陳中旺

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

引言

汽車鋼板彈簧在汽車零部件中是處于復(fù)雜應(yīng)力條件和最壞的工作環(huán)境下工作的零部件之一，因此對鋼板彈簧的材料要求很高。

隨著科技的不斷進(jìn)步和生產(chǎn)工藝的不斷提高，汽車鋼板彈簧也得到長足的發(fā)展，材料性能有很大的提高，材料的種類不少。鋼板彈簧材料主要是彈簧鋼，非金屬材料也在研制、試用階段。目前國內(nèi)重型汽車基本上使用的都是彈簧鋼。

本文對三種國內(nèi)普遍采用的鋼板彈簧材料從成分、性能、成本等方面進(jìn)行對比分析，通過對比分析，給出三種材料在實際鋼板彈簧開發(fā)過程中運用推薦。

1 材料成分對比

三種材料成分如下表：

表1 材料成分表

1）50CrV4在50CrVA上增加Mo元素，提高材料的淬透性，同時熱處理方式上不同。

2）Si元素能提高屈強(qiáng)比，但同時也會使晶粒粗大，增加石墨化傾向。Mn元素能有效提高淬透性，但脫碳傾向大，容易過熱。Cr元素能提高鋼的淬透性，同時能細(xì)化晶粒。V元素是強(qiáng)碳化物元素。熱處理過程中能起到細(xì)化晶粒的作用。

2 材料性能

三種材料機(jī)械性能如下表：

表2

1）50CrVA與60Si2Mn屈服強(qiáng)度相當(dāng)，但材料的收縮率和延伸率較好，韌性較好；

2）50CrV4比50CrVA屈服強(qiáng)度提高15%。

3 熱處理參數(shù)

三種材料熱處理如下表：

表3

1）50CrVA比60Si2Mn有更高的淬透性

一般來說，60Si2Mn 的淬透厚度小于等于12mm，50CrVA的淬透厚度≤25mm。淬透性好的鋼材，可使鋼件整個截面獲得均勻一致的力學(xué)性能以及可選用鋼件淬火應(yīng)力小的淬火劑，以減小變形和開裂。

2）50CrVA的脫碳傾向比60Si2Mn要小

脫碳，是鋼加熱時表面碳含量降低的現(xiàn)象。脫碳的過程就是鋼中碳在高溫下與氫或氧發(fā)生作用生成甲烷或一氧化碳。脫碳是擴(kuò)散作用的結(jié)果，脫碳時一方面是氧向鋼內(nèi)擴(kuò)散；另一方面鋼中的碳向外擴(kuò)散。

鋼的表面脫碳以后，由于表層與心部的組織不同和線膨脹系數(shù)不同，因此淬火時所發(fā)生的不同組織轉(zhuǎn)變及體積變化將引起很大的內(nèi)應(yīng)力，同時表層經(jīng)脫碳后強(qiáng)度下降，甚至在淬火過程中有時使零件表面產(chǎn)生裂紋。

3）正常情況下，50CrVA的晶粒度比60Si2Mn要好得多

單位面積中晶粒的數(shù)量與晶粒的尺寸有關(guān)，晶粒的大小對金屬的拉伸強(qiáng)度、韌性、塑性等機(jī)械性質(zhì)有決定性的影響，一般晶粒度越大，也就是越細(xì)越好。

以上三點決定了在正常情況下，板簧壽命 50CrVA比60Si2Mn要好。

4 設(shè)計時材料選擇

三種材料選用推薦如下表：

表4

上表是廠家根據(jù)材料淬透性要求推薦的板簧材料選用標(biāo)準(zhǔn)。

1）50CrV4與50CrVA淬透重疊厚度：22mm～25mm，重疊區(qū)域較小，考慮價格、機(jī)械性能及重量，在少片簧上使用，一般選用50CrV4。

2）50CrVA與60Si2Mn淬透重疊厚度：10mm～12mm，重疊區(qū)內(nèi) 60Si2Mn屈服強(qiáng)度和價格都要好，因此可以利用60Si2Mn替代。

5 材料價格

三種材料現(xiàn)價格如下表：

表5

1）材料相同，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化降低成本

以 6×4牽引車前鋼板彈簧為例，兩片簧和三片簧都采用，某車型的兩片簧含稅價格約為552元，同樣匹配的選裝三片簧含稅價格則約為715元，差價163元左右。雖然可能考慮的承載能力有所差異，但是可以通過優(yōu)化板簧結(jié)構(gòu)，降低板簧成本。

2）結(jié)構(gòu)相同，通過修改材料降成本

以某型4×2載貨車標(biāo)載型后鋼板彈簧為例，該后鋼板彈簧總成采用主副簧結(jié)構(gòu)，副簧厚度12mm，在淬透厚度范圍內(nèi)，因此材料可選用60Si2Mn。

3）不同結(jié)構(gòu)、不同材料降成本

材料50CrV4和50CrVA價格差17.7%，性能差15%，因此兩種材料在淬透性厚度重疊范圍內(nèi)板簧價格差不大。而采用50CrVA材料的板簧重量較重，不符合降重要求。

綜上：板簧設(shè)計時都會考慮材料的選用，鋼板彈簧總成降成本可以通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化實現(xiàn)。

6 結(jié)論

1）鋼板彈簧材料選型原則：一般厚度在b＜13mm以下，都使用60Si2Mn；厚度在13≤b≤25mm(目前多片簧最大厚度)區(qū)間內(nèi)，結(jié)構(gòu)為多片簧，材料選用50CrVA；厚度在22≤b≤40mm，結(jié)構(gòu)少片簧，材料選用50CrV4；

2）目前，各主要的鋼板彈簧制造公司都在研發(fā)高機(jī)械性能的彈簧鋼，通過提高材料的強(qiáng)度，降低零部件重量、成本和能源的消耗，提高材料的利用率。

[1] 王望予.汽車設(shè)計,[M]機(jī)械工業(yè)出版社,2003.

[2] 汽車工程學(xué)會懸架專業(yè)委員會,汽車懸架資料,1988.

[3] 成大先.機(jī)械設(shè)計手冊,化學(xué)工業(yè)出版社,2008.