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    汽车板簧材料与工艺试验

     

    板簧是汽车悬架系统中的重要部件,工作条件恶劣,是汽车的易损件,因而对其力学性能有严格的要求。众所周知,零件力学性能在材料质量保证的前提下取决于热处理工艺,而热处理工艺也应根据所用材料来决定。

    根据使用要求,做为板簧材料应是中高碳的合金钢。国外常用的钢号一般为含碳量在0.5%-0.65%左右的Si-Mn 系、Cr-Mn系、Cr-V系以及Cr-Mn-B系等。如美国的SAE926O、SAE5160、SAE51B60等。我国常用钢号为Si-Mn 系,如55SiMnVB、55Si2Mn、60Si2Mn以及近年发展起来的低碳弹簧钢,如28MnSiB、30MnSiB、35MnSiVB等。虽然在我国弹簧钢标准也有Cr-Mn系、Cr-V系,但由于我国资源情况,其价格较贵。

    一汽新开发的9t柴油车板簧设计材料为55SiMnVB钢,但该材料短缺且其价格也较贵,不利于工业生产,决定拟用60Si2Mn代替55SiMnVB钢。

    弹簧淬火目的是把奥氏体化的钢材,以合理的冷却方式冷却,形成马氏体,然后回火,达到希望的组织和性能。由各种弹簧钢的过冷奥氏体转变曲线和端淬曲线可知,弹簧钢的 马氏体形成温度在300℃左右。因此合适的冷却介质应在300℃以下有较慢冷却能力而在300C以上则冷速较快,以使 过冷奥氏体不致形成珠光体类型或贝氏体类型的组织,即所谓“淬不透”。这样的介质,一方面保证了板簧在全部截面上淬透;另一方面也保证了热处理后的力学性能。

    我国板簧热处理淬火介质一直沿用油,如N15及N32(10号及20号)机油或柴油,它能满足300℃以下的慢冷,但由于在300℃以上冷却速度较慢,故不宜用于大截面板簧。如55Si2Mn、60Si2Mn钢在上述油中淬火最大淬硬层只能达 到12mm,淬透性较好的55SiMnVB钢也只能达到16mm左右。近年来随变截面板簧的发展,所用钢材厚度加厚。若超过l2mm就不能使用Si-Mn 系,超过16mm不能使用Si-Mn-V-B系,而使用Cr-Mn系、Cr-V系又加大板簧成本.此外油 淬火时严重污染环境,而且易发生火灾。

    近年来我国发展的低碳弹簧钢系列,如28MnSiB、30SiMnB、35SiMnVB等钢号,其中也只有28MnSiB、30SiMnB 钢能水淬,因为当钢含碳量<0.2%,一般形成板条状马氏体,它具有良好的塑性和强度。当含碳量达0.6%时,形成针状 马氏体,硬而脆。含碳量在0.2%-0.6%之间,则形成两种马氏体的混合组织。随含碳量的增加,针状马氏体越来越多,板条状马氏体越来越少。显然当钢含碳量增加后,由于针状马氏体塑性差,在马氏体转变过程中,产生的组织应 力会导致淬火裂纹,因而在马氏体开始转变温度以下要求慢冷。28MnSiB、30SiMnB钢在正常的成分范围,可以水淬。 但是钢中的成分偏析现象还相当严重,所以28MnSiB、30SiMnB等低碳弹簧钢,由于碳偏析,就很难保证每块板簧 的含碳量均在其标准要求范围内,如超差就会影响到板簧的性能,甚至出现开裂。因此用含碳量较低的28MnSiB、 30SiMnB等低碳弹簧钢代替55SiMnVB钢是不行的。且力学性能也满足不了要求。因此,寻找55SiMnVB钢的代用 材料和一种没有污染、不着火、适于各种弹簧钢过冷奥氏体转变特性,同时又能增加弹簧的实际淬透的临界厚度的冷 却介质是当务之急。

    试验表明采用新的今禹水基淬火掖,以60Si2Mn钢代替55SiMnVB钢是较理想的。

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