鈮在彈簧鋼中的應(yīng)用
鈮在彈簧鋼中的應(yīng)用
車懸掛彈簧用微合金鋼的開發(fā)
??? 隨著不斷地強調(diào)減輕客車重量,人們也越來越多地將注意力放在了發(fā)展輕型懸掛部件上。集中在開發(fā)能承受更高工作應(yīng)力的彈簧鋼，從而允許使用更細(xì)的金屬線來減少卷曲彈簧的重量?，F(xiàn)已開發(fā)出一種含微量合金的彈簧鋼，其抗拉強度為2000MPa，其斷裂韌性與普通的抗拉強度為1725MPa的普通彈簧鋼相同。疲勞試驗表明，在比目前使用的普通彈簧鋼還要高的工作應(yīng)力下，可以獲得非常好的耐疲勞性和耐垂弛性。這些條件的改善可以降低含碳量，并可獲得細(xì)晶奧氏體組織，同時通過合理的形變熱處理可改善微合金碳氮化物的分散度。
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??? （1） 鋼的化學(xué)成分及工藝
??? 表1給出了該鋼的標(biāo)定成分，并檢測了各種合金添加物對組織和性能的影響。可以看出該新鋼種與其他類鋼的顯著差別就是含碳量較低，從而很大程度地改善了斷裂韌性。該鋼是經(jīng)過電爐冶煉﹑鋼包精煉和連鑄而生產(chǎn)出來的，熱軋是在一套裝備有斯太摩控制冷卻裝置的連軋機上進行的。
??? （2）在熱處理條件下的顯微組織和性能
??? 熱處理條件是925℃奧氏體化﹑油淬火和340℃2小時回火。在微合金化彈簧鋼的組織中發(fā)現(xiàn)有馬氏體塊狀結(jié)構(gòu)，在孿晶間界帶內(nèi)發(fā)現(xiàn)細(xì)小彌散的碳化物，有可能是在再加熱和熱軋過程中未被溶解的Nb和V的碳化物，其拉伸性能見表2，可見微合金化鋼具有明顯高的屈服強度和拉伸強度。
??? （3）疲勞性能
??? 該微合金化鋼的疲勞極限高于SAE9259。
??? （4）斷裂韌性
??? 兩種鋼的斷裂韌性，微合金化鋼顯出較高的韌性。
??? 總之，開發(fā)的該種微合金的彈簧鋼可以在汽車懸掛裝置中有效地用作高應(yīng)力卷曲彈簧。其較高的抗拉強度和較好的抗疲勞性能可以被用于減輕重量。實現(xiàn)減輕重量將是彈簧設(shè)計和鋼性能的一個主要任務(wù)，并表明可以獲得很好的抗疲勞性能和耐垂弛性。
??? 車懸掛彈簧用Nb﹑V沉淀強化彈簧鋼減重25%
??? 日本多數(shù)汽車用SAE9260制作懸掛彈簧，帶來諸多安全問題。開發(fā)高抗彈減性的彈簧用鋼迫在眉睫。SAE9260的典型成分如下例：
??? Co.59﹑Si2.17﹑Mn0.86﹑P0.025﹑S0.010﹑Cr0.15﹑Al0.018。
??? SAE9260鋼中加Nb或Nb﹑V復(fù)合，同時能達到細(xì)化晶粒，沉淀強化的目的。從而提高彈簧的抗彈減性。
??? （1）SAE9260加Nb-V處理的特點細(xì)化晶粒，晶粒尺寸為原鋼的1/4。
??? 化學(xué)成分A3-A6的奧氏體晶粒度明顯優(yōu)于SAE9260,奧氏體化溫度越低越優(yōu)越。
??? （2）淬透性
??? 淬透性是生產(chǎn)熱卷制彈簧的一個重要因素。
??? Nb-V處理鋼的淬透性如曲線示出的末端值，實際上是和SAE9260相當(dāng)，只表示出Nb-V炭化物完全溶固時的炭含量的作用。似乎與Nb﹑V無關(guān)，但當(dāng)遠離端點時，就明顯地示出加Nb﹑V的優(yōu)越性。
??? （3）回火后的性能
??? 1. 硬度
??? 只加Nb的9260-Cb和不加Nb的9260b是處在同一水平，而加V加Nb的9260V-Cb3和只加V的9260-V2也是同樣硬化趨勢。9260-V2加V0.29。只有9260-V-Cb3最好。
??? 2. 屈服強度
??? 不同Nb﹑V含量鋼的回火后硬度和0.05%屈服強度,0.2%屈服強度，0.2%扭轉(zhuǎn)屈服強度，在同一硬度水平上加Nb﹑V的9260b要高得多，高出100MPa左右，而扭轉(zhuǎn)屈服強度加Nb﹑V更優(yōu)越。
??? （4）鈮﹑釩復(fù)合處理的抗彈減性
??? 在1030MPa和1128MPa應(yīng)力條件通過應(yīng)力松弛試驗確定抗彈減性。在大生產(chǎn)線卷制彈簧，900℃淬火。回火后在生產(chǎn)線上噴丸處理。
??? 殘余剪應(yīng)變似乎是硬度的函數(shù)，隨硬度的提高而降低。盡管SAE9260是所有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的彈簧鋼中抗彈減性最高，但是加Nb﹑V處理的鋼抗彈減性是令人興奮的。這種鋼可在高應(yīng)力下使用，減輕彈簧的重量。
??? （5）Nb在SAE9260+Nb
??? V沉淀硬化熱卷制彈簧中的作用在于不改變原SAE9260懸掛彈簧生產(chǎn)線的情況下，實施了SAE9260Nb﹑V處理鋼彈簧的生產(chǎn)。
??? 只加Nb在低于1100℃奧氏體化﹑沉淀硬化效果，微乎其微，只以細(xì)化晶粒提高抗彈減性。但是只加V可產(chǎn)生沉淀強化和細(xì)化晶粒效果，但釩的碳化物在生產(chǎn)線上的短時間溶于奧氏體中是困難的。試驗指出在900℃奧氏體化時只加釩的釩碳化物完全溶解需要10分鐘，而Nb-V復(fù)合加入時只需1分鐘。從不改變生產(chǎn)線的觀點看，加Nb-V是有道理的。這似乎是NbC的存在，促進了釩的溶解。
??? （6）其他幾點結(jié)論
???? 1. SAE9260加V對抗彈減性不利，對斷裂韌性不利。
???? 2. SAE9260-V處理后，對耐蝕性無影響，對腐蝕疲勞無影響。
???? 3. 疲勞性能Nb-V處理鋼與原SAE9260無差別，疲勞極限均為745MPa，無論是噴丸或研磨表面試驗結(jié)果表明，鋼種間均無別。
???? 4. 加B﹑Nb﹑V處理鋼，由于B進一步提高淬透性。用該鋼扭桿已實用化。
??? （7）SAE9260加Nb﹑V處理鋼的生產(chǎn)工藝和熱卷彈簧制作，均可沿用SAE9260一系列工藝操作，沒有任何困難。