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貝氏體轉向節臂微合金非調質鋼(化學成分)的疲勞性能研究
由于降重、降耗節能和性價比最優化等優勢使微合金非調質鋼在國內外汽車行業得到越來越廣泛的應用。日本汽車行業采用調質處理的55%軸類材料和75%鍛造結構部件均已被微合金非調質鋼替代。同時微合金非調質鋼的應用還使零部件力學性能均勻性和機械加工性能得以改善,進一步降低了生產成本。一汽集團近年來開發研制了發動機曲軸、脹斷連桿、前軸、轉向節、轉向節臂、半軸、軸頭、螺栓等非調質鋼材料,其中部分鋼種已投入使用,取得了良好的經濟和社會效益。
商用車轉向節臂是汽車轉向系統中的重要安全件,起傳遞轉向力的作用,主要承受彎曲疲勞載荷,其斷裂將導致汽車無法轉向而引發嚴重的事故。因此,彎曲疲勞性能對于轉向節臂耐久性能非常重要。通常認為,鋼材的疲勞極限與抗拉強度呈正比,因此采用具有靜態高強度鋼來制造高疲勞性能要求的汽車部件。但是不同微觀組織的鋼材其抗拉強度和疲勞極限比值不同,因此對于承受高疲勞載荷的彈簧、連桿、齒輪及轉向節臂這類零件的用材必須進行疲勞性能的研究。
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C |
Si |
Mn |
P |
S |
Mo |
V |
Cu |
Ni |
0.29 |
0.27 |
1.86 |
0.012 |
0046 |
0.01 |
0.30 |
0.012 |
0.009 |
近年來,隨著產品的升級換代,許多商用車轉向系統增加了液壓助力裝置,使得轉向節臂承載應力進一步加大,部件局部最大受力達到900N/mm2以上,對其用材料提出了更高的要求。為此,一汽技術中心進行了MnV系貝氏體型轉向節臂微合金非調質鋼的開發,并進行了貝氏體非調鋼的彎曲疲勞性能及疲勞損傷機理等研究,證實了與調質處理的合金結構鋼相比,貝氏體微合金非調質鋼具有更優良的彎曲疲勞性能,可以滿足更高品質產品的要求。
東北特鋼提供的貝氏體微合金非調質鋼材料化學成分見下表:
新開發的貝氏體微合金轉向節臂非調質鋼具有優良的疲勞性能。其靜態力學性能略低于調質處理的42CrMoH的水平,而其彎曲中值疲勞極限達到950N/mm2,遠高于42CrMoH鋼調質處理后中值疲勞極限的729N/mm2。
疲勞斷口形貌分析表明,新開發的貝氏體微合金轉向節臂非調質鋼疲勞裂紋起源于最大拉應力表面,疲勞裂紋擴展路徑高低不平和起伏增加,存在二次裂紋和韌窩等,表明材料具有良好的韌性和疲勞性能。
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