水基淬火液在汽車板簧材料中的工藝試驗

2019-10-21 08:10:59      點擊:

   研究了汽車鋼板彈簧用60Si2Mn鋼代替55SiMnVB鋼及其熱處理工藝。結果表明,60Si2Mn彈簧鋼使用昌隆淬火介質進行熱處理之后,可明顯提高淬透性,消除淬火軟點,并使其硬度提高2--4HRC。產品疲勞壽命>14萬次,符合技術要求。道路試驗表明采用60Si2Mn鋼制造的板簧性能完全滿足使用要求,且成本明顯降低。

   

板簧是汽車懸架系統中的重要部件,工作條件惡劣,是汽車的易損件,因而對其力學性能有嚴格的要求。眾所周知,零件力學性能在材料質量保證的前提下取決于熱處理工藝,而熱處理工藝也應根據所用材料來決定。
根據使用要求,做為板簧材料應是中高碳的合金鋼。國外常用的鋼號一般為含碳量在0.5%-0.65%左右的Si-Mn系、Cr-Mn系、Cr-V系以及Cr-Mn-B系等。如美國的SAE926O、SAE5160、SAE51B60等。我國常用鋼號為Si-Mn系,如55SiMnVB、55Si2Mn、60Si2Mn以及近年發展起來的低碳彈簧鋼,如28MnSiB、30MnSiB、35MnSiVB等。雖然在我國彈簧鋼標準也有Cr-Mn系、Cr-V系,但由于我國資源情況,其價格較貴。
一汽新開發的9t柴油車板簧設計材料為55SiMnVB鋼,但該材料短缺且其價格也較貴,不利于工業生產,決定擬用60Si2Mn代替55SiMnVB鋼。
彈簧淬火目的是把奧氏體化的鋼材,以合理的冷卻方式冷卻,形成馬氏體,然后回火,達到希望的組織和性能。由各種彈簧鋼的過冷奧氏體轉變曲線和端淬曲線可知,彈簧鋼的馬氏體形成溫度在300℃左右。因此合適的冷卻介質應在300℃以下有較慢冷卻能力而在300C以上則冷速較快,以使 過冷奧氏體不致形成珠光體類型或貝氏體類型的組織,即所謂“淬不透”。這樣的介質,一方面保證了板簧在全部截面上淬透;另一方面也保證了熱處理后的力學性能。
我國板簧熱處理淬火介質一直沿用油,如N15及N32(10號及20號)機油或柴油,它能滿足300℃以下的慢冷,但由于在300℃以上冷卻速度較慢,故不宜用于大截面板簧。如55Si2Mn、60Si2Mn鋼在上述油中淬火最大淬硬層只能達到12mm,淬透性較好的55SiMnVB鋼也只能達到16mm左右。近年來隨變截面板簧的發展,所用鋼材厚度加厚。若超過l2mm就不能使用Si-Mn系,超過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.此外油淬火時嚴重污染環境,而且易發生火災。
近年來我國發展的低碳彈簧鋼系列,如28MnSiB、30SiMnB、35SiMnVB等鋼號,其中也只有28MnSiB、30SiMnB 鋼能水淬,因為當鋼含碳量<0.2%,一般形成板條狀馬氏體,它具有良好的塑性和強度。當含碳量達0.6%時,形成針狀馬氏體,硬而脆。含碳量在0.2%-0.6%之間,則形成兩種馬氏體的混合組織。隨含碳量的增加,針狀馬氏體越來越多,板條狀馬氏體越來越少。顯然當鋼含碳量增加后,由于針狀馬氏體塑性差,在馬氏體轉變過程中,產生的組織應力會導致淬火裂紋,因而在馬氏體開始轉變溫度以下要求慢冷。28MnSiB、30SiMnB鋼在正常的成分范圍,可以水淬。 但是鋼中的成分偏析現象還相當嚴重,所以28MnSiB、30SiMnB等低碳彈簧鋼,由于碳偏析,就很難保證每塊板簧的含碳量均在其標準要求范圍內,如超差就會影響到板簧的性能,甚至出現開裂。因此用含碳量較低的28MnSiB、 30SiMnB等低碳彈簧鋼代替55SiMnVB鋼是不行的。且力學性能也滿足不了要求。因此,尋找55SiMnVB鋼的代用材料和一種沒有污染、不著火、適于各種彈簧鋼過冷奧氏體轉變特性,同時又能增加彈簧的實際淬透的臨界厚度的冷 卻介質是當務之急。

試驗表明采用新的昌隆水基淬火液,以60Si2Mn鋼代替55SiMnVB鋼是較理想的。

 淬火溫度860-890℃,回火溫度480-500℃,水基淬火介質溫度25-35℃,濃度13%。

根據淬火介質濃度對冷卻速度的影響制定如下生產工藝:
前簧:加熱溫度1050℃,加熱時間26min,淬火介質溫度30±10℃,淬火液濃度13%。
副簧:加熱溫度1050℃,加熱時間24mln,淬火介質溫度30±10℃,淬火液濃度13%。
后簧:加熱溫度1050℃,加熱時間28min,淬火介質溫度30±10,淬火液濃度12%。

以上3種零件的回火工藝相同,回火溫度500±5℃,回火時間50min。

使用昌隆水基淬火液由于在金屬表面上形成一層膜,通過調整濃度、溫度和攪拌程度可以得到各種冷卻速度,達到最佳淬火效果。經過該淬火介質處理的試樣其拉伸試驗各種指標優于油淬,其中塑性指標更為突出,金相組織級別也優于油淬火介質的。彈簧總成的疲勞臺架試驗,前簧、后簧、副簧疲勞壽命均達到優等品水平(>14萬次)。因此,昌隆水基淬火劑可以在大截面鋼板彈簧熱處理中使用。14mmxl00mm大截面彈簧可以使用60Si2Mn鋼制造,滿足產品的技術要求。

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