60Si2Mn钢汽车板簧热处理工艺优化研究_王桂棠

预变形 最大弯曲 ／ｍｍ 应力 ／ＭＰａ
（ＨＲＣ） ４０ ４５．５ ４５．５
０ ０ ０
６８６０ ６８６０ ６８６０
４９８００ ７０４００ ５２３００
示 % 可看出 !提高 ６０Ｓｉ２Ｍｎ 钢奥氏体化温度 ! 不仅强度 有所提高 !而且塑性 & 断面收缩率 $ 也有显著改善 !而屈 强比基本不变 %
表%
试验用金相试样 "２０ ｍｍ"１５ ｍｍ"８ ｍｍ(% 拉伸试 样 ) 图 １( 和疲劳试样 " 为板簧总成的前第一片板簧 ， 作 图 ２ 所示的单片疲劳试验 ( 均取自于同一批 ８ ｍｍ 厚 的 热 轧 板 材 ， 其 化 学 成 分 （ 质 量 分 数 ，％ ） 为 ：
０．５８Ｃ!１．６８Ｓｉ!０．６９６Ｍｎ$ 淬火加热在 步进式燃油 加热 炉内 进行 ! 保温 系 数 ! 为 １．２５ ｍｉｎ／ｍｍ ! 加 热 后 油 冷 $
９１０! 淬火的板簧 ! 即应采用较低的回火温度 ! 以不超
汽车板簧在使用过程中所受负荷属小能量多次冲 击和疲劳载荷 " 在中 # 低强度范围 ! 疲劳极限 !－１ 和缺 口疲劳极限 !－１ｎ 随强度 !! 的升高而一直升高 ! 即小能 量多冲抗力取决于强度 $ 小能量多冲抗力最高峰值的 回火温度为 ４００# 左右 ［５］" 表 ４ 也表明 ! 板簧在较低应 力幅度 %６ ８６０ ＭＰａ& 下 ! 强度越高 !疲劳寿命越长 " 在较 高应力幅度 %９ ０２０ ＭＰａ& 时 ! 需要较好 的强韧配合 ! 但 回火温度也不应超过 ４６０$ " 实际上 !汽车板簧实际工 作 时 过 载 应 力 超 过 ８ ８２０ %９ ８００ ＭＰａ 的 情 况 是 极 少 的 ! 而且占比例最大的载荷均在 ３９２０&５ ８８０ ＭＰａ［６］" 所以 ! 汽车板簧应以强度为主 " 考虑到 ６０Ｓｉ２Ｍｎ 的抗 回火性能 ! 回火温度应为 ４２０’ 左右 ! 其组织是保持马 氏体位向的屈氏体 "
９４０,淬火的试样晶粒粗大 ! 导致疲劳强度降低 %
45
过 ４６０"为宜 "
!"#$%&’&()
!!" "!#$%&’ #()*&!+,’- *++, $%- . ６０Ｓｉ２Ｍｎ 钢汽车板簧淬火加热温度以 ９１０!１０)为宜 "
%２ & 汽车板簧处于小能量多次冲击和疲劳载荷的 服役状态 ! 应以强度为主要性能要求 " 经高温淬火以板 条马氏体为主要淬火组织的 ６０Ｓｉ２Ｍｎ 钢汽车板簧 ! 应 取较低回火温度! 以满足强韧性要求" 回火温度以
表!
热处理工艺
奥氏体化温度对疲劳寿命的影响
试验规范 行程 淬火回火 疲劳试验 后硬度 寿命 （ 次 ）
%&!
奥氏体化温度对 ’"()!*+ 钢力学性能的影响 拉伸试验结果 # 为 ３ 个试样的平均值 $ 如表 １ 所
淬火温度 回火温度
／2 ８７０ ９１０ ９４０
wk.baidu.com
／3 ５２０ ４６０ ４６０
／ｍｍ ８０ ８０ ８０
板簧在汽车行驶过程中 ! 除了承受车厢及载物的 重量 " 静载荷 # 外 ! 还要承受因路面不平所引起的冲击 载荷 ! 并因此造成单向循环弯曲应力 $ 板簧的主要失 效方式是疲劳断裂和产生永久性塑性变形 $ 因此 ! 板 簧的材料应具有高的弹性极限和屈强比 % 良好的强韧 性配合及高的疲劳抗力 $ 影响板簧使用寿命的除了设计 %安装 %润滑和使用 等因素外 ! 更重要的是板簧本身的热处理质量和表面 质量 $ 表面质量主要取决于表面脱碳层深度和喷丸质 量 !而前者又与热处理工艺密切相关 $ 广 东 某 板 簧 厂 的 ６０Ｓｉ２Ｍｎ 汽 车 板 簧 热 处 理 工 艺 如 下 & 淬 火 加 热 温 度 ８６０ !２０! ! 保 温 系 数 ! "２．０
９１０
４６０ ４２０
%
６０Ｓｉ２Ｍｎ 板簧回火组织为回火屈氏体 % 回火工艺
直接影响板簧的强度和塑性配合 % 不同形态的马氏体 ! 回火温度与韧性的关系不同［４］% 随着回火温度的提高 ! 超过一定温度后 ! 板条马氏体的断裂韧性随着回火温 度的升高而急剧下降 % 这是由于板条马氏体断裂韧性 很高 !随着回火过程的进行 ! 逐渐有针状碳化物析出和 长大 !而使钢的断裂韧性受到损害 % 只有在碳化物团聚 的时候 !钢的断裂韧性才能再次升高 % 而片状马氏体由 于本身断裂韧性较低 ! 只有提高回火温度 ! 使碳化物析 出及聚集 ! 才能使 !ＩＣ 升高 % 因此 !片状马氏体 !ＩＣ 随回 火温度升高而升高 % 由此可见 !８７０. 淬火的 ６０Ｓｉ２Ｍｎ 钢板簧 !采用 ５２０/以上回火对韧性是有利的 % 而对于
（１９９７ 年 (%
广东省科技成果三等奖 "２００４ 年 ( ；
电话 ：０２０－３８４５８２０５； Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇｇｔ＠ｇｄｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ
!热加工工艺 "
!""# 年第 $ 期
工艺技术
,#
图 ３ ６０Ｓｉ２Ｚｎ 钢经不同温度淬火后的金相组织 （４％硝酸酒精腐蚀 ） !５００
低于 ９００! 时 ! 残留奥氏体呈现块状 ! 分布在板条马氏 体之间 ! 待温度达到 ９２０" 时 ! 已明显地形成条状残留 奥氏体并沿着板条马氏体分布 "
淬火温度 ／4 回火温度 ／5
文献 ［１］ 研究了 奥氏体化温 度对 ６０Ｓｉ２Ｍｎ 抗弯强 度 &!ｂｂ$’ 冲击韧性 &"Ｋ$ 和断裂韧性 &!ＩＣ$ 的影响 (&１$ 在 一 定 温 度 范 围 &８５０ #９００$ $ 内 !ｂｂ 出 现 上 升 趋 势 ! 约 在 ９００% 出现峰值 ! 温度再提高时 ! 又趋下降 )&２ $ 梅氏 缺口试样 "Ｋ 在 １ ０００&以下随奥氏体化温度的升高而 增加 !温度再提高时 ! 则迅速下降 )&３ $随奥氏体化温度 的升高 !断裂韧性 &!ＩＣ$ 一直出现上升趋势 ! 在 ９３０’ 开 始迅速增大 !１ ０００( 以上基本不变 % 这是由于形成了 板条马氏体使 !ＩＣ 增大 ! 残留奥氏体以薄膜形式包围 在马氏体板条周围 !阻碍裂纹扩展 )而且作为裂纹源的 碳化物质点随奥氏体化温度的升高逐渐减少和消失 ! 从而提高了 !
热处理工艺 淬火温度 ／0 回火温度 ／1 !" ／ＭＰａ
%&淬火温度对拉伸性能的影响
力学性能
回火温度对 ’"()!*+ 板簧性能的影响 表 ３ 和表 ４ 分别列出了 ９１０- 淬火时在不同温度
回火的拉伸性能和疲劳寿命的试验结果 %
#（％） ３０．６ ２２．６ ９１０
!# ／ＭＰａ １３３９ １１８１
!# ／!" ０．８９ ０．９０
表,
５００ ４６０ ４２０
回火温度对拉伸性能的影响
!" ／ＭＰａ １２９９ １５００ １６３５ !ｓ ／ＭＰａ １１６７ １３３９ １４８０ !# ／!" ０．８９１ ０．８９１ ０．９０５ #（％） ２０．８ ３０．６ １３．９
９１０ ８７０
４６０ ５２０
１５００ １３１０
［３］ ＩＣ ［２］
表热处理工艺
回火温度对单片疲劳寿命的影响
试验规范 行程 预变形 最大弯 曲应力 回火后硬 疲劳寿命 度 &ＨＲＣ $ & 次 $
淬火温度 回火温度
／6
／7 ５００
／ｍｍ ８０ ８０ ８０ ８０ ８０
／ｍｍ ０ ２５ ０ ０ ２５
／ＭＰａ ６８６０ ９０２０ ６８６０ ６８６０ ９０２０ ４０．５ ４１．０ ４５．５ ４９．０ ４８．５ ４２３００ ４１４００ ７０４００ ７６９００ ３３０００
/ 工艺试验及结果分析
收稿日期 "２００５－０４－２９ 作者简介 " 王 桂 堂 （１９６４ －）， 男 ， 广 东 广 州 人 ， 副 教 授 ， 主 要 从 事 金 属 材 料 热 处理和计算机在材料科学与工程中应用的教学和科研工 作， 发表论文 ２ ０ 多篇， 曾获广东省教学成果二等奖
图 ２ 板簧单片试验示意图
回火在链传动式连续电阻回火炉内进行 ! 回火后水冷 $
图 １ 拉伸试样示意图
ｍｉｎ／ｍｍ（ 燃 油 反 射 炉 加 热 ）! 淬 火 机 床 压 弯 成 型 油 冷 ’ 回火温度为 ５４０!１０# ! 回火后水冷 $ 质量分析表明 !板
簧质量不高 !疲劳寿命较低 $ 作 者 通 过 理 论 分 析 和 工 艺 试 验 对 该 厂 ６０Ｓｉ２Ｍｎ 汽车板簧热处理工艺进行改进 ! 取得较好效果 $
LM
!"#$%&’&()
!!" "!#$%&’ #()*&!+,’- *++, $%- .
0+12*34 钢汽车板簧热处理工艺优化研究
王桂棠 ! 林金萱
! 广东工业大学 信息工程学院 ! 广东 广州 !"#$%& " 摘 要 & 通过试验分析了热处理工艺对 ６０Ｓｉ２Ｍｎ 钢汽车板簧金相组织和力学性能的影响 ! 提出了 ６０Ｓｉ２Ｍｎ 钢 汽 车 板 簧
从板簧的受力状态来看! 其奥氏体化温度取
９１０)左右为宜 % %&,
奥氏体化温度对疲劳寿命的影响 疲劳试样经淬火成型 ’ 回火和喷丸处理后 !进行图
２ 所示的单片疲劳试验 !结果 &３ 个试样的平均值 $列于
表 ２ % 试样断裂位置都处于应力集中很大的冲包 &为使 夹箍连接时每片板簧相叠后中心处不会产生相对运动 而在每片板簧中心冲压出一个包 $ 上 % 断口分析表明 ! 所有断口都是疲劳断口 % 其中 ９１０* 淬火的试样其疲 劳扩展区最大 !８７０+ 淬火的最小 % 断口分析还表明 !
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的最佳淬火温度 $ 试验表明 ! 适当提高淬火温度至 ９１０& 左右 ! 淬火后得到板条马氏体 ! 有利于获得强度 % 塑性 % 韧性以及断裂 韧性兼优的综合力学性能 $ 经 ４２０’ 回火 ! 保持较高的强度和韧性 ! 满足汽车板簧小能量多冲和疲劳载荷的服役状态 ! 具有较 高的疲劳寿命等使用性能 $ 关键词 &６０Ｓｉ２Ｍｎ ’ 板簧 ’ 热处理工艺 ’ 力学性能 中图分类号 " ＴＧ１６２．７４ !!!!!!!!!!!!!!!! 文献标识码 "( 文章编号 " １００１－３８１４ "２００５ (０７－００３４－０３
/-/ 奥氏体化温度对金相组织的影响
不同温度下淬火的金相组织如图 ３ 所示 $ 随着加 热温度提高 !６０Ｓｉ２Ｍｎ 钢的淬火马氏体形态发 生明显 变化 $ 加热温度低于 ８６０$ 时 ! 淬火组织以片状马氏体 为主 ’ 加热温度高于 ８８０% 时 ! 淬火组织以板条马氏体 为主 ! 且随温度提高 ! 板条数量逐渐增多 ! 板束的尺寸 逐渐长大 ’ 同时 ! 残留奥氏体量也随温度提高而增多 $