一种非调质钢电机轴及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及非调质钢材料热处理领域，提供了一种非调质钢电机轴及其制备方法。本发明专利技术先制备得到具有特定元素组分的圆钢，之后将圆钢依次进行制坯、初成型、感应热处理、回火、探伤以及精加工，制备得到50MnSiV非调质钢电机轴。本发明专利技术制备得到的非调质钢电机轴具有良好的力学性能，能够代替20CrMnTiH制备的电机轴，可用于制备新能源电动汽车电机轴。同时，由于本发明专利技术采用感应热处理的方式处理电机轴，省略了常规制备方法中的正火和渗碳热处理工序，可节约该电机轴75％以上的制造能耗，降低5％～30％的制造成本5％～30％，同时能够提高电机轴静扭转强度25％以上以及扭转疲劳寿命40％以上。以上。以上。

【技术实现步骤摘要】
一种非调质钢电机轴及其制备方法和应用
[0001]本申请是申请日为2019年7月25日、申请号为201910674703.5、专利技术名称为《一种非调质钢电机轴的感应热处理方法以及采用该方法制造的电机轴》的分案申请。


[0002]本专利技术属于非调质钢材料热处理领域，涉及一种非调质钢电机轴及其制备方法和应用。

技术介绍

[0003]近年来全球新能源汽车发展持续高速增长，根据BNEF预测，到2025年全球新能源汽车的销量将达到1100万辆，随着新能源汽车性能提升以及改善，新能源汽车带来的冲击越来越大，市场渗透率随之提升。我国是全球最大的新能源汽车市场，也是增长最快的市场，是推动全球新能源车市场增长的主要驱动力。
[0004]新能源电动汽车电机作为传统发动机功能的替代，其性能直接决定了电动汽车的爬坡、加速、最高速度等主要性能指标，新兴电机的技术、制造水平直接影响整车的性能和成本。随着我国对于新能源汽车的大力支持，作为新能源汽车三大件中的电机必将引来蓬勃的发展。而电机轴作为电机的核心零件具有广阔的发展潜力，且电机驱动系统传动部分要承受行驶过程中复杂的交变负荷，所以对驱动电机花键输出轴的性能有很高的要求。目前电动汽车驱动电机花键输出轴大多使用合金渗碳钢20CrMnTiH、采用正火+渗碳淬火+回火的工艺保证心部的韧性和表面的硬度。在机械性能由正火+渗碳等热处理工艺来保证的前提下，不仅部件的变形需矫直不可避免，加工精度和装配精度得不到强有力的保证，而且截面的性能不均匀，往往使电机花键轴在服役过程中在其薄弱环节部位特别是花键部位早期失效；同时热处理需要耗费大量的能源，生产周期长、生产成本高，严重制约着新能源电动汽车性能的提高和产业的健康发展。另外，使用20CrMnTi、42CrMo、40Cr和45钢等需要热处理材料的其它花键轴、齿轮和齿轮轴等零部件，也存在上述问题，亟待新材料替代和新工艺实施，缩短工艺流程、提高零件可靠性，降低能耗和制造成本。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述技术不足，提供一种通过非调质钢的材料化学成分的优化，依靠Nb、V和Ti微合金复合化技术及控制轧制和控制冷却等工艺，获得一种高强韧性能的非调质钢50MnSiV，代替渗碳钢20CrMnTiH用于新能源电动汽车电机轴的制造，并通过感应热处理方法的实施，取消了正火和渗碳热处理工序，实现节约制造能耗，降低成本，提高电机轴强度和寿命的一种非调质钢电机轴的感应热处理方法以及采用该方法制造的电机轴。
[0006]上述的目的通过以下技术方案实现：
[0007]一种非调质钢电机轴的制备方法，其特征在于，步骤为：
[0008]步骤S1，非调质钢电机轴原材料50MnSiV冶炼，将原料通过转炉或电炉冶炼得到钢
包，将所述钢包依次经过精炼、真空脱气、连铸和控轧控冷得到圆钢；
[0009]步骤S2，非调质钢电机轴的锻压成型，将所述步骤S1所得的圆钢锯切下料得到一定规格长度料段，通过Φ80
×
L1000楔横轧锻压机锻压成电机轴毛坯；
[0010]步骤S3，非调质钢电机轴的机加工，将所述步骤S2所得的电机轴毛坯依次通过车外圆和冷搓花键成型，得到非调质钢电机轴；
[0011]步骤S4，非调质钢电机轴的感应热处理，对所述步骤S3所得的非调质钢电机轴进行感应热处理；
[0012]步骤S5，非调质钢电机轴的回火，将所述步骤S4所得的非调质钢电机轴在箱式回火炉中以180℃～220℃的温度至少回火1h后出炉空冷；
[0013]步骤S6，非调质钢电机轴100％探伤，将所述步骤S5所得的非调质钢电机轴在磁粉探伤机进行100％探伤无裂纹；
[0014]步骤S7，将所述步骤S6所得的非调质钢电机轴的轴承部位在外圆磨床进行粗磨和精磨；
[0015]步骤S8，对所述步骤S7所得的非调质钢电机轴进行打标识、清洗、涂油和包装；
[0016]所述感应热处理为：(1)机器人自动上料；(2)机床门自动关闭；(3)感应器前移；(4)同时加热；(5)喷液冷却；(6)感应器后移；(7)机床门自动打开；(8)机器人自动取料，完成所述感应热处理，依次循环实施所述非调质钢电机轴的感应热处理；
[0017]所述圆钢的化学成分质量百分含量为：C：0.48％～0.52％；Si：0.40％～0.60％；Mn：1.10％～1.30％；P≤0.015％；S≤0.015％；Cr：0.10～0.20％；Ni：0.20％～0.30％；Mo：0.03％～0.07％；Nb：0.015％～0.030％；V：0.08％～0.15％；Ti：0.015％～0.025％；Al：0.010％～0.025％；Cu≤0.2％；N：120ppm～200ppm；H≤2.0ppm；O≤15ppm；余量为Fe及不可避免杂质；所述感应热处理的参数为：功率为100～150kW，频率为10kHz～30kHz，感应器与工件间隙2mm～2.5mm，淬火液AQ251的浓度为2％～4％，淬火液的温度为20℃～40℃，压力为0.2MPa～0.3MPa，淬火加热温度为900
±
20℃，加热时间为10s～15s，冷却时间为30s～40s。
[0018]优选的，所述感应热处理的功率为112kW，频率为10kHz，加热时间为13s，冷却时间为35s。
[0019]本专利技术还提供了上述方案所述制备方法得到的非调质电机轴，所述非调质钢电机轴的基体显微组织包括珠光体、铁素体和不大于5％的贝氏体或马氏体，所述铁素体的体积百分含量为5％
‑
25％，所述非调质钢电机轴中奥氏体的平均晶粒度为7～10级，所述珠光体的形态为微细珠光体形态，片层间距≤200nm；所述珠光体和纳米析出相强韧化；
[0020]所述非调质钢电机轴的轴径及花键表面硬度为52～60HRC，有效硬化层的厚度为2mm～4mm；
[0021]所述非调质钢电机轴的力学性能为：R
m
≥920MPa，R
el
≥550，A≥15，Z≥30，A
ku
≥35J，硬度为255HB～320HB。
[0022]本专利技术还提供了上述方案所述非调质电机轴作为新能源电动汽车电机轴的应用。
[0023]相应地，本专利技术提供的一种非调质钢电机轴的感应热处理方法以及采用该方法制造的电机轴，通过采用一种高强韧性非调质钢50MnSiV代替渗碳钢20CrMnTiH用于新能源电动汽车电机轴的制造，并通过感应热处理方法的实施，取消了正火和渗碳热处理工序。
[0024]本专利技术的有益效果是：通过采用一种高强韧性非调质钢50MnSiV代替渗碳钢20CrMnTiH用于新能源电动汽车电机轴的制造，并通过感应热处理方法的实施，取消了正火和渗碳热处理工序，可节约该电机轴制造能耗的75％以上，降低成本5％
‑
30％，同时提高该电机轴静扭转强度25％以上和提高扭转疲劳寿命40％以上。
附图说明
[0025]图1为本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非调质钢电机轴的制备方法，其特征在于，步骤为：步骤S1，非调质钢电机轴原材料50MnSiV冶炼，将原料通过转炉或电炉冶炼得到钢包，将所述钢包依次经过精炼、真空脱气、连铸和控轧控冷得到圆钢；步骤S2，非调质钢电机轴的锻压成型，将所述步骤S1所得的圆钢锯切下料得到一定规格长度料段，通过Φ80
×
L1000楔横轧锻压机锻压成电机轴毛坯；步骤S3，非调质钢电机轴的机加工，将所述步骤S2所得的电机轴毛坯依次通过车外圆和冷搓花键成型，得到非调质钢电机轴；步骤S4，非调质钢电机轴的感应热处理，对所述步骤S3所得的非调质钢电机轴进行感应热处理；步骤S5，非调质钢电机轴的回火，将所述步骤S4所得的非调质钢电机轴在箱式回火炉中以180℃～220℃的温度至少回火1h后出炉空冷；步骤S6，非调质钢电机轴100％探伤，将所述步骤S5所得的非调质钢电机轴在磁粉探伤机进行100％探伤无裂纹；步骤S7，将所述步骤S6所得的非调质钢电机轴的轴承部位在外圆磨床进行粗磨和精磨；步骤S8，对所述步骤S7所得的非调质钢电机轴进行打标识、清洗、涂油和包装；所述感应热处理为：(1)机器人自动上料；(2)机床门自动关闭；(3)感应器前移；(4)同时加热；(5)喷液冷却；(6)感应器后移；(7)机床门自动打开；(8)机器人自动取料，完成所述感应热处理，依次循环实施所述非调质钢电机轴的感应热处理；所述圆钢的化学成分质量百分含量为：C：0.48％～0.52％；Si：0.40％～0.60％；Mn：1.10％～1.30％；P≤0.015％；S≤0.015％；Cr：0.10～0.20％；Ni：0.20％～0.30％；Mo：0.03％～0.07％...

【专利技术属性】
技术研发人员：严超峰，包耀宗，林牧，谢余，
申请(专利权)人：广东中坤钒钢科技有限公司，
类型：发明
国别省市：