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汽车悬架弹簧的高强度化及发展

发布时间:2015-04-01 新闻来源:德州市科信弹簧平安彩票 浏览次数:

1、概述


按照2009年汽车市场的产量,保守地预测2010年增幅不会少于8%,产量约1400万辆,国内市场对悬架弹簧的需求将在2700—2850万件。


乘用车独立悬挂的弹性元件多用螺旋弹簧,非独立悬挂的弹性元件多用钢板弹簧。由于钢结构简单,使用可靠,钢板弹簧使用很广泛,如一些SUV、皮卡或面包车和大客车、货车则多数使用钢板弹簧。


悬架弹簧在汽车行驶过程中,承受高频往复压缩运动,起着缓冲和减振作用,其质量好坏对车辆平稳性、安全性起着至关重要的作用。专业企业承包生产的汽车悬架弹簧表面平整光滑、规格尺寸规范、喷漆工艺水平高。乘用车对悬架弹簧性能要求较高,以达到减小噪声、振动小、弹性好、平稳性好、舒适性好等特性;商用车(重型及超重型载货车)需要高强度悬架弹簧。悬架弹簧的技术发展趋势总体上为轻量化(高应力)、高可靠性,悬架弹簧设计应力普遍要求大于1100MPa,高的可达1200MPa。


平安彩票 2、悬架弹簧的设计


2、1应力设计


近20年来,悬架弹簧质量降低约25%,主要归功于高应力、轻量化设计。大量的新车上市,新车悬架弹簧的应力都不小于1100MPa。弹簧在如此高应力下服役,已经超过材料可以承受的极限,须辅以其他的强化手段(如喷丸、滚压)。虽然高应力、轻量化是当前的设计趋势,但设计思想上还是有所差异。国外车型对高应力、轻量化设计用得较多,国内自主车型设计高应力相对较低,体现高性价比和务实的设计思想。


2、2形状设计


20世纪末,将悬架弹簧设计师成有偏心力的“S”形弹簧的实例越来越多,如POLO、PQ35、蒙迪欧、福克斯都采用了这种设计。“S”形悬架弹簧的优点是它的合力矢量方向与减振器运动方向相一致,从而减少了侧向分力对减振器的不良影响。然而“S”弹簧制造工艺复杂,弹簧某一簧圈承受的应力会高于其他簧圈,导致该处容易产生疲劳早期失效。国产车型很少采用“S”形弹簧的设计。


2、3变截面设计


对于后悬架弹簧设计时为了追求后座及行李箱有更大的空间,把弹簧设计成变截面中凹形状(也称“MINIBLOCK”弹簧)。这类弹簧受力后的承压比且高度很小,从而节省出空间。国外VW公司Audi公司都非常偏爱此类设计,如PassatB5、AudiA6车型都使用此类设计,经济型车如Sail为扩大空间也用这类设计。


平安彩票 3、悬架弹簧原材料的现状


3、1悬架弹簧原材料


目前使用的悬架弹簧原材料弹簧钢,主要系列为Si-Cr系钢、Cr-Mn系钢、Si-Mn系钢和Si-V系钢。


Si-Cr系钢在乘用车上应用较多,这类钢的抗回火稳定性好,松弛抗力高,疲劳寿命较理想。55SiCr(SAE9254、SUP12)以及同一大类的材料55SiCrV(SAE9254+V、54SiCrV6)、SRS60、60SiCrA是目前制造悬架弹簧的主流钢种。


Si-Mn系、Cr-Mn系钢是用量最大的弹簧钢,60Si2MnA(SUP6、SUP7)、55CrMn(55Cr3)、钢,价格低于Si-Cr钢种,主要用于制造较低应力的悬架弹簧和维修配件,在热轧弹簧中占总量的30%左右。


平安彩票 还有对于淬透性要求较高的钢种,有的采用55SiVB钢,如EQ140汽车板簧等,近年来由于其价格和交货硬度偏高,用量在下降;而大截面板簧则采用60CrMnB钢制造,如EQ153汽车变截面板簧就是用该钢制造。


Cr-V系钢种50Cr-V(50CrV4、SUP10)基本上将退出。


3、2悬架弹簧原材料制造商


悬架弹簧的成本费用购成中,原材料占到50%以上,按照悬架弹簧生产工艺不同,可分为棒料和盘条材料两大类。前者用于热卷生产方式;后者由金属制品厂加工成油淬+回火或ITW状态材料,供应给悬架弹簧制造商。


国产热轧棒料供应商有宝钢集团上钢五厂、兴澄钢厂、无锡钢厂、南京钢厂、大连钢厂等。热轧棒料还不能直接制造悬架弹簧,需要对它进行拉拔、磨光或剥皮加工。2006年以后,一直依赖进口的剥皮变截面材料已经开始国产化。


宝钢是弹簧钢盘条主要的供应商,盘条还需要进一步加工成油淬火或ITW钢丝。从事该项加工业务的有上海中炼、郑州金属所中试二厂、宝钢二钢、浙江海纳、天津隶华、南京东吴公司等,钢种以55SiCr(SAE9254)钢为主,也生产60Si2MnA钢。


制造高应力悬架弹簧的材料有一部分还需要进口,供应商有日本热炼公司、杉田公司和韩国三和钢棒。国产材料的品质目前还有些缺陷,主要表现在表面麻点和成分偏析,影响使用。宝钢这几年正在结构调整,引进的大方坯精轧项目已投产,弹簧钢盘条质量会有所改观。


4、悬架弹簧的高强度化


平安彩票 悬架弹簧经冷、热成形后,均需热处理。根据弹簧截面的大小选择淬透性的钢钟,一般认为截面的中心应能达到80%的马氏体,弹簧才会具有较高的疲劳强度和冲击韧度。因此,淬透性是弹簧钢的重要指标。淬透性的高低决定弹簧钢所能够制成的板簧的最大厚度。


传统弹簧钢的强度水平难以满足汽车工业发展的需要。众所周知,弹簧钢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。弹簧钢高强度化的一个重要途径是充分发挥合金元素的作用,通过热处理达到最佳合金化效果。


4、1热处理


悬架弹簧都要经过淬火+回火,热处理后的硬度是弹簧使用时的强度表征,也可通过淬火、回火后的硬度估算弹簧钢的弹性极限和疲劳强度。淬火+回火的硬度在50HRC以下时,硬度和疲劳强度呈线性关系,高硬度还可以提高松弛抗力,但高硬度时,会使弹簧钢缺口敏感性增强,韧性和延展性下降。钢中的夹杂物和表面的缺陷都会成为疲劳起源,增加早期失效的危险。通常板簧的硬度在40-46HRC、螺旋悬架弹簧硬度在45-51HRC、扭杆悬架弹簧硬度在43-50HRC之间变动。


疲劳是悬架弹簧的重要特性,目前的几个系列钢种,如Si-Mn系钢、Cr-Mn系钢及Cr-Mn-B系钢等,在强度级别相同、组织均为细密的回火托氏体的情况下,其钢材的旋转弯曲疲劳性能并无明显差异,但制成悬架弹簧后,由于受冶炼条件、弹簧制造工艺、表面质量及附加强化工艺的影响,作为悬架弹簧的疲劳寿命可能会表现明显差异。因此,如何进一步提高悬架弹簧疲劳强度,仍需进一步研究。尤其是化学表面改性热处理;喷丸强化、预压强化、扭杆悬架弹簧预扭强化、中心孔的压角强化等都对悬架弹簧疲劳强度产生重要影响。


为进一步强化悬架弹簧的表面强度、增加压应力、提高疲劳强度,对板簧可渗氮、低温液体碳氮共渗或硫氮共渗处理,然后经喷丸强化,寿命可提高35%以上。


将直径φ5mm的Si-Cr系油淬钢丝经450℃X4.5h低温碳氮共渗与经400℃X15min中温回火进行比较,其疲劳强度可提高240 -250MPa。氮的渗入,不仅消除了脱碳的不良影响,而且还提高了残余压应力,同时经渗氮和低温液体碳氮共渗的悬架弹簧高温强度提高,150℃时的变形量为0.2%。


松弛抗力是悬架弹簧的另一个重要特征,尤其是汽车弹簧设计应力的提高,这一特征越来越受到人们的重视。研究表明:弹簧钢的松弛抗力则主要和位错运动的阻力有关,尤其是在弹簧设计应力接近于屈服或弹性极限的情况下,如铁素体和马氏体双相钢与回火托氏体组织钢,后者比前者可能具有较大的松弛抗力,表明钢材抵抗裂纹扩展的能力提高。


4、2合金化


平安彩票 目前弹簧钢的发展趋势是向经济性和高性能化方向发展。表1是高强度弹簧钢研究开发的主要手段。


表1 高强度弹簧钢研究开发的主要手段。


钢种开发加工方法改善


1、高硬度化;增加碳含量1、喷丸处理


2、改善韧度;添加细化晶粒的元素;降低碳含量2、表面处理,渗碳及氮化处理


3、提高疲劳性能;减少夹杂物的数量和控制夹杂物的形态;改善钢材表面状况(粗糙度、表面缺陷和脱碳)3、强压处理


4、改善弹减抗力;固溶强化(高硅化);晶粒细化;析出强化(添加Mo、V);提高硬度(低温回火)


5、改善环境敏感性(延迟断裂、腐蚀疲劳等);添加合金元素


6、改善加工性能


碳是弹簧钢中的主要强化元素,对弹簧钢的影响往往超过其他合金元素。根据使用要求,悬架弹簧材料应是中高碳的合金钢。当今世界各国普遍采用的弹簧钢,含碳量绝大多数在0.45%-0.65%。但是,降低弹簧钢中的碳含量是研究开发新一代高强度化弹簧钢的一个重要手段。此时,因碳含量降低所造成的强度和硬度下降,可通过优化合金元素和降低回火温度来实现。


合金元素在弹簧钢中在主要作用是提高力学性能、改善工艺性能及赋予某些特殊性能(耐高温、耐腐蚀)等。


很多悬架弹簧用钢以硅为主要合金元素,它是对弹减抗力影响最大的合金元素。这主要是由于硅具有强烈的固溶强化作用;同时,硅能抑制渗碳体在回火过程中的晶核形成和长大,改变回火时析出碳化物的数量、尺寸和形态,提高钢的回火稳定性。


铬能够显著提高钢的淬透性,阻止Si-Cr系钢球化退火时的石墨化倾向,减少脱碳层。因此,是弹簧钢中常用合金元素,以铬为主要强化的悬架弹簧钢55SiCr、55SiCrV使用较广泛。


锰是提高淬透性最有效的合金元素,它溶入铁素体中有固溶强化的作用。研究表明:Mn必须大于0。5%时,才易使淬火后弹簧钢心部大于80%转变马氏体;但当Mn量超过1。5%时,冲击韧度明显下降,这在选择弹簧钢时应优先考虑的。


钼可以提高钢的淬火淬透性,防止回火脆性,改善疲劳性能。现有的标准中加Mo的牌号不多,加入量一般在0.40%以下。


钒是强碳化物形成元素,固态下析出的细小弥散的MC型碳化物具有很强的沉淀强化效果。在35CrMnB钢中加入0.11%V,可显著提高钢的淬透性,还发现V能有效降低35SiMnB钢的脱碳敏感性,认为这与V降低钢中有效固溶碳、防止晶粒长大和阻止晶界扩散并提高抗氧化性有关。


4、3研究进展


国外现有弹簧钢牌号比较齐全,力学性能、淬透性和疲劳强度等基本上可以满足目前的生产和使用要求。而我国弹簧钢牌号相对较少,常用Si-Mn系列钢是用量最大的弹簧钢,如60Si2MnA、55SiMnVB、55Si2Mn等。近年来开发了一系列的低碳弹簧钢,如28SiMnB、38SiMnB、26Si2MnCrV、35MnSiVB钢等,其含碳量在0.30%-0.35%左右。研究表明,这些弹簧钢可以在低温回火的板条状马氏体组织下使用,有足够疲劳强度和良好的综合力学性能,尤其是塑性、冲击韧度极好。


悬架弹簧要求轻量化,它可以通过适当添加Si、Cr、V来提高冲击韧度和耐腐蚀抗疲劳特性,1300 MPa级的弹簧已实用化。但在进行特殊的油淬+回火工艺时,对弹簧钢的内在质量提出了极高的技术要求,如钢中非金属夹杂物的组成、分布、形状、数量、残余的有害元素、有害气体含量、力学性能、脱碳层、显微组织均匀性、晶粒度、线径表面质量、尺寸精度等均要求严格。


在我国弹簧钢标准中的Cr-Mn系、Cr-V系钢,但由于资源情况,其价格较贵。55Si2MnB、55Si2MnVB、60CrMnBA、55 SiCr、50 CrV、SAE9254(55Si2Cr)、SAE9254H(55 Si2CrV)等钢有一定的市场前景。


5结语


我国汽车工业的快速发展,给汽车弹簧钢制造企业带来机遇与挑战。钢铁工业和汽车工业的紧密结合和合作,不仅会进一步促进悬架弹簧的高强度化,对汽车轻量化、环境友好有重要意义。目前悬架弹簧的技术研究也出现了若干热点课题,需要行业同仁加以充分关注。今后悬架弹簧制造应向高强度、轻量、节能方向发展。


参考文献


1。刘波。 汽车悬架弹簧及其发展趋势[J ] 现代零部件。2007(12)


2。马鸣图。汽车用合金结构钢的现状和研究进展[J ] 汽车工艺与材料。2004(2)


3。惠卫军等。汽车悬架弹簧钢的发展动向[J ] 钢铁研究学报。2001(2)


4。张先鸣。汽车零部件用特殊钢的技术研发及预测[J ] 现代零部件。2007(12)

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