汽车板簧材料与工艺试验
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
副簧：加热温度1050℃，加热时间24mln，淬火介质温度30±10℃，淬火液浓度13％。
后簧：加热温度1050℃，加热时间28min，淬火介质温度30±10，淬火液浓度12％。
以上3种零件的回火工艺相同，回火温度500±5℃，回火时间50min。
3.4弹簧总成台架疲劳试验
试样的工艺参数确定后，初步确定了CAll60KIPL2型，9t平头车钢板弹簧小批量生产计划。生产前、副、后钢板弹簧总成共35架。弹簧在热处理后表面质量检查、硬度抽查满足工艺要求。其中抽出后钢板弹簧总成5架，做疲劳台架试验。
26
34
2
1375
1358
8.0
21
44
3
1349
1315
8.2
31
36
4
1384
1339
9.0
33
38
平均
1369
1338
8.2
28
38
60Si2Mn
水基淬火液
1
1314
1274
4.5
18
43
2
1411
1354
4.5
16
46
3
1354
1299
4.4
16
38
平均
1340
1306
4.5
16.7
42
3试验结果及讨论
根据使用要求，做为板簧材料应是中高碳的合金钢。国外常用的钢号一般为含碳量在0.5％-0.65％左右的Si-Mn系、Cr-Mn系、Cr-V系以及Cr-Mn-B系等。如美国的SAE926O、SAE5160、SAE51B60等。我国常用钢号为Si-Mn系，如55SiMnVB、55Si2Mn、60Si2Mn以及近年发展起来的低碳弹簧钢，如28MnSiB、30MnSiB、35MnSiVB等。虽然在我国弹簧钢标准也有Cr-Mn系、Cr-V系，但由于我国资源情况，其价格较贵。
近年来我国发展的低碳弹簧钢系列，如28MnSiB、30SiMnB、35SiMnVB等钢号，其中也只有28MnSiB、30SiMnB钢能水淬，因为当钢含碳量<0．2％，一般形成板条状马氏体，它具有良好的塑性和强度。当含碳量达0．6％时，形成针状马氏体，硬而脆。含碳量在0.2％-0.6％之间，则形成两种马氏体的混合组织。随含碳量的增加，针状马氏体越来越多，板条状马氏体越来越少。显然当钢含碳量增加后，由于针状马氏体塑性差，在马氏体转变过程中，产生的组织应力会导致淬火裂纹，因而在马氏体开始转变温度以下要求慢冷。28MnSiB、30SiMnB钢在正常的成分范围，可以水淬。但是钢中的成分偏析现象还相当严重，所以28MnSiB、30SiMnB等低碳弹簧钢，由于碳偏析，就很难保证每块板簧的含碳量均在其标准要求范围内，如超差就会影响到板簧的性能，甚至出现开裂。因此用含碳量较低的28MnSiB、30SiMnB等低碳弹簧钢代替55SiMnVB钢是不行的。且力学性能也满足不了要求。因此，寻找55SiMnVB钢的代用材料和一种没有污染、不着火、适于各种弹簧钢过冷奥氏体转变特性，同时又能增加弹簧的实际淬透的临界厚度的冷却介质是当务之急。
试验采用JB3383-83汽车钢板弹簧试验方法及按QQCN29035-91汽车钢板弹簧技术条件要求。试验设备为重型钢板弹簧疲劳试验机。试验的装夹形式与钢板弹簧总成实际装车状态一样。试验负荷为Fa=±62.5mm，Fm=98.5mm。式中Fa为试验振幅，Fm为预加变形。试验结果如表4所示。
表4弹簧总成台架疲劳试验结果
试验表明采用新的今禹水基淬火掖，以60Si2Mn钢代替55SiMnVB钢是较理想的。
2试验方法
2．1试验材料
本试验的材料是新抚钢厂轧制的截面规格为14mmx100mm的60Si2Mn及55SiMnVB弹簧钢，材料的化学成分如表1所示。
表1试验材料的化学成分（质量分数）w(%)
钢号
C
Si
Mn
S
P
Cr
V
平均硬度HBS
55SiMnVB
油Fra Baidu bibliotek
413,413,
407,401
408.5
60Si2Mn
油
363,415
389
60Si2Mn
今禹淬火介质
444,444
444
技术要求
375-444
表3钢板弹簧的力学性能
钢号
样品
σb/MPa
σs/MPa
δ(%)
Ψ(%)
σk/J.cm-2
55SiMnVB
1
1369
1339
7.5
B
55SiMnVB
GB1222
0.52-0.60
0.70-1.00
1.00-1.30
≯0.035
≯0.035
≤0.035
0.08-0.16
0.0005-0.035
检验
0.57
0.90
1.10
0.011
0.021
0.126
<0.0010
60Si2Mn
GB1222
0.56-0.64
1.60-2.00
0.60-0.90
4弹簧总成台架疲劳试验结果弹簧总成台架疲劳试验结果弹簧总成台架疲劳试验结果疲劳寿命疲劳寿命疲劳寿命万平均疲劳寿命平均疲劳寿命平均疲劳寿命万次万次万次试验标准试验标准试验标准万次万次万次断片序号及断裂位置断片序号及断裂位置断片序号及断裂位置140140140139139139808080通过通过通过140140140通过通过通过139139139距中心距中心67mm67mm67mm断口为疲劳断裂断口为疲劳断裂断口为疲劳断裂140140140通过通过通过140140140通过通过通过从上述试验情况可看出使用今禹水基淬火液由于在金属表面上形成一层膜通过调整浓度温度和搅拌从上述试验情况可看出使用今禹水基淬火液由于在金属表面上形成一层膜通过调整浓度温度和搅拌从上述试验情况可看出使用今禹水基淬火液由于在金属表面上形成一层膜通过调整浓度温度和搅拌程度可以得到各种冷却速度达到最佳淬火效果
使用今禹水基淬火剂生产的弹簧样品已经安装在9t车上运行，并取得明显的经济效益。
4结论
(1)用60Si2Mn钢代替55SiMnVB钢制造汽车钢板弹簧，采用今禹水基淬火介质进行淬火可使板簧疲劳寿命>14万次，硬度提高2-4HRC，淬硬层深度明显提高，消除了淬火软点。
(2)用今禹水基淬火介质完全可代替不易控制、安全性差的油淬火介质。
我国板簧热处理淬火介质一直沿用油，如N15及N32(10号及20号)机油或柴油，它能满足300℃以下的慢冷，但由于在300℃以上冷却速度较慢，故不宜用于大截面板簧。如55Si2Mn、60Si2Mn钢在上述油中淬火最大淬硬层只能达到12mm，淬透性较好的55SiMnVB钢也只能达到16mm左右。近年来随变截面板簧的发展，所用钢材厚度加厚。若超过l2mm就不能使用Si-Mn系，超过16mm不能使用Si-Mn-V-B系，而使用Cr-Mn系、Cr-V系又加大板簧成本.此外油淬火时严重污染环境，而且易发生火灾。
3.1材料的金相组织
板簧热处理后首先进行表面质量检查、金相组织观察及力学性能测试，对55SiMnVB与60Si2Mn钢进行了金相检验结果如图1-3所示。观察金相照片，脱碳层满足GB1222-84标准要求[2]；油淬试样，按JB3782-84标准检验，组织为6级，不合格，如图2所示；今禹水基介质淬火试验，组织为5级，合格，如图3所示。
汽车板簧材料与工艺试验
隋福楼，于淑敏，赵宇，尹健
吉林工学院材料工程系，（长春130012）
刊自《金属热处理》2000年第9期
摘要：研究了汽车钢板弹簧用60Si2Mn钢代替55SiMnVB钢及其热处理工艺。结果表明，60Si2Mn弹簧钢使用今禹淬火介质进行热处理之后，可明显提高淬透性，消除淬火软点，并使其硬度提高2--4HRC。产品疲劳寿命>14万次，符合技术要求。道路试验表明采用60Si2Mn钢制造的板簧性能完全满足使用要求，且成本明显降低。
≯0.035
≯0.035
≤0.035
检验
0.61
1.60
0.80
0.018
0.017
0.02
2.2试验内容
将55SiMnVB与60Si2Mn钢分别在N32机油及今禹水基淬火液中淬火，测定其硬度、金相组织及力学性能，比较两者的淬透性。通过钢板弹簧总成的疲劳性能试验、装车道路试验考查钢板弹簧总成的疲劳强度。
2.3试样的热处理工艺
淬火温度860-890℃，回火温度480-500℃，淬火油温度20-60℃；水基淬火介质温度25-35℃，浓度13％。热处理后钢板弹簧硬度如表2所示。表3为55SiMnVB与60Si2Mn弹簧钢热处理后的力学性能测试结果。
表2热处理后钢板碳簧的表面硬度
钢号
淬火介质
回火硬度HBS
一汽新开发的9t柴油车板簧设计材料为55SiMnVB钢，但该材料短缺且其价格也较贵，不利于工业生产，决定拟用60Si2Mn代替55SiMnVB钢。
弹簧淬火目的是把奥氏体化的钢材，以合理的冷却方式冷却，形成马氏体，然后回火，达到希望的组织和性能。由各种弹簧钢的过冷奥氏体转变曲线和端淬曲线可知，弹簧钢的马氏体形成温度在300℃左右。因此合适的冷却介质应在300℃以下有较慢冷却能力而在300C以上则冷速较快，以使过冷奥氏体不致形成珠光体类型或贝氏体类型的组织，即所谓“淬不透”。这样的介质，一方面保证了板簧在全部截面上淬透；另一方面也保证了热处理后的力学性能。
关键词：钢板弹簧；水基淬火液；60Si2Mn钢；55SiMnVB钢；疲劳寿命
中图分类号：TGl42．41文献标识码：B文章编号：0254-6051(2000)09-0038-03
1引言
板簧是汽车悬架系统中的重要部件，工作条件恶劣，是汽车的易损件，因而对其力学性能有严格的要求。众所周知，零件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。
编号
疲劳寿命（万次）
平均疲劳寿命（万次）
试验标准（万次）
断片序号及断裂位置
1
≮14.0
13.9
≮8.0
通过
2
≮14.0
通过
3
13.9
第7片板簧断，距中心67mm，断口为疲劳断裂
4
≮14.0
通过
5
≮14.0
通过
从上述试验情况可看出，使用今禹水基淬火液由于在金属表面上形成一层膜，通过调整浓度、温度和搅拌程度可以得到各种冷却速度，达到最佳淬火效果。经过该淬火介质处理的试样其拉伸试验各种指标优于油淬，其中塑性指标更为突出，金相组织级别也优于油淬火介质的。弹簧总成的疲劳台架试验，前簧、后簧、副簧疲劳寿命均达到优等品水平(>14万次)。因此，今禹水基淬火剂可以在大截面钢板弹簧热处理中使用。14mmxl00mm大截面弹簧可以使用60Si2Mn钢制造，满足产品的技术要求。
3.2水基淬火液的冷却曲线
为了掌握今禹水基淬火液在温度一定条件下，浓度对冷却速度的影响，我们委托了北京华立精细化工公司，测定不同浓度的冷却曲线，如图4。
3.3生产工艺
根据淬火介质浓度对冷却速度的影响制定如下生产工艺：
前簧：加热温度1050℃，加热时间26min，淬火介质温度30±10℃，淬火液浓度13％。
后簧：加热温度1050℃，加热时间28min，淬火介质温度30±10，淬火液浓度12％。
以上3种零件的回火工艺相同，回火温度500±5℃，回火时间50min。
3.4弹簧总成台架疲劳试验
试样的工艺参数确定后，初步确定了CAll60KIPL2型，9t平头车钢板弹簧小批量生产计划。生产前、副、后钢板弹簧总成共35架。弹簧在热处理后表面质量检查、硬度抽查满足工艺要求。其中抽出后钢板弹簧总成5架，做疲劳台架试验。
26
34
2
1375
1358
8.0
21
44
3
1349
1315
8.2
31
36
4
1384
1339
9.0
33
38
平均
1369
1338
8.2
28
38
60Si2Mn
水基淬火液
1
1314
1274
4.5
18
43
2
1411
1354
4.5
16
46
3
1354
1299
4.4
16
38
平均
1340
1306
4.5
16.7
42
3试验结果及讨论
根据使用要求，做为板簧材料应是中高碳的合金钢。国外常用的钢号一般为含碳量在0.5％-0.65％左右的Si-Mn系、Cr-Mn系、Cr-V系以及Cr-Mn-B系等。如美国的SAE926O、SAE5160、SAE51B60等。我国常用钢号为Si-Mn系，如55SiMnVB、55Si2Mn、60Si2Mn以及近年发展起来的低碳弹簧钢，如28MnSiB、30MnSiB、35MnSiVB等。虽然在我国弹簧钢标准也有Cr-Mn系、Cr-V系，但由于我国资源情况，其价格较贵。
近年来我国发展的低碳弹簧钢系列，如28MnSiB、30SiMnB、35SiMnVB等钢号，其中也只有28MnSiB、30SiMnB钢能水淬，因为当钢含碳量<0．2％，一般形成板条状马氏体，它具有良好的塑性和强度。当含碳量达0．6％时，形成针状马氏体，硬而脆。含碳量在0.2％-0.6％之间，则形成两种马氏体的混合组织。随含碳量的增加，针状马氏体越来越多，板条状马氏体越来越少。显然当钢含碳量增加后，由于针状马氏体塑性差，在马氏体转变过程中，产生的组织应力会导致淬火裂纹，因而在马氏体开始转变温度以下要求慢冷。28MnSiB、30SiMnB钢在正常的成分范围，可以水淬。但是钢中的成分偏析现象还相当严重，所以28MnSiB、30SiMnB等低碳弹簧钢，由于碳偏析，就很难保证每块板簧的含碳量均在其标准要求范围内，如超差就会影响到板簧的性能，甚至出现开裂。因此用含碳量较低的28MnSiB、30SiMnB等低碳弹簧钢代替55SiMnVB钢是不行的。且力学性能也满足不了要求。因此，寻找55SiMnVB钢的代用材料和一种没有污染、不着火、适于各种弹簧钢过冷奥氏体转变特性，同时又能增加弹簧的实际淬透的临界厚度的冷却介质是当务之急。
试验采用JB3383-83汽车钢板弹簧试验方法及按QQCN29035-91汽车钢板弹簧技术条件要求。试验设备为重型钢板弹簧疲劳试验机。试验的装夹形式与钢板弹簧总成实际装车状态一样。试验负荷为Fa=±62.5mm，Fm=98.5mm。式中Fa为试验振幅，Fm为预加变形。试验结果如表4所示。
表4弹簧总成台架疲劳试验结果
试验表明采用新的今禹水基淬火掖，以60Si2Mn钢代替55SiMnVB钢是较理想的。
2试验方法
2．1试验材料
本试验的材料是新抚钢厂轧制的截面规格为14mmx100mm的60Si2Mn及55SiMnVB弹簧钢，材料的化学成分如表1所示。
表1试验材料的化学成分（质量分数）w(%)
钢号
C
Si
Mn
S
P
Cr
V
平均硬度HBS
55SiMnVB
油Fra Baidu bibliotek
413,413,
407,401
408.5
60Si2Mn
油
363,415
389
60Si2Mn
今禹淬火介质
444,444
444
技术要求
375-444
表3钢板弹簧的力学性能
钢号
样品
σb/MPa
σs/MPa
δ(%)
Ψ(%)
σk/J.cm-2
55SiMnVB
1
1369
1339
7.5
B
55SiMnVB
GB1222
0.52-0.60
0.70-1.00
1.00-1.30
≯0.035
≯0.035
≤0.035
0.08-0.16
0.0005-0.035
检验
0.57
0.90
1.10
0.011
0.021
0.126
<0.0010
60Si2Mn
GB1222
0.56-0.64
1.60-2.00
0.60-0.90
4弹簧总成台架疲劳试验结果弹簧总成台架疲劳试验结果弹簧总成台架疲劳试验结果疲劳寿命疲劳寿命疲劳寿命万平均疲劳寿命平均疲劳寿命平均疲劳寿命万次万次万次试验标准试验标准试验标准万次万次万次断片序号及断裂位置断片序号及断裂位置断片序号及断裂位置140140140139139139808080通过通过通过140140140通过通过通过139139139距中心距中心67mm67mm67mm断口为疲劳断裂断口为疲劳断裂断口为疲劳断裂140140140通过通过通过140140140通过通过通过从上述试验情况可看出使用今禹水基淬火液由于在金属表面上形成一层膜通过调整浓度温度和搅拌从上述试验情况可看出使用今禹水基淬火液由于在金属表面上形成一层膜通过调整浓度温度和搅拌从上述试验情况可看出使用今禹水基淬火液由于在金属表面上形成一层膜通过调整浓度温度和搅拌程度可以得到各种冷却速度达到最佳淬火效果
使用今禹水基淬火剂生产的弹簧样品已经安装在9t车上运行，并取得明显的经济效益。
4结论
(1)用60Si2Mn钢代替55SiMnVB钢制造汽车钢板弹簧，采用今禹水基淬火介质进行淬火可使板簧疲劳寿命>14万次，硬度提高2-4HRC，淬硬层深度明显提高，消除了淬火软点。
(2)用今禹水基淬火介质完全可代替不易控制、安全性差的油淬火介质。
我国板簧热处理淬火介质一直沿用油，如N15及N32(10号及20号)机油或柴油，它能满足300℃以下的慢冷，但由于在300℃以上冷却速度较慢，故不宜用于大截面板簧。如55Si2Mn、60Si2Mn钢在上述油中淬火最大淬硬层只能达到12mm，淬透性较好的55SiMnVB钢也只能达到16mm左右。近年来随变截面板簧的发展，所用钢材厚度加厚。若超过l2mm就不能使用Si-Mn系，超过16mm不能使用Si-Mn-V-B系，而使用Cr-Mn系、Cr-V系又加大板簧成本.此外油淬火时严重污染环境，而且易发生火灾。
3.1材料的金相组织
板簧热处理后首先进行表面质量检查、金相组织观察及力学性能测试，对55SiMnVB与60Si2Mn钢进行了金相检验结果如图1-3所示。观察金相照片，脱碳层满足GB1222-84标准要求[2]；油淬试样，按JB3782-84标准检验，组织为6级，不合格，如图2所示；今禹水基介质淬火试验，组织为5级，合格，如图3所示。
汽车板簧材料与工艺试验
隋福楼，于淑敏，赵宇，尹健
吉林工学院材料工程系，（长春130012）
刊自《金属热处理》2000年第9期
摘要：研究了汽车钢板弹簧用60Si2Mn钢代替55SiMnVB钢及其热处理工艺。结果表明，60Si2Mn弹簧钢使用今禹淬火介质进行热处理之后，可明显提高淬透性，消除淬火软点，并使其硬度提高2--4HRC。产品疲劳寿命>14万次，符合技术要求。道路试验表明采用60Si2Mn钢制造的板簧性能完全满足使用要求，且成本明显降低。
≯0.035
≯0.035
≤0.035
检验
0.61
1.60
0.80
0.018
0.017
0.02
2.2试验内容
将55SiMnVB与60Si2Mn钢分别在N32机油及今禹水基淬火液中淬火，测定其硬度、金相组织及力学性能，比较两者的淬透性。通过钢板弹簧总成的疲劳性能试验、装车道路试验考查钢板弹簧总成的疲劳强度。
2.3试样的热处理工艺
淬火温度860-890℃，回火温度480-500℃，淬火油温度20-60℃；水基淬火介质温度25-35℃，浓度13％。热处理后钢板弹簧硬度如表2所示。表3为55SiMnVB与60Si2Mn弹簧钢热处理后的力学性能测试结果。
表2热处理后钢板碳簧的表面硬度
钢号
淬火介质
回火硬度HBS
一汽新开发的9t柴油车板簧设计材料为55SiMnVB钢，但该材料短缺且其价格也较贵，不利于工业生产，决定拟用60Si2Mn代替55SiMnVB钢。
弹簧淬火目的是把奥氏体化的钢材，以合理的冷却方式冷却，形成马氏体，然后回火，达到希望的组织和性能。由各种弹簧钢的过冷奥氏体转变曲线和端淬曲线可知，弹簧钢的马氏体形成温度在300℃左右。因此合适的冷却介质应在300℃以下有较慢冷却能力而在300C以上则冷速较快，以使过冷奥氏体不致形成珠光体类型或贝氏体类型的组织，即所谓“淬不透”。这样的介质，一方面保证了板簧在全部截面上淬透；另一方面也保证了热处理后的力学性能。
关键词：钢板弹簧；水基淬火液；60Si2Mn钢；55SiMnVB钢；疲劳寿命
中图分类号：TGl42．41文献标识码：B文章编号：0254-6051(2000)09-0038-03
1引言
板簧是汽车悬架系统中的重要部件，工作条件恶劣，是汽车的易损件，因而对其力学性能有严格的要求。众所周知，零件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。
编号
疲劳寿命（万次）
平均疲劳寿命（万次）
试验标准（万次）
断片序号及断裂位置
1
≮14.0
13.9
≮8.0
通过
2
≮14.0
通过
3
13.9
第7片板簧断，距中心67mm，断口为疲劳断裂
4
≮14.0
通过
5
≮14.0
通过
从上述试验情况可看出，使用今禹水基淬火液由于在金属表面上形成一层膜，通过调整浓度、温度和搅拌程度可以得到各种冷却速度，达到最佳淬火效果。经过该淬火介质处理的试样其拉伸试验各种指标优于油淬，其中塑性指标更为突出，金相组织级别也优于油淬火介质的。弹簧总成的疲劳台架试验，前簧、后簧、副簧疲劳寿命均达到优等品水平(>14万次)。因此，今禹水基淬火剂可以在大截面钢板弹簧热处理中使用。14mmxl00mm大截面弹簧可以使用60Si2Mn钢制造，满足产品的技术要求。
3.2水基淬火液的冷却曲线
为了掌握今禹水基淬火液在温度一定条件下，浓度对冷却速度的影响，我们委托了北京华立精细化工公司，测定不同浓度的冷却曲线，如图4。
3.3生产工艺
根据淬火介质浓度对冷却速度的影响制定如下生产工艺：
前簧：加热温度1050℃，加热时间26min，淬火介质温度30±10℃，淬火液浓度13％。