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        重型汽車鋼板彈簧斷裂失效形式及應(yīng)用現(xiàn)狀

        2018-08-20 09:53:36李勇
        山東工業(yè)技術(shù) 2018年13期
        關(guān)鍵詞:應(yīng)用現(xiàn)狀

        李勇

        摘 要:鋼板彈簧(Leaf Spring)是廣泛用于汽車懸架結(jié)構(gòu)的具有一定彈性的元件,由寬度相等長(zhǎng)度不相同的復(fù)合金屬?gòu)椈善M合而成,該元件各個(gè)部位的強(qiáng)度是相等的,可以起到很強(qiáng)的減緩壓力的作用,但是鋼板彈簧由于長(zhǎng)期受到大力壓迫導(dǎo)致其在達(dá)到一定的承受值后會(huì)發(fā)生斷裂,本文重點(diǎn)分析了鋼板彈簧斷裂的形式,并提出相關(guān)的技術(shù)改進(jìn)方案供相關(guān)生產(chǎn)商參考。

        關(guān)鍵詞:鋼板彈簧;斷裂失效形式;應(yīng)用現(xiàn)狀

        DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.13.031

        車輛在正常行駛時(shí),會(huì)受到自身振動(dòng)和外部一定強(qiáng)度的擠壓力作用,此時(shí)鋼板彈簧會(huì)壓縮從而吸收車輛的動(dòng)能,將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢(shì)能,由此車輛的動(dòng)能逐漸被轉(zhuǎn)化,避免了巨大的沖擊作用,起到很好的緩沖效果,使車輛運(yùn)行更平穩(wěn),操作更流暢,安全性更好。當(dāng)鋼板彈簧承受的壓力過大會(huì)發(fā)生斷裂失效,下面重點(diǎn)分析鋼板彈簧斷裂的幾種形式。

        1 鋼板彈簧斷裂失效的形式

        1.1 中心孔失效

        中心孔是鋼板彈簧最脆弱的部位,因?yàn)殇摪鍙椈墒艿搅ψ饔脮r(shí),其所承受的力會(huì)共同作用于中心孔,使其發(fā)生斷裂失效。其斷裂時(shí)會(huì)產(chǎn)生很多裂紋,其位于孔板的結(jié)合處,跨越整板。經(jīng)過專業(yè)人員研究發(fā)現(xiàn),該種失效是由于螺栓松動(dòng),彈簧承受的作用力被匯集到中心孔,中心孔承受力的表面積小,故而力的強(qiáng)度就大,當(dāng)強(qiáng)度超過一定的值,孔就斷裂,導(dǎo)致裂紋,隨后彈簧便失效。

        1.2 卷耳失效

        車輛在行駛過程中會(huì)不可避免受到各種摩擦力以及外力碰撞作用,此外,司機(jī)在駕駛過程中也會(huì)出現(xiàn)掛擋力度過大等不規(guī)范的操作,如果卷耳和襯套之間過于緊密,會(huì)導(dǎo)致發(fā)熱,變硬等現(xiàn)象,這會(huì)使鋼板膨脹變大,導(dǎo)致一定的變型,使得彈簧卷上方失效。當(dāng)車輛行駛過長(zhǎng)時(shí)間時(shí),卷耳上已有的些許裂紋會(huì)進(jìn)一步加速斷裂,加速?gòu)椈墒У倪^程。

        1.3 腐蝕疲勞

        鋼板彈簧持續(xù)受力,而且很多零件露天之后會(huì)遭到空氣腐蝕,生銹變型,致使彈簧在裂紋處承受力大幅度降低,裂紋便會(huì)不斷加深,當(dāng)達(dá)到極限時(shí),彈簧便會(huì)斷裂。失效的切面看起來像是一系列同心的半圓形,在腐蝕和摩擦的作用下,裂紋外側(cè)變暗。

        1.4 微振疲勞

        微振疲勞失效發(fā)生在板簧片或者板簧與壓板之間,兩者的接觸面以極小的幅度振動(dòng)并且相互擠壓,兩者的接觸面被磨得十分亮光,周圍會(huì)有很多摩擦?xí)r留下的粉末,兩者在不斷受力的過程中被損壞,致使彈簧失效,大大減小了彈簧的理論使用壽命。該種失效形式非常常見,也是改善這一情況的重點(diǎn)解決對(duì)象。

        1.5 應(yīng)力腐蝕斷裂

        應(yīng)力腐蝕斷裂是應(yīng)力和腐蝕力疊加作用的效果,當(dāng)兩種力共同作用時(shí),彈簧發(fā)生斷裂,這個(gè)過程瞬間發(fā)生或者在原先斷紋的基礎(chǔ)上加深斷裂程度,進(jìn)而失效。應(yīng)力腐蝕斷裂發(fā)生有四個(gè)基本要素:

        (1)承受力超過極限值,裂紋處更溶于達(dá)到該值。

        (2)組成成分敏感,當(dāng)彈簧硬度過高時(shí),容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕斷裂。

        (3)環(huán)境中酸性過大,導(dǎo)致腐蝕嚴(yán)重腐蝕性環(huán)境。

        (4)鋼板承受作用力的時(shí)間。

        1.6 過載

        過載斷裂是因?yàn)閺椈沙惺艿牧Τ^了鋼板組成材料的最大承受強(qiáng)度。一旦發(fā)生過載斷裂,那么會(huì)留下很大切面的斷裂痕跡,且呈發(fā)射狀,斷裂特征很明顯,具有一定的辨識(shí)性,方便專業(yè)人員進(jìn)行修復(fù)。

        1.7 原件過熱

        在對(duì)板簧的處理過程中,需要進(jìn)行加熱處理,在這個(gè)過程中極易出現(xiàn)過熱現(xiàn)象。有時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)包耳現(xiàn)象。在鋼板出現(xiàn)過熱現(xiàn)象時(shí),其晶體粒子就會(huì)變得非常粗大,如果將其持續(xù)加熱,使其溫度超過1260度時(shí),其晶體界面會(huì)溶解,出現(xiàn)過燒現(xiàn)象。當(dāng)一個(gè)鋼板出現(xiàn)了過燒情況,就沒有辦法再通過其他處理方法進(jìn)行補(bǔ)救了。如果使用的板簧出現(xiàn)了過燒現(xiàn)象,即使其硬度沒有發(fā)生很大的改變,但是會(huì)變得極其容易斷裂,從而受到稍微的撞擊時(shí)就會(huì)斷裂。

        2 鋼板彈簧材料在重型汽車上的應(yīng)用現(xiàn)狀

        目前,重型汽車使用的鋼板彈簧有多片簧和少片簧,占車重比例不算大,18%左右。據(jù)可靠調(diào)查,彈簧生產(chǎn)商使用最多的是Si-Mn系、Cr-V系、Cr-Mo-V系等。了解相關(guān)汽車行業(yè),可以知道重型汽車多片簧使用60Si2Mn、50CrV,少片簧使用51CrV4、52CrMoV。歐洲鋼板彈簧廣泛使用的彈簧鋼有55Cr3、51CrV4、52CrMoV。日本鋼板彈簧廣泛使用的彈簧鋼有SUP9、SUP10。美國(guó)鋼板彈簧廣泛使用的彈簧鋼有SAE9260、SAE6150、SAE5160、SAE51B60。

        鋼板彈簧經(jīng)過很高溫度和很大熱度的處理后,并不能直接成形。通常根據(jù)彈簧切面的大小選擇各方面均合適的鋼種,通過查閱相關(guān)研究文獻(xiàn)可知,淬透性是判定彈簧鋼性能好壞的重要指標(biāo)。鋼板彈簧都要經(jīng)過淬火和回火來獲取組織:細(xì)小的晶粒、基體相α 固溶體(回火馬氏體)中有較高的位錯(cuò)密度和在基體中大量地存在彌散和均勻分布的碳氮化物質(zhì)點(diǎn)。高熱處理之后的硬度是彈簧使用時(shí)的強(qiáng)度表征,也可通過硬度值估算彈簧鋼的彈性極限和疲勞強(qiáng)度。淬火和回火硬度在500HBS以下時(shí),硬度和疲勞強(qiáng)度呈線性關(guān)系,但硬度高時(shí),會(huì)使彈簧鋼的缺口敏感性增強(qiáng),剛度和塑性下降。鋼中的夾雜物和表面的缺陷都會(huì)成為疲勞裂紋源增加早期失效的危險(xiǎn)。通常板簧的硬度國(guó)內(nèi)要求375-444HBW,美國(guó)為388-461HBW,歐洲為426-514HBW。

        3 結(jié)語

        鋼板金屬材料在生活中的使用是極其廣泛的。充分了解其作用環(huán)境及條件能夠很好的延長(zhǎng)零件壽命,提高安全保障。本文針對(duì)鋼板的各種易斷裂情況進(jìn)行了綜合分析,即分析了鋼板彈簧容易斷裂失效的一些常見因素,又針對(duì)其在汽車上的使用情況做出了一些分析并提出了一些自己的建議??茖W(xué)技術(shù)的長(zhǎng)足進(jìn)步不僅促進(jìn)了各種鋼材制品的迅速發(fā)展,同時(shí)也提高了各行各業(yè)的安全保障,降低了事故的發(fā)生概率,為企業(yè)的發(fā)展提供更為廣闊的舞臺(tái),促進(jìn)了我國(guó)工業(yè)的快速發(fā)展。

        參考文獻(xiàn):

        [1]馬奎星,李良晨,張繼魁.重型汽車鋼板彈簧的斷裂失效形式及其材料的應(yīng)用現(xiàn)狀[J].重型汽車,2017(04):32-34.

        [2]王軍,馮益坤,張光明,閆宇浩,趙文濤.某重型汽車后鋼板彈簧斷裂失效分析[J].重型汽車,2017(05):22-23.

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