浅析我国弹簧钢高强度化的现状及发展趋势(之一)

近年来，我国工业发展迅猛，其中的汽车制造业更是随着我国人民生活水平的提高更是得到了前所未有的发展。汽车市场的良好状态直接带动了我国钢材的发展。但是随着汽车科技的发展其组成部分钢材有了更高的要求。
其中弹簧钢向高强度发展是当前弹簧钢生产和应用中表现出来的趋势。在日本，汽车、摩托车所用弹簧占弹簧钢生产总量的64.9%，从节能和经济性出发，要求汽车、摩托车减重，而减轻弹簧重量是这两个行业减重的一个重要方面，由此提出了开发新型高强度弹簧钢的要求。国内外近年来开展了大量的研究工作，以期进一步提高弹簧钢的强度水平和使用寿命。高强度弹簧钢的现状汽车、摩托车用弹簧钢可分悬架用弹簧钢和气门弹簧用弹簧钢。
悬架弹簧钢悬架用的弹簧可分为螺旋弹簧、钢板弹簧和扭杆弹簧。由于减小汽车、摩托车自身质量的要求，使得悬架各类弹簧的设计应力大幅度提高，尤其是变截面板簧的发展，不仅要求板簧在高应力下具有高的疲劳寿命，同时也要求板簧工作可靠并具有高的淬透性。目前弹簧钢的主要系列为si－mn系、cr－mn系、cr－v系和si－cr系。si－mn系弹簧钢是用量最大的弹簧钢，以牌号60si2mn用量最大，在热轧弹簧钢中占总量的30%左右。对于淬透性要求较高的钢种，有的采用55sivb钢，如eq140汽车板簧等，但近年来由于其价格和交货硬度偏高，用量在下降。而大截面板簧和变截面板簧，多采用cr－mn钢和cr－v钢系，对于厚度较大的变截面板簧则采用60crmnb钢制造，如东风eq153汽车变截面板簧就是用该钢制造的。悬架弹簧经冷、热成形后，均需热处理。通常根据弹簧截面的大小选择淬透性合适的钢种，一般认为截面的中心应能达到80%的马氏体，弹簧才会具有较高的疲劳性能和冲击韧度，因此，淬透性是弹簧钢的重要指标。淬透性的高低决定了该类弹簧钢所能够制成的板簧的最大厚度。在轿车上的螺旋悬架应用较多的是si－cr系弹簧钢(如美国sae9254)。
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，悬架螺簧也常用60si2mn或50crva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，如法国贝利埃军用车上的扭杆弹簧就用45scd6、45mb5等。大截面高应力下则选用35ncd16、在ca6440和ca1020f上曾选用45crnimova钢作扭杆弹簧，后来已被价格更低的钢种替代。
悬架弹簧都要经过淬火和回火，热处理后的硬度是弹簧使用时的强度表征，也可通过硬度值估算弹簧钢的弹性极限和疲劳强度。淬火和回火硬度在500hbs以下时，硬度和疲劳强度呈线性关系，但硬度高时，会使弹簧钢的缺口敏感性增强，刚度和塑性下降。钢中的夹杂物和表面的缺陷都会成为疲劳裂纹源增加早期失效的危险。通常板簧的硬度在363～457hbs，螺旋悬架弹簧硬度在427～514hbs，扭杆悬架弹簧硬度在401～495hbs之间变动。
疲劳是悬架弹簧的重要特征，目前的几个系列，如si－mn系、cr－mn系及cr－mn－b系等，在强度级别相同、组织均为细密的回火托氏体的情况下，其钢材的旋转弯曲疲劳性能并无明显差异，但制成悬架弹簧之后，由于受冶炼条件、弹簧制造工艺、表面质量及附加强化工艺的影响，作为悬架弹簧的疲劳寿命可能会表现出明显差异。
2.气门弹簧钢气门弹簧工作时承受高频交变负荷，一般发动机转速可达2000～5000r/min，气门弹簧的平均剪应力在500～800mpa，高则达到900～1000mpa，要求气门弹簧具有高的疲劳极限。另一方面气门弹簧在150～200℃的润滑油环境下工作，因此希望具有一定的耐热性，并希望对发动机排出气体具有良好的抗腐蚀性能。目前，气门弹簧用材料大部分为油淬钢丝。油淬钢丝的性能均匀性好，硬度和强度范围较为一致，在冷卷成形后，只需进行消除应力回火。目前，这类钢丝已列入世界各国标准。另一类是退火状态供应的弹簧钢丝，这种弹簧钢丝要经绕簧、淬火和回火以达到所需的性能，然后进行喷丸强化处理。目前，气门弹簧钢丝的牌号为si－mn系、cr－v系、si－cr系，以60si2mn、50crv、55sicr等钢种为多。


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