60Si2Mn汽车板簧热处理工艺设计

1序论

1.1 热处理工艺课程设计的意义

热处理工艺课程设计是高等工业学校金属材料工程专业一次专业课设计练习，是热处理原理与工艺课程的最后一个教学环节。其目的是：

1. 培养学生综合运用所学的热处理课程的知识去解决工程问题的能力，并使其所学知识得到巩固和发展。

2. 学习热处理工艺设计的一般方法、热处理设备选用和装夹具设计等。

3. 进行热处理设计的基本技能训练，如计算、工艺图绘制和学习使用设计资料、手册、标准和规范。

1.2 热处理课程设计的任务

进行零件的加工路线中有关热处理工序和热处理辅助工序的设计。根据零件的技术要求，选定能实现技术要求的热处理方法，制定工艺参数，画出热处理工艺曲线图，选择热处理设备，设计或选定装夹具，作出热处理工艺卡。写出设计说明书。

①汽车热处理工艺设计。

②制定热处理工序的工艺参数

③分析各热处理工序中材料的组织和性能。

④选择热处理设备。

⑤选择与设计热处理工艺所需的挂具、装具或夹具。

⑥填写热处理工艺卡片。

2 汽车板簧的工作要求、技术要求及选材

2.1工作要求和技术要求

汽车钢板弹簧式一种弹性元件，其作用式承受车厢以及载物（静载物）的作用，可传递垂直载荷，缓和及抑制不平路面所引起的冲击，限制车身和车轮的振动。作为弹性元件它既有缓冲、减振、贮能的功能，又负担传递力和导向的作用，在工作过程中，钢板弹簧承受高因道路不平所引起的冲击载荷，并由此或单向循环弯曲应力和振动的作用，同时也要受到泥水和泥沙等侵蚀。由此其结构简单、使用可靠、维修方便、因而被一般载重汽车广泛使用。

汽车钢板弹簧采用合金钢制造，硬度在380~460HBW，板簧达到最大的强度特性，即高的弹性极限，经过抛丸后处于表面压应力状态，然后进入初步机加工阶段。

有资料介绍重型汽车的“概率-应力曲线”表明，钢板弹簧的所受应力在

882~980Pa。汽车钢板弹簧的主要失效形式有腐蚀疲劳断裂、应力腐蚀断裂、脆性断

裂、磨损和应力松弛以及永久性塑性变形等，其危害有停车待修、钢板弹簧损耗量大、降低行车舒适性等，因此应认真对待，减少出现失效的概率，在弹簧制造和热处理等各个环节确保产品质量合格。因此钢板弹簧应具有高的弹性极限、良好的淬透性、低的脱碳敏感性、较高的硬度和强度、一定的冲击韧性、良好的疲劳强度以及最大比弹性功，破断部位一般在卷耳与中间固定处。

钢板弹簧在载荷作用下变形时，各片之间有相对滑动而产生摩擦以及两端支承处的摩擦，可以促进车架振动的衰减。但各片间的干摩擦将使车轮所受的冲击在很大程度上传给车架，降低了悬架缓和冲击的能力，并使钢板弹簧各片加速磨损。因此各片之间涂上较稠的石墨润滑脂，也有的在钢板弹簧片之间夹入塑料垫片。

2.2选材

2.2.1材料的选择

汽车钢板弹簧在工作状态下药吸收大量的弹性功，又要求本身不发生永久变形，因此其具有曲强比和尽可能大的弹性比功，为了得到强度高、疲劳极限大的钢板弹簧，钢板弹簧用弹簧钢应选用含碳量0.45%~0.65%的合金钢制作，所以可选择60Si2Mn钢做汽车板簧。

2.2.2 60Si2Mn的性能

60Si2Mn弹簧钢是应用广泛的硅锰弹簧钢，强度、弹性和淬透性较55Si2Mn稍高。60Si2Mn弹簧钢适于铁道车辆、汽车拖拉机工业上制作承受较大负荷的扁形弹簧或线径在30mm以下的螺旋弹簧、也适于制作工作温度在250℃以下非腐蚀介质中的耐热弹簧以及承受交变负荷及在高应力下工作的大型重要卷制弹簧以及汽车减震系统等。

2.2.3 60Si2Mn的化学成分

✍碳含量较高，以保证高的弹性极限与疲劳极限

✍Si、Mn含量较高，目的是提高淬透性，强化铁素体，大大提高钢的弹性极限，屈强比可达到0.8~0.9，而且疲劳强度也得到显着提高，使其在相同的回火温度下具有较高的硬度和强度。Si还能有效地提高钢的回火稳定性。

✍Cr可提高淬透性，可防止过热和脱碳，从而保证钢具有高的弹性极限和屈服极限。

✍ Ni可以提高淬透性与韧性。

2.2.5 60Si2Mn的临界转变温度

3 60Si2Mn 汽车板簧热处理工艺设计

3.1 60Si2Mn 汽车板簧加工制造流程

流程： 剪切下料→机械加工→校直→卷耳→完全退火→淬火→中温回火→质量检测

3.2 60Si2Mn 汽车板簧热处理工艺

3.2.1 预先热处理—完全退火

1.完全退火目的：细化晶粒，降低钢的硬度，改善钢的切削性能，消除内应力。 正火工艺曲线如图1所示

750℃ ３～４ h 图1 时间/h

2.加热温度：750℃

3.冷却方式：炉冷

4.退火设备：中温井式电阻炉，表3给出了中温井式电阻炉的参数

表3 中温井式电阻炉的参数

退火后测得钢的表面硬度（HBS ）不超过222.

3.2.2 最终热处理—淬火

1. 淬火目的：提高板簧的强度与硬度，获得良好的力学性能。淬火后基体组织为马氏体，基体硬度大于63ＨＲＣ。

2. 淬火温度：在淬火过程中加热温度非常重要，若温度过高，奥氏体晶粒粗大，氧化脱碳严重，将会降低其强度和疲劳极限；而温度过低，则会造成组织转变的不均匀，出现未溶解的铁素体，同样会降低其强度和使用寿命。最佳的淬火温度为865～875℃，获得的抗拉强度、冲击韧性及断裂韧性等最佳。。

3.加热方式：采用到温加热的方法，是指当炉温加热到指定的温度时，再将工件装进热处理炉进行加热。原因是加热速度快，节约时间，便于批量生产。

4. 淬火介质：60Si2Mn 合金弹簧钢的临界冷却速度较低，所以可以采用油淬，油为５＃机械油，油温在２０～８０℃之间。

5.保温时间：60Si2Mn 汽车板簧加热保温时间与弹簧厚度有关，如表3所示。

表4 汽车板簧厚度与加热时间的关系 温度\℃

炉冷