重型汽车钢板弹簧断裂失效形式及应用现状

重型汽车钢板弹簧断裂失效形式及应用现状
钢板弹簧（Leaf Spring）是广泛用于汽车悬架结构的具有一定弹性的元件，由宽度相等长度不相同的复合金属弹簧片组合而成，该元件各个部位的强度是相等的，可以起到很强的减缓压力的作用，但是钢板弹簧由于长期受到大力压迫导致其在达到一定的承受值后会发生断裂，本文重点分析了钢板弹簧断裂的形式，并提出相关的技术改进方案供相关生产商参考。

标签：钢板弹簧；断裂失效形式；应用现状
车辆在正常行驶时，会受到自身振动和外部一定强度的挤压力作用，此时钢板弹簧会压缩从而吸收车辆的动能，将动能转化为弹簧的弹性势能，由此车辆的动能逐渐被转化，避免了巨大的冲击作用，起到很好的缓冲效果，使车辆运行更平稳，操作更流畅，安全性更好。

当钢板弹簧承受的压力过大会发生断裂失效，下面重点分析钢板弹簧断裂的几种形式。

1 钢板弹簧断裂失效的形式
1.1 中心孔失效
中心孔是钢板弹簧最脆弱的部位，因为钢板弹簧受到力作用时，其所承受的力会共同作用于中心孔，使其发生断裂失效。

其断裂时会产生很多裂纹，其位于孔板的结合处，跨越整板。

经过专业人员研究发现，该种失效是由于螺栓松动，弹簧承受的作用力被汇集到中心孔，中心孔承受力的表面积小，故而力的强度就大，当强度超过一定的值，孔就断裂，导致裂纹，随后弹簧便失效。

1.2 卷耳失效
车辆在行驶过程中会不可避免受到各种摩擦力以及外力碰撞作用，此外，司机在驾驶过程中也会出现挂挡力度过大等不规范的操作，如果卷耳和衬套之间过于紧密，会导致发热，变硬等现象，这会使钢板膨胀变大，导致一定的变型，使得弹簧卷上方失效。

当车辆行驶过长时间时，卷耳上已有的些许裂纹会进一步加速断裂，加速弹簧失效的过程。

1.3 腐蚀疲劳
钢板弹簧持续受力，而且很多零件露天之后会遭到空气腐蚀，生锈变型，致使弹簧在裂纹处承受力大幅度降低，裂纹便会不断加深，当达到极限时，弹簧便会断裂。

失效的切面看起来像是一系列同心的半圆形，在腐蚀和摩擦的作用下，裂纹外侧变暗。

1.4 微振疲劳
微振疲劳失效发生在板簧片或者板簧与压板之间，两者的接触面以极小的幅度振动并且相互挤压，两者的接触面被磨得十分亮光，周围会有很多摩擦时留下的粉末，两者在不断受力的过程中被损坏，致使弹簧失效，大大减小了弹簧的理论使用寿命。

该种失效形式非常常见，也是改善这一情况的重点解决对象。

1.5 应力腐蚀断裂
应力腐蚀断裂是应力和腐蚀力叠加作用的效果，当两种力共同作用时，弹簧发生断裂，这个过程瞬间发生或者在原先断纹的基础上加深断裂程度，进而失效。

应力腐蚀断裂发生有四个基本要素：
（1）承受力超过极限值，裂纹处更溶于达到该值。

（2）组成成分敏感，当弹簧硬度过高时，容易发生应力腐蚀断裂。

（3）环境中酸性过大，导致腐蚀严重腐蚀性环境。

（4）钢板承受作用力的时间。

1.6 过载
过载断裂是因为弹簧承受的力超过了钢板组成材料的最大承受强度。

一旦发生过载断裂，那么会留下很大切面的断裂痕迹，且呈发射状，断裂特征很明显，具有一定的辨识性，方便专业人员进行修复。

1.7 原件过热
在对板簧的处理过程中，需要进行加热处理，在这个过程中极易出现过热现象。

有时甚至会出现包耳现象。

在钢板出现过热现象时，其晶体粒子就会变得非常粗大，如果将其持续加热，使其温度超过1260度时，其晶体界面会溶解，出现过烧现象。

当一个钢板出现了过烧情况，就没有办法再通过其他处理方法进行补救了。

如果使用的板簧出现了过烧现象，即使其硬度没有发生很大的改变，但是会变得极其容易断裂，从而受到稍微的撞击时就会断裂。

2 钢板弹簧材料在重型汽车上的应用现状
目前，重型汽车使用的钢板弹簧有多片簧和少片簧，占车重比例不算大，18%左右。

据可靠调查，弹簧生产商使用最多的是Si-Mn系、Cr-V系、Cr-Mo-V系等。

了解相关汽车行业，可以知道重型汽车多片簧使用60Si2Mn、50CrV，少片簧使用51CrV4、52CrMoV。

欧洲钢板弹簧广泛使用的弹簧钢有55Cr3、51CrV4、52CrMoV。

日本钢板弹簧广泛使用的弹簧钢有SUP9、SUP10。

美国钢板弹簧广泛使用的弹簧钢有SAE9260、SAE6150、SAE5160、SAE51B60。

钢板弹簧经过很高温度和很大热度的处理后，并不能直接成形。

通常根据弹
簧切面的大小选择各方面均合适的钢种，通过查阅相关研究文献可知，淬透性是判定弹簧钢性能好坏的重要指标。

钢板弹簧都要经过淬火和回火来获取组织：细小的晶粒、基体相α 固溶体（回火马氏体）中有较高的位错密度和在基体中大量地存在弥散和均匀分布的碳氮化物质点。

高热处理之后的硬度是弹簧使用时的强度表征，也可通过硬度值估算弹簧钢的弹性极限和疲劳强度。

淬火和回火硬度在500HBS以下时，硬度和疲劳强度呈线性关系，但硬度高时，会使弹簧钢的缺口敏感性增强，刚度和塑性下降。

钢中的夹杂物和表面的缺陷都会成为疲劳裂纹源增加早期失效的危险。

通常板簧的硬度国内要求375-444HBW，美国为388-461HBW，欧洲为426-514HBW。

3 结语
钢板金属材料在生活中的使用是極其广泛的。

充分了解其作用环境及条件能够很好的延长零件寿命，提高安全保障。

本文针对钢板的各种易断裂情况进行了综合分析，即分析了钢板弹簧容易断裂失效的一些常见因素，又针对其在汽车上的使用情况做出了一些分析并提出了一些自己的建议。

科学技术的长足进步不仅促进了各种钢材制品的迅速发展，同时也提高了各行各业的安全保障，降低了事故的发生概率，为企业的发展提供更为广阔的舞台，促进了我国工业的快速发展。

参考文献：
[1]马奎星，李良晨，张继魁.重型汽车钢板弹簧的断裂失效形式及其材料的应用现状[J].重型汽车，2017（04）：32-34.
[2]王军，冯益坤，张光明，闫宇浩，赵文涛.某重型汽车后钢板弹簧断裂失效分析[J].重型汽车，2017（05）：22-23.。