备落后、工件氧化脱碳严重、产品质量差、生产效率低、能耗大、成本高、污染严重的局面。为改变这样的局面，我国政府和企业都在不断的向西方发达国家学习。比如国家每年都加大对高校专业建设和科研的投入；举行相关的学术研讨会等；对于企业来说最直接的方式就是引进国外的先进设备；派员工出国培训等。这些措施都有利于改善我国的热处理现状，缩小与发达国家的差距。三、高频淬火的特点以及和其他淬火热处理的区别钢的淬火是指将钢件加热到临界点（Ac3或Ac1）以上，经过一段时间的保温使钢奥氏体化，然后再以大于临界冷却速度Vk进行快速冷却从而发生马氏体转变的热处理工艺。其加热温度范围和工艺曲线如图a、b所示。淬火的目的是为了是奥氏体化的钢件获得马氏体组织，以便经适当的回火后得到高的硬度、耐磨性、强度和韧性相匹配的综合力学性能。机械制造中多数零件是在动载荷及强烈摩擦条件下工作的。为了保证零件表面具有高的耐磨性和疲劳强度，应使它具有高的硬度。为了使零件能承受较大冲图3防撞杆安装示意图无锡职业技术学院毕业论文-7-击载荷，又应使整个零件具有良好的塑性和韧性。要同时兼顾这两个相互矛盾的要求，最好的办法是使零件表层和心部具有不同的组织，并具有不同的性能。很难通过选材来达到这一要求，最可行的办法就是对零件表层进行热处理，即表面热处理。企业当中最常用的表面热处理方法为感应加热表面淬火。感应加热表面淬火的原理：零件放在感应圈中，感应器由夹持连接板接在感应加热设备的输出端。当一定频率的交流电通过感应器时，由于电磁感应，即在零件表层产生与感应圈中电流方向相反的感应电流。这感应电流沿零件表层形成封闭回路，成为涡流。在涡流及零件本身电阻的作用下，根据焦耳-愣次定律Q=0.24I²R·t,电能即在零件表层转化为热能，使表层很快加热到淬火温度，再将零件立即进行冷却，就达到了表面淬火的目的。根据不同的电流频率，可将感应加热表面淬火分为高频感应加热、中频感应加热、工频感应加热。我国常用的感应加热设备的种类及其特征和应用范围见表1.表1感应加热设备的种类及其特征感应加热设备频率范围(千赫)功率（千瓦）效率(%)特征及应用范围高频感应100～5005～50060～75电流透入深度很小(约0.5～3mm),主要用于：1、小模数齿轮表面淬火；2、较小轴类零件表面淬火中频感应发电机式1～1015～100070～85电流透入深度大约为高频的10～20倍主要用于：1、中小模数的齿轮，凸轮轴、曲轴的表面淬火;2/轴类零件的透热淬火；3、中小轴类工件的调质可控硅变频式0.18～815～100090～95工频感应0.05100～2000电流透入深度最大，约为高频的100～200倍但功率因素低，需要大量电容器补偿，主要用于大型轧辊和柱塞的表面淬火无锡职业技术学院毕业论文-8-现代企业与企业当中竞争厉害，客户对供应商厂家的要求也当然越来越严格。不仅质量要达标，企业形象、设备好坏、交货时间等等，都是客户要求的范围。而且现在企业也更加注重效率化。相比其它淬火方式（如井式炉淬火），高频感应加热淬火具有鲜明的优势：1、加热速度快，生产率高；高频感应加热淬火的热量Q=0.24I²R·t卡，改变电流的强度，就可以得到任何所需的热量，在几秒钟内就可以使零件达到淬火温度，加热速度达每秒几百度以上。2、较普通淬火后的机械性能更高,特别是屈服极限与冲击抗力明显增加；奥氏体的晶粒大小取决于加热速度，正是因为高频感应加热淬火加热速度快，温度高，相变是在很大过热度下进行的，其形核率和长大速度都很大。但随着过热度的增加，形核率的增长远大于长大速度。所以在同样的加热温度下，加热速度越快，得到的奥氏体实际晶粒度越小。如图4所示，即淬火后机械性能越好。3、碳和其他元素不致烧掉，同时也不会有显著的氧化和氧化皮形成；高频感应加热速度快，工件与空气接触的时间短，而井式炉淬火加热速度慢于空气接触时间长所以工件表层更容易生成氧化皮现象。4、淬火后工件变形小5、节能环保，且便于管理；高频感应淬火设备自动化程度高，操作简便，工作环境好。如下表2为井式炉与高频炉对防装杆淬火的各项性能对比：表2井式炉与高频炉对防装杆淬火的各项性能对比能源利用率（%）加工效率（根/h）变形量表层氧化皮厚机械性能淬火介质高频淬火95以上800～1000弯曲≤1-3mm≤0.1mm硬度高，韧性好HRC=48～53水井式炉淬火50～60150～200弯曲度＞20mm,0.3～0.6mm硬度不均匀HRC=38～44碱水项目淬火方式无锡职业技术学院毕业论文-9-而且由于井式炉淬火后工件变形大所以必须经过人工校直，这样就无形中增加了人力物力，而且井式炉淬火介质为碱水，这样对人员和车间环境的影响都很大。通过两者对比我们可以明显的看出高频淬火的优势。四、防撞杆热处理过成中的质量问题分析4.1、A型防撞杆的性能要求作为汽车门安全系统的一个重要保证部分，防撞杆对性能都有严格的要求。A型防撞杆（由于涉及到公司商业信息不便透露产品具体型号，均用字母代替）为韩国的一款车型前门防撞杆，零件图纸见图4。它的性能要求和材料成分见表3、表4.由上表可以看出，防撞杆所用的材料为低碳合金结构钢，要使得机械性能高则淬火后组织应为细小而均匀分布的板条状马氏体，如图4所示。组织细小而均匀呈细长条状，晶粒度等级为10—12级，这种板条状马氏体不仅强度、硬度高，而且还有良好的塑性和韧性。故防撞杆淬火后的机械性能都很好，如图5所示。抗拉强度σb屈服强度σS延伸率A直线度硬度≥1470MPa≥1180MPa≥9%≤1mm≥HRC42C(%)Si(%)Mn(%)P(%)S(%)≤0.23≤0.401.1～1.5≤0.02≤0.03表4A型防撞杆材料成分表3A型防撞杆性能要求无锡职业技术学院毕业论文-10-图4A型防撞杆淬火后组织200图5A型防撞杆力学性能报告无锡职业技术学院毕业论文-11-4.2、A型防撞杆的热处理问题但在实际生产过程中往往由于一些客观原因（比如：设备控制精度、人员素质及环境等因素）而使得防撞杆淬火后得不到理想的性能要求，比如强度不够，延伸率不够或是抗拉不够等。在热处理过程中A型防撞杆常见的问题有：1、加热不均匀，表面有局部发白现象；2、管子外表层与内表层易出现差异；3、热处理后变形大。4.3、问题分析对于第一个问题：加热不均与，管子表面有局部发白现象。从现场管子外表面颜色来看，我们可以肯定局部发白现象为过热甚至过烧。我们的高频炉的工艺参数见表3；从工艺参数上看并没什么异常