0.34.0迷你世界下

PAG淬火液在汽车板簧材料与工艺试验中的应用

2018-11-22 20:58:34      点击:

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?#36136;?#29992;昌隆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,?#39029;?#26412;明显?#26723;汀?

关键词:钢板弹簧;水基淬火液;60Si2Mn钢;55SiMnVB钢;疲劳寿命

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?#32454;?#30340;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。

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?#21058;?#22312;0.5-0.65%左右的Si-Mn系、Cr-Mn系、Cr-V系以及Cr-Mn-B系?#21462;?#22914;美国的SAE926OSAE5160SAE51B60?#21462;?#25105;国常用钢号为Si-Mn系,如55SiMnVB55Si2Mn60Si2Mn以及近年发展起来的低碳弹簧钢,如28MnSiB30MnSiB35MnSiVB?#21462;?#34429;然在我国弹簧钢标准也有Cr-Mn系、Cr-V系,但由于我国?#35797;?#24773;况,其价格较贵。

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?#27493;?#36149;,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?#36739;?#26395;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?#19979;?#20919;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?#35789;?#20307;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?#31119;?#21478;一方面也保证了热处理后的力学性能。

我国板簧热处理淬火介质一直沿用?#20572;?#22914;N15N32(10号及20)机油或柴?#20572;?#23427;能满足300℃以下的慢冷,但由于在300℃以上冷却速度?#19979;?#25925;不宜用于大截面板簧。如55Si2Mn60Si2Mn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?#29616;?#27745;染环?#24120;?#32780;?#20057;?#21457;生火灾。

近年来我国发展的低碳弹簧钢系列,如28MnSiB30SiMnB35SiMnVB等钢号,其中也只有28MnSiB30SiMnB 钢能水淬,因为当钢含?#21058;?span><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?#21058;?#36798;06%?#20445;?#24418;成针状马氏体,硬而脆。含?#21058;?#22312;0.2-0.6%之间,则形成两种马氏体的混合组织。随含?#21058;?#30340;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?#21058;?#22686;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。28MnSiB30SiMnB钢在正常的成分范围,可?#36816;?#28140;。 但是钢中的成?#21046;?#26512;现象还相当?#29616;兀?#25152;以28MnSiB30SiMnB等低碳弹簧钢,由于碳偏析,就很难保证每块板簧的含?#21058;?#22343;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?#21058;拷系?#30340;28MnSiB 30SiMnB等低碳弹簧钢代替55SiMnVB?#36136;?#19981;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?#23548;?#28140;透的临界厚度的冷 却介质是当务之急。

试验表明采用新的昌隆水基淬火掖,以60Si2Mn钢代替55SiMnVB?#36136;?#36739;理想的。

2 试验方法

21 试验材料

本试验的材料?#20999;?#25242;钢厂轧制的截面规格为14mmx100mm60Si2Mn55SiMnVB弹簧钢,材料的化学成分如表1所示。

1 试验材料的化学成分(质量?#36136;?span>     w(%)

钢号

C

Si

Mn

S

P

Cr

V

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

0.035

0.035

0.035

 

 

 

0.61td>

1.60

0.80

0.018

0.017

0.02

 

 

2.2 试验内容

55SiMnVB60Si2Mn钢?#30452;?#22312;N32机油及昌隆水基淬火液中淬火,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?#28909;?#34920;2所示。表355SiMnVB60Si2Mn弹簧钢热处理后的力学性能测试结果。

钢号

淬火介质

回火硬度HBS

平均硬度HBS

55SiMnVB

413,413,
407,401

408.5

60Si2Mn

363,415

389

60Si2Mn

昌隆淬火介质

444,444

444

技术要求

 

 

375-444

钢号

样品

σb/MPa

σs/MPa

δ(%)

Ψ(%)

σk/J.cm-2

55SiMnVB

1

1369

1339

7.5

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?#33268;?/b>

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55SiMnVB60Si2Mn钢进行了金相检验结果如图1-3所示。观察金相照片,?#28895;?#23618;满足GB1222-84标准要求[2];油淬试样,按JB3782-84标?#25216;?#39564;,组织为6级,不?#32454;瘢?#22914;图2所示;昌隆水基介质淬火试验,组织为5级,?#32454;瘢?#22914;图3所示。


3.2 水基淬火液的冷却曲线

为了掌握昌隆水基淬火液在温度一定条件下,浓度对冷却速度的影响,测定不同浓度的冷却曲线。

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%。

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?#38382;范?#21518;,初步?#33539;?#20102;CAll60KIPL2型,9t平头车钢板弹簧小批?#21487;?#20135;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。

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?#34892;问?#19982;钢板弹簧总成?#23548;首?#36710;状态一样。试验负荷为Fa=±62.5mmFm=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。

4 弹簧总成台架疲劳试验结果

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

7片板簧?#24076;?#36317;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,使用昌隆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?#25509;?#31561;品水平(>14万次)。因此,PAG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。

使用昌隆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,采用昌隆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)用昌隆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。

 

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