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        我國汽車零部件的熱處理變革

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            步入21世紀,新材料、新技術對熱處理技術的升級改造,熱處理技術發生了很多實質性的變革。熱處理技術正在向高品質、更精密、更環保、高度智能化的方向發展。

            汽車零件的滲碳熱處理裝備主要有箱式多用爐,單排、雙排以及多排連續爐,真空(低壓)滲碳高壓氣淬爐等。十幾年來,滲碳熱處理技術發展的重要標志是傳感技術和計算機技術在生產中的應用。對滲碳熱處理工藝參數,如溫度、時間、碳勢、淬火過程以及動作程序完全自動控制,甚至可以根據零件的技術要求、材料牌號及特性等,系統可以自動生成工藝,實現智能控制。國內汽車零件滲碳熱處理生產線的特點有:

            (1)工業計算機對爐溫、碳勢、自動線動作程序的監控與數據自動采集。

            (2)對自動線滲碳熱處理工藝過程的自動跟蹤與監控,實現滲碳工藝仿真與優化和零件滲碳質量的預測。

            (3)對爐內溫度、碳勢和動作的實時顯示及控制,系統故障自動診斷、顯示及報警。

            (4)生產工藝全過程在線自動顯示、記錄、保存、建檔,建立可追蹤的熱處理質量管理系統。根據需要可以查詢數月或數年前的生產記錄。

            近10年來,真空(低壓)滲碳高壓氣淬或油淬在汽車零件熱處理中得到推廣應用。一般真空(低壓)滲碳在小于2.7kPa的低壓下進行,滲碳溫度在880~980℃。

            為適應更高真空滲碳的需要,開發了在1000~1100℃高溫滲碳能夠保證組織細化的新型齒輪鋼。真空(低壓)滲碳具有工藝時間大大縮短、原料消耗極少、零件變形小、熱處理質量好、零件表面光潔、無污染的顯著特點,是真正意義上的清潔、綠色熱處理。

            汽車零件調質熱處理

            汽車零件的調質熱處理可分保護氣氛調質熱處理和一般調質熱處理。保護氣氛熱處理能夠保證零件在熱處理過程中不會產生表面氧化、脫碳等缺陷,確保零件的表面質量。當調質處理后零件工作面需要后續加工時,采用一般熱處理。根據零件的質量、大小,調質熱處理裝備有網帶爐、鑄鏈爐、料盤(料筐)推桿式爐、托架爐、懸掛式連續爐等。以汽車緊固件熱處理為例,調質熱處理技術的發展主要有以下幾方面:

            (1)爐型由于輻射管加熱和網帶壽命的大幅度提高,國內標準件行業網帶爐得到普遍應用。網帶爐具有爐內布料、加熱均勻,零件質量穩定,工作環境好等優點。特別對高強度螺栓熱處理,采用網帶爐使質量有了可靠保證。

            (2)碳勢控制技術的應用碳勢控制技術在保護氣氛調質生產線上得到普遍應用。采用碳勢控制技術使爐內碳勢控制精度可達到±0.03%,保證了零件熱處理質量。

            (3)計算機技術的應用通過計算機能夠按照工藝設定自動完成工件的生產全過程,記錄、保存工件生產中的各種工藝參數,具有完善的故障診斷、顯示,安全警示及連鎖功能。

            (4)快速淬火油和水基淬火介質的應用快速淬火油的應用保證了高強度螺栓件的熱處理內在質量。水基淬火介質的應用解決了零件淬油不硬、淬水開裂以及零件淬火變形的質量問題。

            汽車零件的感應熱處理

            與一般爐內整體加熱熱處理相比較,感應熱處理具有以下特點:

            (1)根據產品性能要求只對零件表面或局部加熱,實施表面或局部強化,因此是一種節能熱處理。

            (2)生產過程無污染,是清潔熱處理。

            (3)感應加熱時間短、速度快,有利于淬火組織的細化,獲得耐磨性、抗扭彎曲疲勞性能俱佳的強化效果。

            (4)感應淬火裝置可以方便安裝在流水生產線上,便于生產管理,減少了物流成本。

            (5)感應淬火生產節拍快、效率高,能夠實現完全自動化。

            感應熱處理所具有的這些特點使得感應淬火技術在汽車零件生產中得到廣泛應用。目前,實施感應淬火的汽車零件主要是傳遞動力轉矩的汽車軸類零件,如曲軸、半軸、花鍵軸、傳動軸、凸輪軸以及各種銷軸類零件。

            十幾年來,感應電源也有了迅猛發展?,F在,美、英、日、德、西班牙等工業發達國家生產的SIT、1GBT、MOSFET全固態晶體管電源已達幾十種,產品規格齊全,體積小,電能轉換效率可達92%以上,功率頻率可以覆蓋整個感應加熱的領域。感應淬火機床正朝柔性化、自動化、智能化控制方向發展。具有零件識別、能量控制、工藝參數顯示及故障診斷、顯示、報警的感應淬火裝置在生產中得到普遍應用。

            鍛造余熱熱處理

            大部分汽車結構零件采用熱鍛成形工藝。如何利用鍛造余熱實施毛坯的熱處理是節能的重要措施。如采用鍛造余熱等溫退火、鍛造余熱淬火,可以獲得利于后續加工所需要的組織和硬度,省去了再次加熱熱處理能耗,節能效果十分顯著。利用鍛造余熱熱處理的零件有各類齒輪毛坯、前軸、轉向節、搖臂、花鍵軸、曲軸、連桿等。對齒坯的余熱等溫退火,為了保證鍛造余熱熱處理的組織、硬度均勻性,需要嚴格控制終鍛溫度、中冷過程、等溫溫度等。對余熱淬火的零件,為保證零件的強韌化性能,除了直接淬火工藝外,也可以采用預冷至550~650℃,完成珠光體轉變后,再次加熱至奧氏體化溫度的方法。主要目的是細化組織,獲得良好的強韌化性能。

            免退火冷鐓鋼和非調質鋼

            一般冷鐓鋼為了保證冷成形性能,材料需要預先進行球化退火處理。所謂免退火冷鐓鋼,就是通過對冷鐓鋼化學成分的調整,軋制過程中控制軋制和冷卻技術,使珠光體部分球化、變態,減小冷成形過程中的變形抗力,可以直接用于冷鐓成形。由于免去球化退火,既有顯著節能效果,又縮短了生產周期,是節能經濟型新材料。

            非調質鋼由于鋼中加入了微量強碳(氮)化物形成元素(V、Nb、Ti等),在鍛造及鍛后控冷過程中產生析出強化及晶粒細化作用,其強韌化性能可以達到或接近調質鋼的水平,且省去了調質熱處理工序,減少大量能耗并具有良好的加工性能,受到國內外許多汽車廠家的重視。如德國奔馳、大眾汽車公司,瑞典Volvo汽車公司,英國Austin公司,美國G.M、福特汽車公司,意大利菲亞特汽車公司大量采用非調質鋼制造發動機曲軸、連桿、前軸等重要零件。

        日本在非調質鋼的研究及應用方面更是走在世界的前面,如日本三菱汽車公司的轉向系統及傳動系統所采用的熱鍛件幾乎全部采用了非調質鋼,日產、五十菱汽車公司曲軸、連桿幾乎全部采用非調質鋼制造。十幾年來,東風汽車公司采用非調質鋼生產曲軸、連桿、汽車前軸、轉向節等零件,年用非調質鋼數萬噸,已累計生產曲軸、連桿、前軸等汽車零件有數百萬件,取得顯著的經濟效益和社會效益。

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