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汽车板簧材料与工艺试验
- 2021-11-18-

  汽车板簧是汽车悬架系统的重要组成部分,是汽车在恶劣工况下的易损件,因此对其机械性能有着严格的要求。众所周知,零件的力学性能在保证材料质量的前提下,取决于热处理工艺,热处理工艺也要根据使用的材料来确定。

  根据应用要求,板簧材料应为中高碳合金钢。国外常用的钢种有硅锰系、铬锰系、铬钒系和铬锰硼系,含碳量约为0.5%-0.65%。如美国SAE926O、SAE5160、SAE51B60等。我国常用的钢种有Si-Mn系列,如55SiMnVB、55Si2Mn、60Si2Mn,以及近年来发展起来的低碳弹簧钢,如28MnSiB、30MnSiB、35MnSiVB等。我国弹簧钢标准中虽然有Cr-Mn系和Cr-V系,但由于我国资源状况,价格相对较贵。

  一汽新开发的9t柴油车汽车板簧设计材料为55SiMnVB钢,但这种材料供不应求,价格昂贵,不利于工业化生产,因此决定用60Si2Mn替代55SiMnVB钢。

  弹簧淬火的目的是用合理的冷却方法冷却奥氏体化钢,形成马氏体,然后回火,达到所需的组织和性能。根据各种弹簧钢的过冷奥氏体转变曲线和末端淬火曲线,弹簧钢的马氏体形成温度在300℃左右。因此,合适的冷却介质在300℃以下应有较慢的冷却能力,在300℃以上应有较快的冷却速度,使过冷奥氏体不会形成珠光体型或贝氏体型组织,这就是所谓的“淬火不透”。这种介质,一方面,确保汽车板簧在所有部分都硬化;另一方面也保证了热处理后的力学性能。

  我国汽车板簧热处理淬火介质一直采用油,如N15、N32(10号、20号)机油或柴油,可满足300℃以下的缓冷,但由于300℃以上的缓冷速率较慢,不适合大截面汽车板簧。例如,在上述油中淬火的55Si2Mn和60Si2Mn钢的较大硬化层只能达到12mm,淬透性较好的55SiMnVB钢只能达到16mm左右。近年来,随着变截面汽车板簧的发展,使用的钢材厚度变得更厚。硅锰系统超过12毫米不能使用,硅锰钒硼系统超过16毫米不能使用,使用铬锰系统和铬钒系统会增加汽车板簧的成本。此外,油淬严重污染环境,容易发生火灾。

  近年来,我国开发了一系列低碳弹簧钢,如28MnSiB、30SiMnB、35SiMnVB等钢种,其中只有28MnSiB和30SiMnB钢可以水淬,因为当钢的含碳量高时,钢可以水淬。