影响钢板弹簧使用寿命的原因分析

赵 艺 八钢板簧有限公司，乌鲁木齐 830022

关键词：原材料 热处理 喷丸 1 前 言

我国目前载重车的悬架系统一般都采用钢板弹簧，客车多为变截面钢板弹簧和空气弹簧，钢板弹簧承载能力大，空载和满载情况下刚度变化也大，常影响汽车的平顺性和乘坐舒适性，表现为空车颠满载不颠，为此钢板弹簧又有渐变刚度簧、复合簧、变截面簧等以解决此类问题，钢板弹簧因其技术含量不高全国有大小板簧厂几百家，水平良莠不齐。空气弹簧承载能力大，空载和满载情况下刚度变化不大，汽车的平顺性和乘坐舒适性都非常好，但技术含量高价格高，我国目前只有二汽等大型具有科研实力的企业在研究并试生产未形成规模，因此汽车配件市场目前仍是钢板弹簧占主导地位。

汽车钢板弹簧是汽车悬挂系统中主要零件之一，起着车轮和车架之间连接的作用。它除了承受车厢及载荷的重量外，还要承受因路面不平所引起的冲击载荷和震动。由此可见，钢板弹簧主要是作为减震、贮能零件使用的。它既能吸收大量弹性功，又不允许发生任何永久变形。为了获得汽车最佳的平顺性，良好操纵的稳定性，必须保证钢板弹簧的高强度和具有较高的使用寿命。 2 影响其寿命的主要因素 2.1 原材料的选用

对于板簧而言有了高的弹性极限后，在使用中才不易发生永久变形，而淬火时钢材获得全部为马氏体时，其机械性能沿截面分布均匀，钢材才能发挥出最大的弹性极限来。钢材内如含有其他非马氏体组织，则其心部机械性能低，尤其是冲击韧性低，均能降低它的弹性极限，屈服极限。因此首先要求钢材有适宜的淬透性，材质不同，淬透性不同。

我国板簧行业执行的是汽车行业标准QCn29035-91，规定疲劳寿命≥8万次为合格品，因此我们选用材料的标准为最终的疲劳寿命能否达到行标的要求，如最常用的材料60Si2Mn淬透厚度为≤12mm，但≤14mm厚钢板疲劳寿命均能达到并超过8万次要求，组织中除马氏体外还有少量的贝氏体和未溶铁素体。厚度＞14mm钢板质量则达不到8万次要求，组织中除马氏体外有大量的贝氏体和未溶铁素体，用户对这种簧反映多为断裂较早。50CrVA淬透厚度为≤25mm，多用于厚簧。国内有很多小厂采用道轨改制料（65Mn）制作板簧，价格低廉，但因65Mn只适用于小截面簧，淬透性低，一般正规厂家不使用。 2.2 原材料的质量

原材料质量包括原材料外在质量和内在质量两个因素。原材料外在质量的缺陷一般有：划痕、坑疤、碰伤、撬皮、锈蚀、侧裂、脱碳层超标等。原材料内在质量的缺陷一般有：非金属夹杂物、气孔、缩孔、带状组织、组织疏松、严重的碳化物偏析、发裂以及碳、合金含量低等。原材料的这些缺陷最终都会降低板簧的疲劳寿命，原材料锈蚀在热处理过程中还会造成热处理硬度不足，原材料含碳、合金含量低，造成材料强度低、淬透性及淬硬性差，加大了热处理难度使钢板硬度不足并难以解决，这点对含碳量较低的

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50CrVA钢料尤其明显，比如2001年我厂使用的江阴兴澄产20×90板料（50CrVA），淬火硬度难以合格，严重影响了热处理的生产，即使硬度合格疲劳寿命也达不到合格要求。因此加强原材料的质量管理是保证板簧质量的先决条件。 2.3 热处理的质量

对于板簧来说，热处理质量是板簧产品生产的关键所在。热处理质量主要取决于合理的热处理制度、设备状况及操作人员的素质，在制度健全的情况下操作人员的综合素质最为关键。

板簧热处理工艺控制主要取决于钢板加热温度和加热时间这两个主要因素，我厂使用的的是煤气加热炉，60Si2Mn的淬火温度一般为1 040～1 060℃，50CrVA的淬火温度一般为1 030～1 050℃，温度过低组织中易出现铁素体且钢板变形增大，温度过高会使奥氏体晶粒粗大，对冷却时发生的相变及钢的性能都有影响，必须加以控制。但是仅仅在炉温设定上确定这两个参数是很不够的。随着热处理工艺水平的提高，需要控制的参数也越来越多。而且各参数之间是互相影响互相制约的。只有将炉子各相关因素调配得好才能使炉温符合炉子设定温度，保证加热需要。现场操作影响淬火硬度和变形的主要因素有：加热温度，出炉温度，炉膛两侧温度是否均匀，炉膛温度的稳定性，加热时间的长短以及装炉方式等。

对于采用高焦混合煤气做为燃料的连续式热处理炉来说，顶吹的燃烧形式是火焰沿炉顶表面径向散开，轴向速度很小，火焰短而平，这种火焰是靠增大辐射面积，加强定向辐射，使整个加热区域温度更加均匀，避免了长火焰温度不均匀的现象。这种炉子的调整方法相对较简单，三个加热区三个烧嘴，对风的调整不大，钢板加热时间不宜过长，时间过长出炉口较黑，对16mm厚钢板和50CrVA料淬火硬度有影响，这种炉子在两侧温差较大产生侧弯或一端硬度不足的情况下不好调整，调整煤气开度大小可适当解决，总之相比较而言这种炉子炉膛温差变化不大，钢板受热较均匀，炉子比较好操作。

采用侧烧嘴的炉子可以根据炉子产量、片长和材质的不同，组织不同的炉温制度，使整个加热段沿炉长方向上温度接近，但在炉宽方向上温度不均匀，这时必须调整火焰长度，使炉宽方向上有合适的温度分布。这就对操作人员提出较高要求，炉子配风要求合适。

配风的基本规则是：正确控制燃料量和空气量的配比，是合理组织燃料燃烧的重要条件，在保证燃料完全燃烧的条件下，使空气量超过燃烧所需理论量最少，亦即空气系数最小，则燃烧温度最高，炉子加热速度最快，而燃料消耗量亦最低，图示为空气系数与燃烧温度的关系：

由图可知，当供给的空气量增加为理论值的1.3倍，即空气系数增大为1.3时，燃烧温度由2 140℃降至1 680℃；相反，空气系数降为0.7时，燃烧温度则更降至1 600℃。燃烧温度大幅度降低，必然导致燃料消耗量增加。

对于这种有焰燃烧其主要矛盾是煤气与空气的混合，混合得愈完善，则火焰愈短，燃烧在较小的区域内进行，火焰的温度比较高。当煤气与空气的混合不好，则火焰拉长，火焰温度较低。合理运用这一点可以根据材料不同、片长不同得到不同的加热制度，满足生产需要。空气消耗系数增大时，氧的浓度增大，因此燃烧完全，火焰长度缩短。但是空气消耗系数达到一定值以后，火焰长度基本保持不变。从烧嘴窥视孔可看出火焰发蓝的一般空气量多了，橘黄色为基本合适。

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不正确地控制燃料量与空气量的配比，还会增加烟气量和产生不完全燃烧气体，如在1 100℃空气系数α为1.0时，离炉烟气带走的热损失为48%，α为0.7时为78%，α为0.9时为58%，α为1.1时为53%，α为1.2时为57%，α为1.3时为62%，因此可以看出，加热炉出炉废气带走的热量占总热支出的30%～80%，是热损失中最主要的一项。

在保证燃料完全燃烧的前提下，应尽可能降低空气消耗系数，以提高燃烧温度，减少废气量。但如果空气量不足，不仅燃耗不能降低，而且恶化了炉膛热交换，要控制合理的废气温度。废气温度越高，废气带走的热量越多，热效率越低。但废气温度太低，炉内的平均炉温水平降低，炉内热交换恶化，加热太慢，炉子生产率下降。

因此侧吹式加热炉控制起来较困难，控制不好会导致炉内温度比设定温度高，钢板晶粒易粗大，导致过热倾向，或者是炉膛温度不稳定，温度一会儿高一会儿低，影响钢板加热均匀，亦或是长钢板靠近炉墙的部分温度高中间温度低，两头有过热倾向等。故钢板质量好坏在现场实际就是操作人员素质和责任心的体现。

回火质量是热处理质量的重要组成部分，回火时间过短消除不了淬火应力会导致钢板断裂，因此回火时间一般不能低于50min，回火为中温回火，温度为480～510℃，能得到回火屈氏体组织,能保证在足够韧性条件下达到最高的弹性极限。我公司≤13mm厚钢板疲劳试验基本都能保持8万次不断记录。行标要求板簧的硬度应为HB375～443(压痕直径为φ2.90～φ3.15)，钢板软、硬从单片疲劳试验上看对疲劳寿命没有直接影响，但硬度软了会导致总成发生过量塑性变形，强度下降。 2.4 喷丸的质量

喷丸是钢板弹簧最简单又必不可少的工序，喷丸质量对钢板使用寿命有着重要的作用，一般未经喷丸的钢板寿命只有已喷丸钢板的1/2甚至更少，喷丸中用大钢丸和新钢丸会使弧高变形量加大，但使簧片喷丸表面粗糙度增加，带棱角的钢丸还会导致钢板表面有微裂纹产生，反而使喷丸效果打折扣，因此在生产中最好是新、旧钢丸混合使用以充分发挥旧钢丸没有棱角，不会造成钢板表面微裂纹产生，强化效果好的优越性。在实际生产中衡量喷丸强度通常用喷丸变形量是否达到工艺要求作为标准，过喷会导致产生过大的表面粗糙度或表面微裂纹，同样会降低疲劳强度，因此也应避免。 3 结 论

在设计、生产和使用中影响钢板弹簧使用寿命的因素还很多，要保持名牌的称号，我们必须加强全面质量管理，加大管理力度，提高操作人员素质，最大限度的从生产上提高钢板弹簧使用寿命。

参考文献

〔1〕 《热处理手册》机械工业出版社2001. 〔2〕 《汽车悬架资料》 〔3〕 《加热炉》

作者简介 赵艺，女，34岁，板簧工艺专业工程师，助工。单位：八钢板簧有限公司；专业领域：板簧工艺；电话：33446，E-mail:zhaoyizhy@sohu.com

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