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鈮在彈簧鋼中的應(yīng)用

發(fā)布時間:2010/6/17

鈮在彈簧鋼中的應(yīng)用
車懸掛彈簧用微合金鋼的開發(fā)
??? 隨著不斷地強(qiáng)調(diào)減輕客車重量,人們也越來越多地將注意力放在了發(fā)展輕型懸掛部件上。集中在開發(fā)能承受更高工作應(yīng)力的彈簧鋼,從而允許使用更細(xì)的金屬線來減少卷曲彈簧的重量?,F(xiàn)已開發(fā)出一種含微量合金的彈簧鋼,其抗拉強(qiáng)度為2000MPa,其斷裂韌性與普通的抗拉強(qiáng)度為1725MPa的普通彈簧鋼相同。疲勞試驗(yàn)表明,在比目前使用的普通彈簧鋼還要高的工作應(yīng)力下,可以獲得非常好的耐疲勞性和耐垂弛性。這些條件的改善可以降低含碳量,并可獲得細(xì)晶奧氏體組織,同時通過合理的形變熱處理可改善微合金碳氮化物的分散度。
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??? (1) 鋼的化學(xué)成分及工藝

??? 表1給出了該鋼的標(biāo)定成分,并檢測了各種合金添加物對組織和性能的影響。可以看出該新鋼種與其他類鋼的顯著差別就是含碳量較低,從而很大程度地改善了斷裂韌性。該鋼是經(jīng)過電爐冶煉﹑鋼包精煉和連鑄而生產(chǎn)出來的,熱軋是在一套裝備有斯太摩控制冷卻裝置的連軋機(jī)上進(jìn)行的。

??? (2)在熱處理?xiàng)l件下的顯微組織和性能
??? 熱處理?xiàng)l件是925℃奧氏體化﹑油淬火和340℃2小時回火。在微合金化彈簧鋼的組織中發(fā)現(xiàn)有馬氏體塊狀結(jié)構(gòu),在孿晶間界帶內(nèi)發(fā)現(xiàn)細(xì)小彌散的碳化物,有可能是在再加熱和熱軋過程中未被溶解的Nb和V的碳化物,其拉伸性能見表2,可見微合金化鋼具有明顯高的屈服強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度。

??? (3)疲勞性能

??? 該微合金化鋼的疲勞極限高于SAE9259。

??? (4)斷裂韌性

??? 兩種鋼的斷裂韌性,微合金化鋼顯出較高的韌性。

??? 總之,開發(fā)的該種微合金的彈簧鋼可以在汽車懸掛裝置中有效地用作高應(yīng)力卷曲彈簧。其較高的抗拉強(qiáng)度和較好的抗疲勞性能可以被用于減輕重量。實(shí)現(xiàn)減輕重量將是彈簧設(shè)計(jì)和鋼性能的一個主要任務(wù),并表明可以獲得很好的抗疲勞性能和耐垂弛性。

??? 車懸掛彈簧用Nb﹑V沉淀強(qiáng)化彈簧鋼減重25%

??? 日本多數(shù)汽車用SAE9260制作懸掛彈簧,帶來諸多安全問題。開發(fā)高抗彈減性的彈簧用鋼迫在眉睫。SAE9260的典型成分如下例:

??? Co.59﹑Si2.17﹑Mn0.86﹑P0.025﹑S0.010﹑Cr0.15﹑Al0.018。

??? SAE9260鋼中加Nb或Nb﹑V復(fù)合,同時能達(dá)到細(xì)化晶粒,沉淀強(qiáng)化的目的。從而提高彈簧的抗彈減性。

??? (1)SAE9260加Nb-V處理的特點(diǎn)細(xì)化晶粒,晶粒尺寸為原鋼的1/4。

??? 化學(xué)成分A3-A6的奧氏體晶粒度明顯優(yōu)于SAE9260,奧氏體化溫度越低越優(yōu)越。

??? (2)淬透性

??? 淬透性是生產(chǎn)熱卷制彈簧的一個重要因素。

??? Nb-V處理鋼的淬透性如曲線示出的末端值,實(shí)際上是和SAE9260相當(dāng),只表示出Nb-V炭化物完全溶固時的炭含量的作用。似乎與Nb﹑V無關(guān),但當(dāng)遠(yuǎn)離端點(diǎn)時,就明顯地示出加Nb﹑V的優(yōu)越性。
??? (3)回火后的性能

??? 1. 硬度

??? 只加Nb的9260-Cb和不加Nb的9260b是處在同一水平,而加V加Nb的9260V-Cb3和只加V的9260-V2也是同樣硬化趨勢。9260-V2加V0.29。只有9260-V-Cb3最好。

??? 2. 屈服強(qiáng)度

??? 不同Nb﹑V含量鋼的回火后硬度和0.05%屈服強(qiáng)度,0.2%屈服強(qiáng)度,0.2%扭轉(zhuǎn)屈服強(qiáng)度,在同一硬度水平上加Nb﹑V的9260b要高得多,高出100MPa左右,而扭轉(zhuǎn)屈服強(qiáng)度加Nb﹑V更優(yōu)越。

??? (4)鈮﹑釩復(fù)合處理的抗彈減性

??? 在1030MPa和1128MPa應(yīng)力條件通過應(yīng)力松弛試驗(yàn)確定抗彈減性。在大生產(chǎn)線卷制彈簧,900℃淬火?;鼗鸷笤谏a(chǎn)線上噴丸處理。

??? 殘余剪應(yīng)變似乎是硬度的函數(shù),隨硬度的提高而降低。盡管SAE9260是所有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的彈簧鋼中抗彈減性最高,但是加Nb﹑V處理的鋼抗彈減性是令人興奮的。這種鋼可在高應(yīng)力下使用,減輕彈簧的重量。

??? (5)Nb在SAE9260+Nb

??? V沉淀硬化熱卷制彈簧中的作用在于不改變原SAE9260懸掛彈簧生產(chǎn)線的情況下,實(shí)施了SAE9260Nb﹑V處理鋼彈簧的生產(chǎn)。

??? 只加Nb在低于1100℃奧氏體化﹑沉淀硬化效果,微乎其微,只以細(xì)化晶粒提高抗彈減性。但是只加V可產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化和細(xì)化晶粒效果,但釩的碳化物在生產(chǎn)線上的短時間溶于奧氏體中是困難的。試驗(yàn)指出在900℃奧氏體化時只加釩的釩碳化物完全溶解需要10分鐘,而Nb-V復(fù)合加入時只需1分鐘。從不改變生產(chǎn)線的觀點(diǎn)看,加Nb-V是有道理的。這似乎是NbC的存在,促進(jìn)了釩的溶解。

??? (6)其他幾點(diǎn)結(jié)論

???? 1. SAE9260加V對抗彈減性不利,對斷裂韌性不利。

???? 2. SAE9260-V處理后,對耐蝕性無影響,對腐蝕疲勞無影響。

???? 3. 疲勞性能Nb-V處理鋼與原SAE9260無差別,疲勞極限均為745MPa,無論是噴丸或研磨表面試驗(yàn)結(jié)果表明,鋼種間均無別。

???? 4. 加B﹑Nb﹑V處理鋼,由于B進(jìn)一步提高淬透性。用該鋼扭桿已實(shí)用化。

??? (7)SAE9260加Nb﹑V處理鋼的生產(chǎn)工藝和熱卷彈簧制作,均可沿用SAE9260一系列工藝操作,沒有任何困難。