汽車穩(wěn)定桿零件熱處理工藝研究

楊逸　魏玥　陳玉月　徐佳來　宋立夫

【摘 要】通過一系列試驗研究了汽車穩(wěn)定桿水基溶液淬火后的性能。各實驗結(jié)果表明，穩(wěn)定桿以水基淬火液為介質(zhì)，溫度控制在10～30℃進行循環(huán)冷卻，冷卻時間為3～5min，再加熱至450～480℃回火，保溫1.5h后其力學性能很好，熱處理組織為回火托氏體，硬度值為43～45HRC，疲勞壽命不低于100萬次，平行度誤差控制在平行度誤差在0.70mm～1.10mm，試樣加載產(chǎn)生一定位移后未發(fā)生屈服現(xiàn)象。實踐證明，水基溶液淬火后的各項指標均滿足穩(wěn)定桿的使用要求。

【關(guān)鍵詞】穩(wěn)定桿;水基溶液;金相試驗;疲勞試驗;剛度試驗

中圖分類號： U463.33 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）10-0060-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.10.023

橫向穩(wěn)定桿是汽車懸架中的一種輔助彈性元件。它的目的是提高側(cè)傾剛度，改善汽車的操縱穩(wěn)定性和行駛平順性1-2。橫向穩(wěn)定桿是用彈簧鋼制成的扭桿彈簧，形狀呈“U”形，橫置在汽車的前后兩端，當車身傾側(cè)時，橫向穩(wěn)定桿發(fā)生扭轉(zhuǎn)，桿身的彈力轉(zhuǎn)化為繼續(xù)傾側(cè)的阻力，起到橫向穩(wěn)定的作用，這就要求橫向穩(wěn)定桿有較高的彈性極限和疲勞強度。本文中穩(wěn)定桿使用50CrV材料進行水基溶液淬火，并回火，通過相關(guān)試驗驗證熱處理后穩(wěn)定桿的性能，穩(wěn)定桿形狀如圖1所示。

1 試驗材料及方法

1.1 熱處理工藝

本試驗所用材料為50CrV熱軋圓鋼，在專用切斷模具上截取Φ40mmx896mm毛坯。50CrV是一種合金彈簧鋼，具有良好的綜合力學性能和工藝性，淬透性好，回火穩(wěn)定性良好，疲勞強度高，工作溫度可高達500℃，低溫沖擊韌度良好，焊接性差，通常在淬火并中溫回火后使用。

將折彎后的穩(wěn)定桿放入加熱爐內(nèi)加熱，溫度控制在840～860℃，然后將穩(wěn)定桿放入水基淬火液中冷卻，淬火液溫度控制在10～30℃，冷卻時間為3～5min，冷卻后將毛坯放入到井式爐內(nèi)進行460～480℃回火，并保溫1.5h，出爐后將穩(wěn)定桿放入水中快冷120s消除回火脆性。熱處理時需注意以下幾點：

（1）淬火系統(tǒng)穩(wěn)定。為防止穩(wěn)定桿淬火變形和開裂，淬火劑的冷卻能力應(yīng)較緩。本文中淬火工藝都是一次一件，需要設(shè)計循環(huán)系統(tǒng)，因為冷卻時隨著穩(wěn)定桿件數(shù)的增加，淬火液如果不流動溫度會升高，冷卻能力下降，另使用水基淬火液冷卻時需用折光儀定期檢查淬火介質(zhì)濃度，檢測其冷卻性能并清理液槽中雜質(zhì)。

（2）回火。穩(wěn)定桿淬火后內(nèi)部存在較大應(yīng)力，放置過程中易產(chǎn)生較大變形甚至開裂，所以淬火后穩(wěn)定桿停留時間一般不超過3h，然后進行集中回火以達到節(jié)約能源和提高回火爐的利用率，降低保溫消耗的目的，在文獻3～4中回火都是高溫回火，本文所述工藝采用的是中溫回火，穩(wěn)定桿重要性能之一是其彈性性能，中溫回火可獲得回火托氏體，具有較高的彈性極限和疲勞強度。

1.2 試驗方法

金相試驗及硬度測試：在熱處理后的穩(wěn)定桿上截取長度為15mm的試樣進行進行研磨拋光，然后用3%硝酸酒精溶液進行腐蝕，用光學顯微鏡觀察試樣組織結(jié)構(gòu)并測定其硬度。

疲勞試驗：穩(wěn)定桿的主要失效形式是疲勞，要求其具有良好的疲勞性能，現(xiàn)分別隨機抽取3根熱處理后的穩(wěn)定桿進行疲勞試驗。，試驗100萬次后測穩(wěn)定桿的平行度。

鹽霧試驗：將穩(wěn)定桿放入鹽霧機中進行耐腐蝕性測試，過120小時后觀察穩(wěn)定桿表面情況。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 顯微組織及硬度分析

對試樣研磨拋光，采用4%硝酸酒精溶液進行腐蝕。用光學顯微鏡觀察穩(wěn)定桿的顯微組織，如圖2所示。圖中的顯微組織為回火托氏體，組織細小均勻，碳化物顆粒彌散分布，穩(wěn)定桿具有較高的強韌性。熱處理工藝后進行硬度檢測，試樣硬度值從中心至表面硬度在43～45HRC，從中心到表面具有一定的梯度。

2.2 疲勞壽命分析

穩(wěn)定桿長期受交變載荷作用，其主要失效形式為疲勞，因此要求其具有較高的疲勞性能，現(xiàn)隨機抽取3件熱處理后的穩(wěn)定桿進行疲勞實驗。一般汽車按10年報廢計算，試驗要求穩(wěn)定桿平均疲勞壽命不低于100萬次，實驗結(jié)束后兩端平行度誤差不大于3.0mm且表面無裂紋等缺陷。試驗時震動幅度為10mm，疲勞機所提供最大壓力為100KN，試驗震動頻率為150n/min，試驗結(jié)果如表1所示。

試驗后檢測發(fā)現(xiàn)所測3件試樣表面都沒有裂紋和其他現(xiàn)象。從表1中還可知，隨著加載次數(shù)的增加誤差逐漸增大，所測誤差值在0.95mm～1.66mm之間，穩(wěn)定桿疲勞壽命符合要求。

2.3 抗腐蝕分析

將穩(wěn)定桿放入鹽霧腐蝕試驗箱，箱內(nèi)溫度35℃，采用鹽水濃度5%，鹽霧沉降量為1.5ml/h，經(jīng)過150h，穩(wěn)定桿漆膜無起泡自然脫落現(xiàn)象，用膠帶粘貼，亦無脫落現(xiàn)象。

3 結(jié)論

50CrV穩(wěn)定桿經(jīng)840～860℃加熱，經(jīng)10～30℃水基溶液淬火，460～480℃中溫回火并快速水冷的熱處理工藝是合理的。通過試驗檢測性能符合穩(wěn)定桿的使用要求，消除了油淬火時的缺陷，降低了生產(chǎn)成本，經(jīng)濟效益顯著，應(yīng)用前景廣泛，可以為同類材料或產(chǎn)品的熱處理工藝提供參考。

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