汽车中的板簧的断裂失效材料.doc

材料断裂理论与失效分析 汽车中的板簧的断裂失效分析 专业： 材料工程（锻压） 类型： 应用型 姓名：*** 学号： 15S****** 汽车中的板簧的断裂失效分析 引言 汽车板簧是汽车悬架系统中最传统的弹性元件，由于其可靠性好、结构简单、制造工艺流程短、成本低而且结构能大大简化等优点，从而得到广泛的应用。汽车板簧一般是由若干片不等长的合金弹簧钢组合而成一组近似于等强度弹簧梁。在悬架系统中除了起缓冲作用而外，当它在汽车纵向安置，并且一端与车架作固定铰链连接时，即可担负起传递所有各向的力和力矩，以及决定车轮运动的轨迹，起导向的作用，因此就没有必要设置其它的导向机构，另外汽车板簧是多片叠加而成，当载荷作用下变形时，各片有相对的滑动而产生摩擦，产生一定的阻力，促使车身的振动衰减，但是板簧单位重量储存的能量最低，因些材料的利用率最差。 材质是什么？65Mn/低碳钢哪一类合适？ 材质一般为硅锰钢。因为碳素弹簧钢因淬透性低，较少使用于汽车中；锰钢淬透性好，但易产生淬火裂纹，并有回火脆性。因此，硅锰钢在我国应用在汽车的板簧上较为广泛。 65Mn钢更为合适，因为： 低碳钢为碳含量低于0.25%的碳素钢，因其强度低、硬度低而软，又称软钢。它包括大部分普通碳素结构钢和一部分优质碳素结构钢，大多不经热处理用于工程结构件，有的经渗碳和其他热处理用于要求耐磨的机械零件。低碳钢退火组织为铁素体和少量珠光体，其强度和硬度较低，塑性和韧性较好。因此可以看出，低碳钢不符合板簧材料高强度和高硬度的要求。 65Mn弹簧钢，含有0.90%~1.2%的Mn元素，提高了材料的淬透性，φ12mm的钢材油中可以淬透，表面脱碳倾向比硅钢小，经热处理后的综合力学性能优于碳钢，但有过热敏感性和回火脆性。Mn是弱碳化物形成元素，在钢中主要以固溶的形式存在于基体中。一部分固溶于铁素体（或奥氏体），另一部分形成含Mn的合金渗碳体（Fe、Mn）。Mn还能显著提高钢的淬透性，改善热处理性能，强化基体、降低珠光体的形成温度，细化珠光体的片间距离，从而提高钢的强度和硬度。总体上，钢中加入锰为0.9%~1.2%，使淬透性和综合性能有所提高，脱碳倾向减小，但有过热倾向及回火脆性，易出现淬火裂纹。且锰钢价格便宜，资源丰富。常用作小尺寸各种扁、圆弹簧、座垫弹簧、弹簧发条，也可制作弹簧环、气门簧、离合器簧片、刹车弹簧及冷拔钢丝冷卷螺旋弹簧。 综上所述，应用65Mn钢更为合适。 所选材质的合金化原理、性能特点、典型热处理工艺。 材质的合金化原理 65Mn钢化学成分见表2.1，一般其抗拉强度σb(MPa)≥980(100)；屈服强度σs(MPa)≥784(80)；伸长率δ10(%)≥8；断面收缩率ψ(%)≥30；硬度：热轧≤302HB，冷拉+热处理≤321HB。 表2.1 65Mn钢化学成分 C Si Mn P S Cr Ni Cu 含量 0.62~0.70 0.17~0.37 0.90~1.20 ≤0.020 ≤0.10 ≤0.15 ≤0.20 材质的性能要求 板簧钢应具有优良的综合性能，如力学性能(特别是弹性极限、强度极限、屈强比)、抗弹减性能(即抗弹性减退性能，又称抗松弛性能)、疲劳性能、淬透性、物理化学性能(耐热、耐低温、抗氧化、耐腐蚀等)。因此所选材质应具有较高的强度以及适当的韧性，并且具有较高的弹性极限、较好的弹性减退抗力以及较高的屈强比，为了防止板簧在交变应力下发生疲劳和断裂，弹簧应具有较高的疲劳强度和耐蚀等性能，通常为σ0.2≥1160MPa，σb≥1280MPa，δ10≥5%，ψ≥25%。 汽车板簧在工作中反复承受交变弯曲应力，故对板簧的表面质量要求很高，不允许其表面有缺口、裂纹、折叠和斑疤等，表面即使存在微小缺陷和损伤，也会由此产生应力集中，形成疲劳源，导致板簧早期疲劳断裂口。有研究指出，断裂板簧的裂源正好萌生于小坑处，并且小坑处组织为针状马氏体，且有淬火裂纹存在。故板簧表面的小坑及裂纹是引起板簧早期疲劳断裂的根源。 为了满足上述性能要求，板簧钢应具有优良的冶金质量(高的纯洁度和均匀性)、良好的表面质量(严格控制表面缺陷和脱碳)、精确的外形和尺寸。 材质典型的热处理工艺 板簧的主要制造工艺过程为：下料一钻孔一轧制切头一校正一第一片卷耳一端磨一淬火一回火一喷丸一探伤一油漆一测试。即使是同样的材料，其热处理是否合理，导致的寿命相差也很大。因而通常材料在淬火得到马氏体后，进行回火处理，可得到碳化物尚未发生明显的聚集长大，保持弥散的分布状态的回火组织。淬火所造成的第二类内应力也几乎