改善汽车悬架扭杆弹簧疲劳性能的方法

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1、22技术纵横轻型汽车技术2010(5／6)总249／250改善汽车悬架扭杆弹簧疲劳性能的方法余久锋黄泽勇(宁波跃进汽车前桥有限公司)摘要本文通过对LZ1020车型扭杆弹簧的热处理工艺、强化手段等改进的研究，总结出改善汽车扭杆弹簧疲劳性能的方法。关键词：疲劳应力脱碳层回火温度强化1问题提出2影响扭杆疲劳寿命的因素LZ1020型汽车是整车厂在原成功的6400底盘从相关资料和以往的经验看，影响扭杆疲劳寿基础上改进而成的车型，该车前悬架中的扭杆弹簧命的主要因素为材料、结构细节与表面状态、热处只在原6400杆径为19．6mm的基础上改成理、表面冷作强化程度等。26mm、

2、长度和端部花键未作改动，设计企图是在3具体措施相关零件改动最少、达到最大互换性的情况下提高悬架的承载能力和抗超载能力。这种情况下，扭杆的针对影响扭杆疲劳寿命的因素，采取相应的措工作应力比6400型要高出许多，表1列出改动前的施以提高扭杆寿命。6400型及改动后的LZ1020型扭杆的应力比较。3．1材料表1扭杆的工作应力不同的材料有不同的强度、塑性和韧性，这些＼车型6400LZl020性能的搭配的不同，疲劳性能也不同。对高周疲劳，参数～—～＼动载角动载角动载角应选择强度高的材料。LZ1020扭杆选材为＼为56。为45。为52。60Si2MnA，属Si—Mn系弹簧

3、钢，该钢具有高的抗拉动载时扭杆杆部扭转应力(MPa)781736850强度和高屈强比(盯s／仃b)、高的抗弹减性能，在动载时扭杆花键齿挤压应力(blPa)188406471我国弹簧钢产量中，该钢约占1／3，冶炼工艺成熟，动载时扭杆花键齿剪切应力(MPa)962l7251材料的纯度、晶粒度等均得到正常保证。由于这方若使用26mm扭杆，按常规推算出的动载角面而造成特殊疲劳源的可能性不大。从扭杆杆部和为45。，但从用户提供的有关资料看，其起初要求花键处取样，通过(×400)光学显微镜观察，结果说明的动载角为52。。从表1可看出，即使在动载角为了这一点：扭杆表面组织偏

4、析不明显，心部组织偏45。的情况下，花键部位的挤压应力和剪切应力也析、夹杂物分布在允许范畴之内，无明显的偏聚现超出正常范围，在动载角为52。情况下超出更多，象，组织为均匀细致的回火屈氏体。而表面无明显此时扭杆杆部的扭转应力也超出一般取值范围。由组织缺陷。可见，显微组织不是疲劳断裂的主要影此引出如何从各方面着手，改善疲劳陛能，使得扭杆响因素。弹簧在应力取值超出一般范围情况下仍保证疲劳寿有关资料推荐该钢可用于制造最大扭转应力命问题。约为880MPa的悬架扭杆。轻型汽车技术2010(5／6)总249／250技术纵横233．2结构细节与表面状态淬火加热的保护气，来降低

5、脱碳层的深度。与表2疲劳破坏起源于零件的薄弱环节，因此，必须减对比，表明扭杆的疲劳寿命有了提高。少和改善薄弱环节，以提高疲劳寿命。LZ1020扭杆的杆部与花键部位原以两个圆弧过渡，但由于该扭杆的杆径接近花键小径，使得两个圆弧之间不能理想圆滑过渡，形成尖角，对应力分布不利。后改用30锥角过渡，另外，表面粗糙度也严格控制，从而减少由于结构细节和表面原因而引起的疲劳破坏。3．3热处理3．3．1一般地讲，抗拉强度高的材料，其疲劳强度就高。为了提高疲劳强度，一般通过热处理提高硬度、抗拉强度。但硬度过高，其韧性不足，且高硬度区往往存在缺口应力集中敏感区，影响疲劳寿命(见图

6、1)。另外，几次疲劳断裂的断口均呈脆断，说明硬I9．2I．‘I．60-日1-I1．21．^l-6度偏高。因此，以不同的温度回火，寻找更合适的硬胞m度范围。表2是不同回火温度的试制情况。图2脱碳对疲劳寿命的影响／—＼表3充高纯氮作保护气．不同回火温度的情况／、l序号回火温度脱碳情况硬度疲劳角疲劳寿命／

7、／

8、l410℃脱碳不明显49～5lHRC12-52。6．1万／2450℃脱碳不明显46．5~48HRCl2-52。l2．5万3480℃脱碳不明显43．5-45HRCl2-52o56．8万鏊3．3_3热处理应力也影响扭杆的疲劳寿命。扭杆经整体淬火后，表面组织应力表现

9、为拉应力，心部表现为压应力。而脱碳层的存在，增加了表面组11213l‘I5●61织应力，使表面拉应力增加，降低了疲劳寿命。中温硬度(HRC)回火温度降低这些内应力，随着回火温度的提高，图1硬度与疲劳寿命的关系内应力逐步趋于消失。用x射线可以检测钢的内表2未充高纯氮作保护气。不同回火温度的情况应力在100—150℃回火时变化甚微，300~C仍残留较大的内应力，300—450oC回火时，应力急剧减小，高至序号回火温度脱碳情况硬度疲劳角疲劳寿命500—600~C内应力基本消除，参见图3。表面感应淬l410℃半脱碳0．06～0．08mm49～5lHRC12～52。5．

10、7万火却使扭杆表面建立压应力，对扭杆的