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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