汽车悬架弹簧钢
汽车钢板弹簧
汽车钢板弹簧
汽车钢板弹簧是汽车悬挂系统中的重要组成部分，其作用是支撑和缓冲车身的
震动，保证车辆在行驶过程中的稳定性和舒适性。
本文将介绍汽车钢板弹簧的结构、工作原理和制造工艺。
结构
汽车钢板弹簧由多个弯曲的钢板片组成，通常呈扁平状。
钢板片之间通过中间
销轴或螺栓连接，形成一个整体。
钢板弹簧的结构紧凑，能够在有限的空间内提供足够的支撑力。
工作原理
汽车行驶时，车辆经过颠簸路面或转弯时，车身会产生上下或左右的震动。
汽
车钢板弹簧通过对这些震动的吸收和缓冲，减少车身的颠簸幅度，使车辆保持平稳。
当车辆经过颠簸路面时，钢板弹簧会受到外力的压缩或拉伸，钢板片之间产生
相对位移，从而存储弹性能量。
当车辆通过颠簸路段后，钢板弹簧释放储存的能量，使车身恢复平稳。
制造工艺
汽车钢板弹簧的制造工艺主要包括以下步骤： 1. 材料选择：选用高强度和弹性
良好的优质钢板作为原料。
2. 编织成形：将钢板片按照设计要求通过编织机器制
成弹簧的形状。
3. 热处理：对已经形成的弹簧进行热处理，提高强度和弹性。
4.
表面处理：对弹簧表面进行防锈处理，增加弹簧的耐用性。
5. 装配：将各个零部
件组装在一起，形成完整的汽车钢板弹簧。
汽车钢板弹簧的制造工艺严格，要求高度精准，以确保其性能稳定和可靠性。
结论
汽车钢板弹簧在汽车悬挂系统中扮演着重要的角色，通过对震动的吸收和缓冲，提高了车辆在行驶过程中的稳定性和舒适性。
制造工艺的精准和良好的材料选择使得汽车钢板弹簧成为汽车行驶过程中不可或缺的部件。
汽车用弹簧钢冶炼技术
汽车用弹簧钢冶炼技术节能、环保、安全已成为汽车设计的首要考虑因素，汽车用弹簧钢正在向轻量化、高应力、高可靠度方向发展，因此，对弹簧钢的性能要求也越来越高。
汽车用弹簧钢尤以悬架弹簧和气门弹簧为典型代表，其冶炼工艺也有所区别。
1、悬架弹簧冶炼工艺弹簧钢冶炼过程中采用RH工艺，与VD工艺相比，处理夹杂物效率要更好，更有利于生产。
日本在弹簧钢生产技术方面一直走在世界前列，如新日铁住金公司，其悬架弹簧线材生产工艺流程：270 t转炉冶炼→RH-SCS处理→350 mm×560 mm大方坯连铸（中间包等离子加热+结晶器电磁搅拌+二冷区电磁搅拌+凸台辊轻压下）→连轧开坯→钢坯清理→线材轧制。
该生产技术生产的悬架弹簧强度高、抗弹减性能好、疲劳性能优越，广泛运用于世界各种高档汽车。
除新日铁住金外，其他先进企业如日本大同特殊钢知多钢厂、爱知钢厂、德国克虏伯等均采用LF+RH冶炼技术生产汽车悬架弹簧钢。
国内生产弹簧钢技术日趋成熟，生产企业借鉴工业发达国家的经验，逐渐采用RH真空处理冶炼工艺替代VD，生产出来的弹簧钢也开始广泛应用于国内汽车等行业中。
近几年，兴澄特钢生产弹簧钢的原料采用澳大利亚进口优质矿石，含铁量高，有害杂质少，从源头上控制产品的质量。
整个生产工艺流程：铁水KR→BOF→LF→RH→CC大方坯→开坯→表面处理（内部检验）→线材加热→控轧控冷→在线探伤→盘条成品。
良好的生产工艺使弹簧钢强度、韧性等性能得到了很好的提升，其弹簧钢质量在国内被用户广泛认可。
宝钢弹簧钢盘条根据市场要求，质量不断提高。
生产的弹簧钢盘条牌号：65Mn、60Si2MnA、60Si2CrA、50CrVA、60Si2CrVAT、B55SiCr 和B55SiCr V等7类，盘条规格涵盖国内用户所需品种。
高级弹簧钢盘条所占比例逐年提高。
宝钢弹簧钢盘条现有2条生产工艺路线：1）脱硫铁水→300t转炉→精炼（LF+RH）→模铸→均热炉加热→初轧机开坯→6VH连轧机轧成142 mm×142 mm钢坯→钢坯表面全剥皮处理→加热炉钢坯加热→高速线材轧机轧制→斯太尔摩控冷线冷却→成品检验→包装入库2）废钢+铁水→150t电炉→精炼（LF+VD）→连铸160 mm×160 mm →钢坯表面全剥皮处理→加热炉钢坯加热→高速线材轧机轧制→斯太尔摩控冷线冷却→成品检验→包装入库。
常用合金弹簧钢的牌号
常用合金弹簧钢的牌号引言合金弹簧钢是一种用于制造弹簧的特殊钢材，具有较高的强度和耐疲劳性能。
根据不同的应用领域和要求，常用的合金弹簧钢牌号也有所不同。
本文将介绍一些常见的合金弹簧钢牌号，以供参考。
1. SUP6SUP6是一种优质的合金弹簧钢牌号，含有较高的硅和锰元素。
它具有良好的弹性和热处理性能，广泛用于制造重型机械和汽车悬挂系统中的弹簧。
2. SUP9SUP9是一种中碳合金弹簧钢牌号，含有较高的硅和锰元素。
它具有较高的强度和耐疲劳性能，广泛用于制造汽车和摩托车中的扭簧和卷簧等弹簧零件。
SUP10是一种高碳合金弹簧钢牌号，含有较高的铬和硅元素。
它具有优异的强度和耐疲劳性能，适用于制造高要求的弹簧产品，如汽车发动机阀簧、刹车弹簧等。
4. 50CrV450CrV4是一种中碳合金弹簧钢牌号，含有较高的铬、硅和钒元素。
它具有较高的弹性和疲劳寿命，广泛用于制造各种弹簧，如悬挂弹簧、扭簧等。
5. 60Si2Mn60Si2Mn是一种高碳硅锰弹簧钢牌号，含有较高的碳、硅和锰元素。
它具有优异的强度和耐疲劳性能，适用于制造重载弹簧和高要求的弹簧产品。
55CrSi是一种高碳铬硅弹簧钢牌号，含有较高的碳、铬和硅元素。
它具有较高的强度和疲劳寿命，适用于制造高要求的弹簧产品，如发动机阀簧、刹车弹簧等。
7. 65Mn65Mn是一种中碳锰弹簧钢牌号，含有适量的碳、锰元素。
它具有良好的弹性和疲劳寿命，广泛用于制造各种中小型弹簧。
8. 60Si2CrVAT60Si2CrVAT是一种高碳硅铬钒铝钛弹簧钢牌号，含有较高的碳、硅、铬、钒、铝和钛元素。
它具有极高的强度和耐疲劳性能，适用于制造高负荷和高温下工作的弹簧产品。
结论上述介绍的常用合金弹簧钢牌号是根据其不同的化学成分和机械性能分类的。
选用适合的合金弹簧钢牌号对于弹簧的性能和寿命起着至关重要的作用。
实际应用中，应根据具体要求和工作环境选取合适的合金弹簧钢牌号，并进行适当的热处理和后续加工，以确保弹簧的质量和可靠性。
汽车钢板弹簧悬架设计
汽车钢板弹簧悬架设计汽车钢板弹簧悬架设计引言钢板弹簧悬架是汽车悬架系统中通用的一种。
它具有结构简单、可靠耐用、维护方便等优点，已经成为了汽车悬架系统中不可少的一个组成部分。
本文将探讨汽车钢板弹簧悬架设计的相关知识，包括设计原理、结构材料、设计参数等内容。
一、设计原理汽车钢板弹簧悬架的设计原理是基于弹性和变形实现对汽车震动的吸收和减少。
其基本原理就是利用钢板的弹性变形来吸收汽车在行驶过程中的震动。
弹簧最基本的原理就是哈客定理，即移动的钢板弯曲，因而有了张力和弯曲的复合作用。
钢板弹簧的弹力与材料尺寸、形状和弯曲角度等有关，形状越大、角度越大、宽度越宽，就越能产生弹射力，抗弯曲能力就越好。
二、结构材料汽车钢板弹簧悬架的结构材料是弹簧钢板，它是一种高强度的钢板。
弹簧钢板的化学成分比较复杂，其中含有较多的铬、钼、锰等合金元素，从而保证了钢板的强度和韧性。
弹簧钢板的强度分为两种，一种是静载强度，即弹簧钢板未经过加载状态，所能承受的最大应力；另一种是动载强度，即弹簧钢板在载荷加速状态下，所能承受的应力。
在制造钢板弹簧悬架时，应根据车重、行驶条件、路面状况等因素进行设计选择材料。
三、设计参数汽车钢板弹簧悬架的设计参数有弹簧高度、弹簧宽度、弹簧板厚等。
弹簧高度是弹簧的有效长度，弹簧宽度是弹簧的有效宽度，应根据汽车底盘结构与弹簧安装方式选定。
弹簧板厚直接影响钢板弹簧的强度和韧性，通常采用1.5mm到4mm的钢板材料加工制造。
如果太薄，就不能在车载荷下承受高的撞击力；如果太厚，则不能很好地吸收地面颠簸，影响行驶舒适性。
此外，还需要考虑弹簧孔距、总圈数、自由高度等因素，以达到最优的悬架系统设计效果。
四、结论本文综述了汽车钢板弹簧悬架的设计原理、结构材料和设计参数等知识点，这里强调一下设计数据的选择是钢板弹簧悬架设计中非常关键的一环。
必须根据所要使用的车辆的行驶条件、驾驶员驾驶习惯和所装载的重量等，对钢板弹簧的各项基本参数进行科学合理的结构设计，使得汽车钢板弹簧悬架的设计能满足汽车行驶舒适和悬架稳定等各种要求。
汽车钢板弹簧悬架设计
汽车钢板弹簧悬架设计1.弹簧选用汽车钢板弹簧主要由弹簧片组成，弹簧片之间通过铆钉连接。
在选用弹簧片时，需要根据车辆的重量和使用环境来确定合适的弹簧片数量和材料。
弹簧片的数量越多，弹簧刚度就越高，对于重负荷的车辆，需要选择刚度较高的弹簧片。
弹簧片的材料可以选择高强度钢板，以提高弹簧的寿命和可靠性。
2.弹簧布局汽车钢板弹簧的布局主要包括前后轴的弹簧组织和布置。
为了保证车辆的稳定性和悬挂的平衡性，前后轴的弹簧刚度需要相对均衡，可以根据车辆设计的重心位置和工况来确定各个轴的刚度比例。
同时，在弹簧的布置上，需要考虑到弹簧的有效作用长度，以及与减震器和车架的配合情况，确保弹簧在工作时能够正常运动。
3.减震器选用汽车钢板弹簧悬架中的减震器起到控制弹簧振动和提高行驶平稳性的作用。
减震器的选用需要根据车辆的重量和行驶条件来确定。
一般而言，重负荷的车辆需要选择刚度较高的减震器，而轻负荷的车辆可以选择较为柔软的减震器。
常见的减震器有液压减震器、气压减震器和双作用减震器等。
在实际应用中，需要根据车辆的需求和预算来选择合适的减震器。
4.悬挂系统调校在汽车钢板弹簧悬架的设计中，调校是一个关键的环节。
通过调整弹簧刚度、减震器阻尼、弹簧预紧力等参数，可以实现悬挂系统的理想性能。
悬挂系统的调校需要根据车辆的用途和乘客的需求来进行，例如，运载车辆和越野车辆需要更硬的悬挂系统来增加稳定性和通过性，而乘用车和豪华车则需要更柔软的悬挂系统来提高乘坐舒适性。
在进行悬挂系统的调校时，需要进行一系列的试验和数据分析，以确定最佳的参数组合。
物理试验和计算机仿真是常用的手段。
通过调整参数和验证，最终确定悬挂系统的设计。
总之，汽车钢板弹簧悬架设计需要考虑弹簧选用、弹簧布局、减震器选用和悬挂系统调校等方面。
通过合理的设计和调校，可以实现符合车辆需求和乘客舒适性要求的悬挂系统。
汽车钢板弹簧的设计
汽车钢板弹簧的设计一、汽车钢板弹簧的基本特性钢板弹簧的主要功能是作为汽车悬架系统的弹性元件，此外多片弹簧的片间摩擦又起作系统的阻尼作用，多数钢板弹簧通过卷耳和支座兼有导向作用。
但就其基本的受力情况及结构特点，钢板弹簧具有以下两个基本特征：1、无论钢板弹簧以什么形式装在汽车上，它都是以梁的方式在工作，也就是说它的主要受力方向垂直于钢板弹簧长度。
同时，由于受变形相对其长度很小，因此可以利用材料力学中有关小挠度梁的理论，即线性原理来进行分析计算。
2、钢板弹簧装在汽车上所承受的弯矩，基本上是单向载荷，因而其弯曲应力也是单向应力。
二、等应力梁的概念椭圆形半椭圆形四分之一椭圆形除早期的汽车采用过椭圆形钢板弹簧，近代汽车绝大多数采用半椭圆形钢板弹簧，只有极少数采用四分之一椭圆形钢板弹簧。
无论何种形式的钢板弹簧，就其总成而言，都是根部支承，端部承爱集中载荷，它都是以梁的方式在工作。
众所周知，理想的梁应该是一根等应力梁，这样才能获得材料的最佳利用。
对于钢板弹簧而言，无论单片或多片，设计者应该努力将它设计成等应力梁或近似于等应力梁。
就单片梁而言，当只有单片承爱集中载荷时，有两种轮廓可以满足等应力梁的要求。
对于等厚度者，宽度应成三角形，对于等宽度者，厚度为抛物线形状。
当然，从理论上讲，只要截面系数沿片长方向与弯矩成比例变化，都可以成为等应力梁。
然而汽车上几乎没有采用同时变厚又变宽的弹簧。
上述轮廓线只是对弯曲应力而言，实际上钢板弹簧端部受剪切强度的要求以及卷耳的存在，第一种轮廓只能是在三角形端部加上等宽的矩形或整个宽度成为梯形，而第二种轮廓只能是抛物线端部接上一段等厚度的矩形或厚度按梯形变化的梁。
为了简化轧制工艺，对于等宽度者，可用梯形代替抛物线。
此外，根部也设计成为平直的，便于与支承座贴合，也就是说，或者由梯形和根部、端部为矩形的三段直线构成。
所以，在实际应用上，只能把弹簧设计成为近似的等应力梁。
由于结构上的原因，没有人在汽车上采用等厚度变宽度的单片钢板弹簧，但等宽度变厚度的单片钢板弹簧早就得到实际的应用。
汽车钢板弹簧的应用及其发展趋势
１ 车用钢板弹簧概述车用钢板弹簧又称为叶片弹簧，它是汽车悬架中应用广泛的一种弹性元件。
它由若干片长度不等、曲率半径不同、厚度相等或不等的弹簧钢片叠合在一起，组成一根近似等强度的弹性梁。
钢板弹簧的断面形状除采用对称断面外，还有采用上下对称的特殊断面。
这样可改善弹簧的受力状况，不仅提高了其疲劳强度，还节约了金属材料。
钢板弹簧在载荷作用下变形，各片之间因相对滑动而产生摩擦，可使车架的振动衰减。
各片之间处于干摩擦，同时还要将车轮所受冲击力传递给车架，因此增大了各片的磨损。
所以在装合时，各片之间要涂上较稠的石墨润滑脂进行润滑，并应定期维护。
钢板弹簧本身还起导向装置的作用，可不必单设导向装置，使结构简化。
有些高级轿车的后悬架也采用钢板弹簧作弹性元件。
目前一些汽车上采用变厚度的单片或２～３片的钢板弹簧，可以减小片与片之间的干摩擦，同时减轻了重量。
２ 钢板弹簧的功能结构在采用传统弹簧的吸震式悬架设计上，弹簧起支持车身以及吸收不平路面和其他施力对轮胎所造成的冲击的作用，而这里所谓的其他施力包含加速、减速、制动、转弯等对弹簧造成的施力。
更重要的是在消除振动的过程中要保持轮胎与路面的持续接触，维持车辆的循迹性。
如果弹簧很软，则很容易出现“坐底”的情况，即将悬架的行程用尽。
假如在转弯时发生坐底情况，则可视为弹簧的弹力系数变成无限大（已无压缩的空间），车身会立即产生质量转移，使循迹性丧失。
如果这辆车有着很长的避振行程，那么或许可以避免“坐底”，但相对的车身也会变得很高，而很高的车身意味着很高的车身重心，车身重心的高低对操控表现有决定性的影响，所以，太软的弹簧会导致操控上的障碍。
如果路面的崎岖度较大，那就需要比较软的弹簧才能确保轮胎与路面接触，同时弹簧的行程也必须增加。
弹簧的硬度选择要由路面的崎岖程度来决定，越崎岖要越软的弹簧，但要多软则是个关键的问题，通常这需要经验的累积。
一般来说，软的弹簧可以提供较佳的舒适性以及行经较崎岖的路面时可保持比较好的循迹性；但是，在行经一般路面时，却会造成悬架系统较大的上下摆动，影响操控。
汽车用钢板弹簧失效分析
汽车用钢板弹簧失效分析摘要：钢板弹簧是汽车悬架的重要组成部分，钢板弹簧在汽车行驶中承受交变应力载荷，其产品质量直接关系到车辆行驶的平顺性及操控稳定性。
汽车钢板弹簧是汽车悬架应用最为广泛的一种弹性元件,具有可靠性好、结构简单、制作工艺流程短等优点。
关键词：汽车用；钢板弹簧；失效分析引言汽车钢板弹簧由若干片曲率半径不同、长度不同、宽度相同的弹性钢片叠加而成,在整体上近似等强度的弹性梁,具有减震和导向作用。
钢板弹簧的中部通过U型螺栓（又称骑马螺栓）固定在车桥上，其作用是通过悬挂的方式连接车架和车桥。
钢板弹簧裸露在车架与车桥之间，承受车轮对车架的冲击、弯曲和振动载荷，通过吸收车辆动能，将动能转化为弹性势能，从而起到缓冲作用，保证车辆的平稳性和安全性。
1理化检验1.1断口宏观分析断裂位置距离钢板弹簧中心35mm处，从图中可以看到钢板弹簧表面布满喷丸留下的凹坑。
钢板弹簧的断口形貌，从图中可以看出，断口与钢板弹簧长度方向垂直，无明显塑性变形，为宏观脆性开裂，断口表面较粗糙，在B区域可以观察到明显的撕裂棱，根据撕裂棱的方向可知A区域为裂纹源区，钢板弹簧断裂起源于表面，其余区域（C区）为最终断裂区。
1.2断口微观分析用扫描电镜观察钢板弹簧断口中的裂纹源区和扩展区的微观形貌，从图中可以看出该区域为解理断裂，属于微观脆性断裂，在裂纹源区可以观察到二次裂纹。
可以观察到疲劳辉纹，说明扩展区是在力的循环作用下形成的。
将钢板弹簧放到UniMT-12000A/D荧光磁粉探伤机中进行复合磁化，轴向电流为3500A，纵向电流为2000A，磁化2次，磁化时间为1s。
钢板弹簧表面磁粉探伤形貌，从图中可以看到钢板弹簧表面存在多条磁痕，钢板弹簧断口的裂纹源区域A和B处有明显的裂纹存在，说明钢板弹簧在台架试验前表面已有裂纹存在，需要进一步分析裂纹产生的原因。
1.3裂纹微观形貌分析用OLYMPUSGX53光学显微镜对裂纹形貌和裂纹处的显微组织进行检测。
- 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)。
汽车悬架弹簧钢1前言悬架弹簧是汽车重要部件,它在周期性弯曲扭转等交变应力下工作,经常承受拉、压、扭、冲击、疲劳、腐蚀等多种作用,所以应具有高的弹性极限。
同时为防止疲劳与断裂,悬架弹簧还应有高的疲劳强度与足够的塑性、韧性。
随着能源日趋紧张,为了减轻汽车重量,对悬架弹簧钢提出了新的要求,减轻其重量的最有效办法是提高弹簧设计应力。
经计算,弹簧重量与设计应力平方成反比,而抗疲劳与抗弹减性能是直接影响弹簧设计应力的主要因素。
汽车轻量化,促使汽车悬架弹簧高应力化非金属夹杂物则是悬架弹簧损坏失效的主要原因,如何降低弹簧钢中非金属夹杂物数量,改善夹杂物形态与分布,冶炼高纯弹簧钢已成为当前弹簧钢生产的一个关键问题。
1 11汽车用悬架弹簧的质量要求1. 1车用悬架弹簧的种类和特点悬架弹簧在汽车行驶过程中,承受高频往复压缩运动,起着缓冲和减震作用,其质量好坏,对车辆平稳性、安全性起着至关重要的作用。
轿车、客车对悬架弹簧性能要求较高,需要达到减小噪音、提高舒适度和平稳性等要求;重型及超重型载货车需要高强度悬架弹簧。
悬架弹簧的技术发展趋势总体上向轻量化、高应力、高可靠度发展,悬架弹簧设计应力要求大于1100MPa,高的可达1200MPa。
汽车行业使用的悬架弹簧分为钢板弹簧和螺旋悬架弹簧两大类。
轿车用螺旋悬架弹簧,钢丝直径9～16mm,常用4个悬架弹簧,每辆车平均需要弹簧钢线材15 kg,钢种为60Si2MnA,55SiCr(SUP12) , 50CrV A等。
一些微型汽车和面包车的悬架弹簧、摩托车减震弹簧等也使用螺旋悬架弹簧。
悬架弹簧对弹簧钢丝的化学成分、夹杂物数量和形态分布、表面质量、脱碳层、显微组织及力学性能等要求较高。
悬架弹簧要求表面脱碳层小于直径的0.5%、表面要磨光、尺寸公差要求比较严格、应无缺陷交货。
采用通常热加工方式难以达到用户要求,因此,轿车悬架用弹簧逐渐由热成形改为冷成形,经拉拔、热处理后制成卷簧。
悬架弹簧钢丝发展方向是降低碳含量、减少脱碳,提高塑性成形性和抗弹性衰减等性能。
车用悬架弹簧应用较多的是Si - Cr系弹簧钢。
这类钢的抗回火稳定性好,松弛抗力高,疲劳寿命较理想, 但在一些微型车上, 悬架弹簧也常用60Si2MnA或50CrV A钢。
扭杆弹簧结构简单,有利于车辆整体布置,在一些轿车和轻型车上应用,也有在重型军用车上应用的。
在传统Si-Mn弹簧钢的基础上通过降低C含量并添加Ni, Cr,Mo和V等合金元素,已开发出高强度和韧性的弹簧用钢。
在传统的Cr-V系弹簧钢中添加Nb 可提高钢的抗延迟断裂性能,使钢的抗拉强度达到1800MPa。
提高弹簧疲劳强度的有效途径是对弹簧进行喷丸和氮化处理。
1. 2车用悬架弹簧对线材的质量要求轿车悬架弹簧用线材对钢的纯净度、尺寸精度、表面质量有严格的要求。
实践证明,线材的直径精度对减少拉丝模磨损、降低能耗、减少断丝、保证拉拔稳定进行具有重要意义。
悬架弹簧用线材的直径公差控制在±0.2mm,椭圆度不大于直径公差的60%。
线材表面的裂纹、折叠、划伤等缺陷严重影响钢丝的质量,降低悬架弹簧的疲劳寿命。
线材表面应光滑,不得有裂纹、折叠、结疤、耳子等。
局部的凸块、凹坑、麻面等缺陷尺寸不得大于0.10mm。
线材力学性能要好,并且波动小。
线材通条抗拉强度波动≤40MPa,断面收缩率波动≤15%,索氏体体积分数≥85%,游离态铁素体对疲劳寿命有较大影响,体积分数应控制在1. 5%以内,晶粒度为8级以上,不得有马氏体。
夹杂物作为疲劳裂纹源会引发疲劳裂纹的扩展,最终导致弹簧断裂,它所造成的弹簧失效已成为弹簧破损最主要的原因之一。
特别是在高压应力条件下使用的弹簧,疲劳极限与硬度之间不再是线性关系,当材料硬度HV值超过400以后,显微夹杂物将成为疲劳裂纹源,使材料的疲劳极限下降,而汽车悬架弹簧通常在HV值为430～535时使用,要求不得有大于15μm的脆性夹杂物。
表面脱碳会引起表面硬度降低,易在加工中形成表面疲劳裂纹源,对悬架弹簧的疲劳寿命有重要影响。
要求线材表面总脱碳层不大于线材公称直径的1%,避免全脱碳。
碳含量的波动,会引起力学性能波动:碳含量与抗拉强度正相关,与断面收缩率负相关,减少碳含量可减少脱碳,提高成形性和抗弹减性。
碳质量分数的波动范围应小于0.03%。
硅元素具有高的固溶强化作用,对提高抗弹减性有利,硅含量过高易形成硅酸盐夹杂并产生脱碳倾向。
锰可以加强弹簧的强度和淬透性,但也增加了钢的过热敏感性和回火脆性。
如高品质55SiCr中,硅的质量分数一般在1.33%～1.45%,锰的质量分数为0. 67%～0. 69%。
硫和磷含量要严格控制,高质量悬架弹簧产品要求硫和磷的质量分数分别小于0.01%和0.015%,氧的质量分数≤15×10 ,氮的质量分数≤35×10。
1. 3车用悬架弹簧的生产工艺悬架弹簧的制造方式有两种:热卷成簧和冷卷成簧。
热卷成簧工艺:弹簧直条(冷拉退火钢丝/热轧退火剥皮抛光料)→热卷簧→油淬火、回火→磨削、喷丸→热强压→整型→负荷分类→包装。
冷卷成簧工艺:油淬火回火钢丝→冷卷簧→去应力→磨削、喷丸→热强压→整型→负荷分类→包装[1]。
2 国外超纯弹簧钢冶炼新工艺60Si2MnA是高级优质弹簧钢,其纯净度、夹杂物形态及分布、表面质量对弹簧抗弹减性、疲劳强度有重要影响,俄罗斯奥斯尼斯克等冶金厂掌握了从直接还原铁冶炼60Si2MnA 新工艺,日本大同特钢厂二次冶金技术的应用,为大批量生产低成本、高质量弹簧钢提供了可能。
.1 从直接还原铁冶炼超弹簧钢1原料奥斯尼斯克厂主要运用占金属炉料40%-100%的优质炉料——金属球团矿(由俄罗斯库尔斯克独一无二的地磁异常矿石直接还原) 。
炉料由自动输送系统加入150t 电弧炉中熔炼。
2.1.2 冶炼工艺在熔炼中按配方准确控制添加合金元素(硅硅锰合金) ,认真制定脱氧工艺,将硅与铝直接加入炉中,在吹氩及真空冶炼时,监查铝的加入量,在连铸中采用保护套管与浸入式水口,设计、制造了专用气(氩)系统。
浇钢包采用高氧化铝耐火材料,采用防止二次氧化的保护浇铸技术。
在浇钢包中添加固态造渣混合物脱硫。
2.2 二次冶金技术2.2.1 降低夹杂物含量精炼技术DH、RH真空脱气是常用精炼方法,在RH基础上,日本钢公司的RH- SCS法,见图1、2,大同特钢研制的ULO(超低氧)钢处理工艺可达极限含量。
大同特殊钢厂按图3所示生产工艺研究了纯洁度对悬架弹簧钢60Si2MnA 所需性能影响,并得出如下结论:(1) 证实了氧含量低于15×10-6的超低氧(ULO)钢是实现悬架弹簧钢200kgf 高应力值的一种有效手段。
(2)用超低氧加超低氮化钛工艺生产的ULO+ULTiN钢的疲劳极限和真空电弧重熔钢相同。
大同特殊钢厂ULO超低氧处理简介如下:在超高功率碱性电弧炉中熔化钢水,吹氧后钢水加入Fe-Si 进行脱氧处理并得到高碱度还原渣,然后将钢水倒入钢包,并将RH循环脱气设备插入钢液,汲取钢水进入真空室。
利用大容量喷射泵,保持真空度<13.3Pa(0.1mmHg) ,并将小流量氩气引入钢水,钢水发泡进入真空室,钢水中碳脱氧反应快速进行,从而钢水脱氧,当碳氧反应达到平衡时,加入铝脱氧剂,以促进脱氧产物上浮分离与去除,保持脱氧状态的稳定,继续进行脱氧操作,最后调整加铝量。
RH循环脱气后,氧含量下降到15 ×10-6以下,为保持氧含量不大于15 ×10-6,应在钢水浇注及凝固时保持钢水免遭污染,并促进去除脱氧产物。
采用脱气法生产超纯弹簧钢主要目的在于严格限制钢中氧含量,降低钢中夹杂物的尺寸与数量。
2.2.2 控制弹簧钢夹杂物形态及分布的纯洁钢精炼技术此精炼技术是在ASEA - SKF 或V AD 精炼炉中通过合成渣控制弹簧钢中夹杂物组分、形状及分布。
日本神户制钢超纯化处理工艺如下: 用电弧使钢水保持适当温度,同时采用电磁搅拌去除夹杂物,控制夹杂物。
另外为了消除混入铝产生的不良影响,控制钢水加热及搅拌时钢包顶部渣子组分。
调整渣子碱度将钢中氧含量,控制在最适宜值,可使铝生成的夹杂物由高熔点的Al2O3、CaO·Al2O3 、MgO-Al2O3 转变成低熔点的CaO·Al2O3 - SiO2·MgO的复杂夹杂物。
随着大量塑性夹杂物增加,Al2O3 等脆性夹杂物大幅度减少。
通过调整渣子,控制夹杂物的工艺不但改善了弹簧钢的疲劳寿命及可靠性,而且提高了弹簧钢的抗弹减性及耐热性。
生产实践证明:有害不变形Al2O3 夹杂物含量明显降低,且剩余夹杂物组分是低熔点完全可变形的表面层与中心夹杂物CaO - SiO2 - Al2O3 ,尺寸明显缩小,夹杂物总量下降,由于纯洁度改善从而提高了疲劳强度。
2新工艺特点2.1使用直接还原铁,降低钢中有害元素含量随着废钢多次循环使用及涂镀层钢铁制品的增加,废钢中有害杂质不断增加,特别是Sn、As、Cu、Pb 等元素氧化性能比铁低,在冶炼时几乎100 %进入钢水中,钢水凝固时,有害元素多数在表面富集,富集系数达几十倍、甚至上百倍,形成低熔点区,极易形成热脆,大大恶化了弹簧钢的塑性及抗弹减性。
使用优质还原铁作炉料,能生产高纯度钢,据介绍,使用100 %直接还原铁与使用废钢相比,钢的屈服强度低15 %左右,应变时效大大降低,钢中残余元素及夹杂物含量、形状都能控制在较好水平。
2.2使用气(氩)幕系统,降低钢中含氮量氮对钢材机械性能影响较大,过高氮含量会导致低倍疏松,形成气泡。
电炉钢中氮含量为(50～70)×10-6,远高于转炉钢水平,这是由于电弧离子化作用,使钢水吸收了氮,而在电弧周围采用气幕系统就能降低钢水对氮的吸收。
同时,在使用直接还原铁时,还原铁中氧化铁与碳在氧化期的不间断沸腾形成泡沫渣,既能减少电弧对炉衬侵蚀,又能在熔池中逸出CO气泡,以带走钢中氮,降低氮含量<120×10-6。
2.3二次精炼技术的运用与完善过去,弹簧钢主要在电炉或平炉中冶炼,为不断提高弹簧钢质量,降低生产成本,国外冶金企业从主要采用电炉加电渣重熔或真空重熔逐步发展到如今的二次精炼工艺,这就为大批量生产低成本、低夹杂物优质弹簧钢提供了可能。
2脱氧工艺分析汽车悬挂簧和阀门弹簧等的失效原因发现,引起疲劳破坏的主要因素为非金属夹杂物,尤其是Al2O3和TiN夹杂物对弹簧疲劳寿命的危害最大。
为生产高质量的弹簧钢,以往通常采用电炉-电渣重熔或真空电弧重熔等特种冶炼方法。
随着炉外精炼技术的发展,采用炉外精炼工艺可显著减少钢中的夹杂物,如日本采用RH 真空脱气实现超低氧钢(ULO) 或超纯钢(UCS) 的生产。
在国内,目前人们主要考虑的是降低钢中气体含量和对夹杂物进行变性处理。