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新型馬氏體不銹鋼熱沖壓底盤零件的疲勞特性分析

現(xiàn)代汽車每減輕10%的質(zhì)量，則可減少6.9%的燃料消耗，提高汽車經(jīng)濟(jì)性的同時還有助于保護(hù)環(huán)境和許多輕質(zhì)材料如先進(jìn)高強(qiáng)度鋼和鋁、鎂、鈦合金等都具有實現(xiàn)汽車輕量化的潛力。然而，這些輕質(zhì)材料的成本在1～10美元/kg，波動很大。除此之外，部分材料的可用性不高，與現(xiàn)有的沖壓成形技術(shù)及裝配工藝匹配性不高，導(dǎo)致加工過程成本增加。在這樣的背景下，各廠商開始使用不同種類的不銹鋼實現(xiàn)汽車輕量化，其中馬氏體不銹鋼最為突出。文中對馬氏體不銹鋼進(jìn)行了介紹，并對傳統(tǒng)馬氏體不銹鋼的成分進(jìn)行更改，以改善其力學(xué)性能。同時，將新型馬氏體不銹鋼應(yīng)用在汽車底盤零部件上并對其進(jìn)行疲勞特性分析。

馬氏體不銹鋼是含鉻和碳的鐵合金，根據(jù)合金含量和熱處理方式的不同，馬氏體不銹鋼有很大的強(qiáng)度范圍，極限抗拉強(qiáng)度范圍為500～2000MPa。為保證馬氏體不銹鋼較高的強(qiáng)度和硬度，需對其進(jìn)行淬火和回火熱處理，但這會使馬氏體不銹鋼在焊接時的焊接區(qū)變硬、變脆，韌性極差。文中對傳統(tǒng)馬氏體不銹鋼成分進(jìn)行了更改，除去其中的鎳元素，而碳元素、錳元素、硅元素、鉻元素、鈮元素、氮元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別改為0.15%、0.6%、0.6%、13%、0.15%、0.03%。新型馬氏體不銹鋼的最大抗拉強(qiáng)度為1.2GPa，總伸長率達(dá)到了10%，低溫下的延展性得到了大幅提高。因而，可采用熱沖壓技術(shù)制備車身B柱、車門防撞梁、座椅導(dǎo)軌、保險杠和前副車架等。由于新型馬氏體不銹鋼碳含量較低，因而其具有較好的焊接特性，因此可以采取惰性氣體保護(hù)焊和電阻點(diǎn)焊等傳統(tǒng)焊接方法。之后，對該種新型材料進(jìn)行耐沖擊性和疲勞性分析。試驗樣品為1.5mm厚的新型馬氏體不銹鋼板件制成的懸臂梁，在-40℃下進(jìn)行沖擊試驗。根據(jù)ASTM E466-96標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行疲勞試驗，設(shè)定循環(huán)應(yīng)力比為-1，加載頻率為25Hz。試驗結(jié)果顯示：①新型馬氏體不銹鋼沒有出現(xiàn)脆性斷裂現(xiàn)象；②循環(huán)應(yīng)力比為-1時，疲勞極限為200萬次，循環(huán)極限應(yīng)力為860MPa；③以汽車常用的、抗拉強(qiáng)度為600MPa的45號鋼為基準(zhǔn)，采用新型馬氏體不銹鋼可減輕零部件50%的質(zhì)量。

Pierre- Olivier Santacreu et al. SAE 2015-01-0527.

編譯：王祥