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。

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