汽车钢板弹簧
服役条件:弹簧在冲击、振动或长期交应力下使用,所以要求弹簧钢有高的抗拉强度、弹性极限、高的疲劳强度。在工艺上要求弹簧钢有一定的淬透性、不易脱碳、表面质量好等 碳素弹簧钢即含碳量WC在0.6%-0.9%范围内的优质碳素结构钢。合金弹簧钢主要是硅锰系钢种,它们的含碳量稍低,主要靠增加硅含量W、si提高性能;另外还有硌、钨、钒的合金弹簧钢。近年来,结合我国资源,并根据汽车、拖拉机设计新技术的要求,研制出在硅锰钢基础上加入硼、铌、钼等元素的新钢种,延长了弹簧的使用寿命,提高了弹簧质量。
性能要求:弹簧钢应具有优良的综合性能,如力学性能(特别是弹性极限、强度极限、屈强比)、抗弹减性能(即抗弹性减退性能,又称抗松弛性能)、疲劳性能、淬透性、物理化学性能(耐热、耐低温、抗氧化、耐腐蚀等)。为了满足上述性能要求,弹簧钢具有优良的冶金质量(高的纯洁度和均匀性)、良好的表面质量(严格控制表面缺陷和脱碳)、精确的外形和尺寸。
失效形式 一是永久变形,即总成自由弧高降低至严重影响车的性能,二是钢板弹簧断裂,如
汽车钢板弹簧(如图)在汽车行驶过程中承受各种应力的作用。其中以反复弯曲应力为主,绝大多数是疲劳破坏。
汽车弹簧性能要求 有弹簧钢应较高强度以及适当的韧性。有高的弹性极限以及弹性减退抗力好,较高的屈强比,为防止在交变应力下发生疲劳和断裂,弹簧应具有高的疲劳强度和耐蚀等性能通常为σ0.2≥1160MPa , σb≥1280MPa ,δ10 ≥5% ,ψ≥25% 。同样材料处理是否正确,其寿命相差也很大。
因而材料通常为淬火得到马氏体后进行回火处理,得到碳化物尚未发生明显的聚集长大,保持弥散的分布状态的回火组织。淬火所造成的第二类内应力几乎全部消除,但未发生再结晶,仍保留马氏体针状结构和强化效果,故而有较高的弹性极限。
材料选择 20Cr 碳C:0.18~0.24,硅Si:0.17~0.37,锰Mn:0.50~0.80, 铬Cr:0.70~1.00 该钢是我国目前产量最大的几个合金结构钢之一,用途广泛。硬度较高。且此钢比相同含碳量的碳素钢具有较好的淬透性、强度和韧度。为了提高该模具钢的耐磨性,常进行渗碳处理(注意:渗碳时钢的晶粒有长大倾向),然后进行淬火和低温回火,从而保证模具表面具有很高硬度、高耐磨性而心部具有很好的韧度。 其中Cr是中强碳化物形成元素,加热时溶入奥氏体的Cr能强烈地提高淬透性。钢中的Cr一部分形成碳化物,另一部分溶入基体产生固溶强化,提高钢的强度和硬度。Cr不仅能使C曲线明显地右移,而且使珠光体和贝氏体转变的C曲线明显分开。常用于制造截面小于30mm的、形状简单的、转速较高的渗碳件或氰化件,如活塞销、小轴等;也可以用于调制钢零件
60Si2Mn碳 C :0.57~0.65,硅 Si:1.50~2.00,锰 Mn:0.60~0.90,铬 Cr:≤0.35 Si本身不仅有固溶强化作用,而且能改变钢回火时析出碳化物的数量、尺寸和形态等,提高钢的回火稳定性,因此,对提高材料强度、硬度有好处。当合金元素和C含量在一定的范围内时,Si对弹性减退抗力的贡献居各种合金元素之首。Si增强抗弹性减退的能力随着含量增加而增强,在含量1.5%时效果最佳。Mn具有较强的固溶强化效果,Mn对铁素体的固溶强化作用仅次于P和Si。同时Mn是奥氏体稳定化元素,能扩大奥氏体相区,钢中加入Mn还能显著提
高钢的淬透性,改善热处理性能,强化基体、降低珠光体的形成温度,细化珠光体的片间距离,从而提高钢的强度和硬度。 由于硅含量高,其强度和弹性极限均较55Si2Mn高,抗回火稳定性好,淬透性不高,易脱碳和石墨化。主要用作汽车拖拉机上的板弹簧、螺旋弹簧等。是用于制造承受交变载荷及高应力下工作的重要弹簧、抗磨损簧等。
65Mn 碳 C :0.62~0.70 硅 Si:0.17~0.37 锰 Mn:0.90~1.20 Mn是弱碳化物形成元素,在钢中主要以固溶的形式存在于基体中。一部分固溶于铁素体(或奥氏体),另一部分形成含Mn的合金渗碳体(Fe、Mn)。Mn还能显著提高钢的淬透性,改善热处理性能,强化基体、降低珠光体的形成温度,细化珠光体的片间距离,从而提高钢的强度和硬度。总体上,钢中加入锰为0.9%~1.2%,使淬透性和综合性能有所提高,脱碳倾向减小,但有过热倾向及回火脆性,易出现淬火裂纹。且锰钢价格便宜,资源丰富。 应用:(1)可用于普通模具弹簧;(2)冷冲模具凸模;(3)弹簧环、汽门簧。
通过以上比较,我们发现60Si2Mn淬透性号、弹性极限、屈强比和疲劳极限均较高,能符合汽车板簧的性能要求。因此我们选择60Si2Mn作为所需材料。
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