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浅谈汽车稳定杆零件热处理工艺

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【摘要】通过一系列试验研究了汽车稳定杆水基溶液淬火后的性能。各实验结果表明,稳定杆以水基淬火液为介质,温度控制在10~30℃进行循环冷却,冷却时间为3~5min,再加热至450~480℃回火,保温1.5h后其力学性能很好,热处理组织为回火托氏体,硬度值为43~45HRC,疲劳寿命不低于100万次,平行度误差控制在平行度误差在0.70mm~1.10mm,试样加载产生一定位移后未发生屈服现象。实践证明,水基溶液淬火后的各项指标均满足稳定杆的使用要求。

【关键词】稳定杆;水基溶液;金相试验;疲劳试验;刚度试验

横向稳定杆是汽车悬架中的一种辅助弹性元件。它的目的是提高侧倾刚度,改善汽车的操纵稳定性和行驶平顺性1-2。横向稳定杆是用弹簧钢制成的扭杆弹簧,形状呈“U”形,横置在汽车的前后两端,当车身倾侧时,横向稳定杆发生扭转,杆身的弹力转化为继续倾侧的阻力,起到横向稳定的作用,这就要求横向稳定杆有较高的弹性极限和疲劳强度。本文中稳定杆使用50CrV材料进行水基溶液淬火,并回火,通过相关试验验证热处理后稳定杆的性能,稳定杆形状如图1所示。

1试验材料及方法

1.1热处理工艺

本试验所用材料为50CrV热轧圆钢,在专用切断模具上截取Φ40mmx896mm毛坯。50CrV是一种合金弹簧钢,具有良好的综合力学性能和工艺性,淬透性好,回火稳定性良好,疲劳强度高,工作温度可高达500℃,低温冲击韧度良好,焊接性差,通常在淬火并中温回火后使用。将折弯后的稳定杆放入加热炉内加热,温度控制在840~860℃,然后将稳定杆放入水基淬火液中冷却,淬火液温度控制在10~30℃,冷却时间为3~5min,冷却后将毛坯放入到井式炉内进行460~480℃回火,并保温1.5h,出炉后将稳定杆放入水中快冷120s消除回火脆性。热处理时需注意以下几点:(1)淬火系统稳定。为防止稳定杆淬火变形和开裂,淬火剂的冷却能力应较缓。本文中淬火工艺都是一次一件,需要设计循环系统,因为冷却时随着稳定杆件数的增加,淬火液如果不流动温度会升高,冷却能力下降,另使用水基淬火液冷却时需用折光仪定期检查淬火介质浓度,检测其冷却性能并清理液槽中杂质。(2)回火。稳定杆淬火后内部存在较大应力,放置过程中易产生较大变形甚至开裂,所以淬火后稳定杆停留时间一般不超过3h,然后进行集中回火以达到节约能源和提高回火炉的利用率,降低保温消耗的目的,在文献3~4中回火都是高温回火,本文所述工艺采用的是中温回火,稳定杆重要性能之一是其弹性性能,中温回火可获得回火托氏体,具有较高的弹性极限和疲劳强度。

1.2试验方法

金相试验及硬度测试:在热处理后的稳定杆上截取长度为15mm的试样进行进行研磨抛光,然后用3%硝酸酒精溶液进行腐蚀,用光学显微镜观察试样组织结构并测定其硬度。疲劳试验:稳定杆的主要失效形式是疲劳,要求其具有良好的疲劳性能,现分别随机抽取3根热处理后的稳定杆进行疲劳试验。,试验100万次后测稳定杆的平行度。盐雾试验:将稳定杆放入盐雾机中进行耐腐蚀性测试,过120小时后观察稳定杆表面情况。

2试验结果与分析

2.1显微组织及硬度分析

对试样研磨抛光,采用4%硝酸酒精溶液进行腐蚀。用光学显微镜观察稳定杆的显微组织,如图2所示。图中的显微组织为回火托氏体,组织细小均匀,碳化物颗粒弥散分布,稳定杆具有较高的强韧性。热处理工艺后进行硬度检测,试样硬度值从中心至表面硬度在43~45HRC,从中心到表面具有一定的梯度。

2.2疲劳寿命分析

稳定杆长期受交变载荷作用,其主要失效形式为疲劳,因此要求其具有较高的疲劳性能,现随机抽取3件热处理后的稳定杆进行疲劳实验。一般汽车按10年报废计算,试验要求稳定杆平均疲劳寿命不低于100万次,实验结束后两端平行度误差不大于3.0mm且表面无裂纹等缺陷。试验时震动幅度为10mm,疲劳机所提供最大压力为100KN,试验震动频率为150n/min,试验结果如表1所示。试验后检测发现所测3件试样表面都没有裂纹和其他现象。从表1中还可知,随着加载次数的增加误差逐渐增大,所测误差值在0.95mm~1.66mm之间,稳定杆疲劳寿命符合要求。

2.3抗腐蚀分析

将稳定杆放入盐雾腐蚀试验箱,箱内温度35℃,采用盐水浓度5%,盐雾沉降量为1.5ml/h,经过150h,稳定杆漆膜无起泡自然脱落现象,用胶带粘贴,亦无脱落现象。

3结论

50CrV稳定杆经840~860℃加热,经10~30℃水基溶液淬火,460~480℃中温回火并快速水冷的热处理工艺是合理的。通过试验检测性能符合稳定杆的使用要求,消除了油淬火时的缺陷,降低了生产成本,经济效益显著,应用前景广泛,可以为同类材料或产品的热处理工艺提供参考。

【参考文献】

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[2]刘一夫,朱茂桃,陈阳,等.横向稳定杆对整车侧倾及纵倾特性的影响[J].机械设计,2013,30(2):92-96.

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[5]崔忠圻,覃耀春.金属学与热处理第2版[M].北京:机械工业出版社,2010:331.

[6]翟崇琳,刘丽琴,苗进.汽车稳定杆热锻工艺研究及热弯模具设计[J].模具工业,2016.01:51-53.

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[8]任颂赞,张静江,陈纸如等.钢铁金相图谱[M].上海:上海科学技术文献出版社,2003.06:179.

作者:杨逸 魏玥 陈玉月 徐佳来 宋立夫 单位:宿迁学院机电工程学院

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