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60CrMnBA弹簧钢汽车悬架弹簧复合优化处理工艺研究
随着汽车工业的快速发展,对弹簧的性能要求越来越高。悬架弹簧在汽车行驶过程中,承受高频往复压缩运动,起着缓冲和减振作用,其质量好坏对车辆平稳性、安全性起着至关重要的作用。悬架弹簧的技术发展趋势总体上为轻量化、高可靠性,悬架弹簧设计强度普遍要求大于1100MPa,高的可达1500MPa。众所周知,弹簧钢力学性能在材料质量保证的前提下,取决于热处理工艺;而热处理工艺也应根据所用材料来决定。弹簧钢高强度化的一个重要途径是充分发挥合金元素的作用,通过热处理达到最佳合金化效果。目前在制簧过程中主要有两种热处理工艺,一种是重新加热淬火工艺;另一种是卷制后直接余热淬火工艺。重新加热淬火工艺是指弹簧钢经加热卷制成型后空冷至室温,然后重新加热到奥氏体化温度淬火的一种热处理工艺;而余热淬火工艺是指弹簧钢加热卷制成弹簧后,利用余热直接淬火的一种热处理工艺。其中淬火和回火的工艺参数是影响弹簧最终成品的综合力学性能的主要因素。
将喷丸强化技术应用于工件强化,历史较久,效果显著。但是有关喷丸特别是能量更大的强力喷丸的强化效果与最佳喷丸参数、热处理工艺及材料组合等关系问题尚不很清楚。本文通过对60CrMnBA弹簧钢进行多次强力喷丸对比试验,取得了较为满意的效果。通过对60CrMnBA弹簧钢进行余热淬火和强力喷丸优化处理,弹簧钢的性能尤其是疲劳强度得到显著提高,经济和技术效益明显,为工业化制簧生产工艺提供参考。
实验材料为60CrMnBA钢,其化学成分为(质量分数,%):0.58~0.62C,0.18~0.26Si,0.75~0.85Mn,0.80~0.92Cr,≤0.025P,≤0.02S。采用60t氧气顶吹转炉进行LF-VD精炼纯净化工艺冶炼,将钢锭轧成板厚15mm,然后再切割制成100mm×50mm×15mm的试样。将试样加热至930℃奥氏体化热成型温度保温20min,然后进行不同工艺参数的余热淬火。热处理后的试样分别按照GB/T228-2002和GB/T229-1994加工成标准拉伸试样和冲击试样,检测不同热处理工艺下该钢种的屈服强度σs、抗拉强度σb、伸长率δ和冲击韧度ak;在洛氏硬度计上测定不同工艺下的试样硬度;在金相显微镜下观察热处理后试样的组织形貌。在CMD-YHP直压式喷丸机上进行强力喷丸处理;利用XYL-73X射线压力仪对试件表面残余应力分布状况进行无损检测;在PQ-6A型疲劳试验机上进行疲劳试验。
60CrMnBAA弹簧钢适合用余热淬火热处理工艺:930℃加热保温20min奥氏体化热成型;随后冷至890℃出炉进行油淬,回火温度为400℃,保温时间为90min时的综合力学性能最佳。60CrMnBAA弹簧钢经强力喷丸处理后的表面残余压应力大幅增加,疲劳强度提高25%~30%。喷丸后的低温时效处理可使弹簧表层应力场松弛,残余应力趋于平衡,疲劳强度有所提高。
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