重型汽車鋼板彈簧斷裂失效形式及應(yīng)用現(xiàn)狀

李勇

摘 要：鋼板彈簧（Leaf Spring）是廣泛用于汽車懸架結(jié)構(gòu)的具有一定彈性的元件，由寬度相等長度不相同的復(fù)合金屬彈簧片組合而成，該元件各個部位的強(qiáng)度是相等的，可以起到很強(qiáng)的減緩壓力的作用，但是鋼板彈簧由于長期受到大力壓迫導(dǎo)致其在達(dá)到一定的承受值后會發(fā)生斷裂，本文重點(diǎn)分析了鋼板彈簧斷裂的形式，并提出相關(guān)的技術(shù)改進(jìn)方案供相關(guān)生產(chǎn)商參考。

關(guān)鍵詞：鋼板彈簧；斷裂失效形式；應(yīng)用現(xiàn)狀

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.13.031

車輛在正常行駛時，會受到自身振動和外部一定強(qiáng)度的擠壓力作用，此時鋼板彈簧會壓縮從而吸收車輛的動能，將動能轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢能，由此車輛的動能逐漸被轉(zhuǎn)化，避免了巨大的沖擊作用，起到很好的緩沖效果，使車輛運(yùn)行更平穩(wěn)，操作更流暢，安全性更好。當(dāng)鋼板彈簧承受的壓力過大會發(fā)生斷裂失效，下面重點(diǎn)分析鋼板彈簧斷裂的幾種形式。

1 鋼板彈簧斷裂失效的形式

1.1 中心孔失效

中心孔是鋼板彈簧最脆弱的部位，因?yàn)殇摪鍙椈墒艿搅ψ饔脮r，其所承受的力會共同作用于中心孔，使其發(fā)生斷裂失效。其斷裂時會產(chǎn)生很多裂紋，其位于孔板的結(jié)合處，跨越整板。經(jīng)過專業(yè)人員研究發(fā)現(xiàn)，該種失效是由于螺栓松動，彈簧承受的作用力被匯集到中心孔，中心孔承受力的表面積小，故而力的強(qiáng)度就大，當(dāng)強(qiáng)度超過一定的值，孔就斷裂，導(dǎo)致裂紋，隨后彈簧便失效。

1.2 卷耳失效

車輛在行駛過程中會不可避免受到各種摩擦力以及外力碰撞作用，此外，司機(jī)在駕駛過程中也會出現(xiàn)掛擋力度過大等不規(guī)范的操作，如果卷耳和襯套之間過于緊密，會導(dǎo)致發(fā)熱，變硬等現(xiàn)象，這會使鋼板膨脹變大，導(dǎo)致一定的變型，使得彈簧卷上方失效。當(dāng)車輛行駛過長時間時，卷耳上已有的些許裂紋會進(jìn)一步加速斷裂，加速彈簧失效的過程。

1.3 腐蝕疲勞

鋼板彈簧持續(xù)受力，而且很多零件露天之后會遭到空氣腐蝕，生銹變型，致使彈簧在裂紋處承受力大幅度降低，裂紋便會不斷加深，當(dāng)達(dá)到極限時，彈簧便會斷裂。失效的切面看起來像是一系列同心的半圓形，在腐蝕和摩擦的作用下，裂紋外側(cè)變暗。

1.4 微振疲勞

微振疲勞失效發(fā)生在板簧片或者板簧與壓板之間，兩者的接觸面以極小的幅度振動并且相互擠壓，兩者的接觸面被磨得十分亮光，周圍會有很多摩擦?xí)r留下的粉末，兩者在不斷受力的過程中被損壞，致使彈簧失效，大大減小了彈簧的理論使用壽命。該種失效形式非常常見，也是改善這一情況的重點(diǎn)解決對象。

1.5 應(yīng)力腐蝕斷裂

應(yīng)力腐蝕斷裂是應(yīng)力和腐蝕力疊加作用的效果，當(dāng)兩種力共同作用時，彈簧發(fā)生斷裂，這個過程瞬間發(fā)生或者在原先斷紋的基礎(chǔ)上加深斷裂程度，進(jìn)而失效。應(yīng)力腐蝕斷裂發(fā)生有四個基本要素：

（1）承受力超過極限值，裂紋處更溶于達(dá)到該值。

（2）組成成分敏感，當(dāng)彈簧硬度過高時，容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕斷裂。

（3）環(huán)境中酸性過大，導(dǎo)致腐蝕嚴(yán)重腐蝕性環(huán)境。

（4）鋼板承受作用力的時間。

1.6 過載

過載斷裂是因?yàn)閺椈沙惺艿牧Τ^了鋼板組成材料的最大承受強(qiáng)度。一旦發(fā)生過載斷裂，那么會留下很大切面的斷裂痕跡，且呈發(fā)射狀，斷裂特征很明顯，具有一定的辨識性，方便專業(yè)人員進(jìn)行修復(fù)。

1.7 原件過熱

在對板簧的處理過程中，需要進(jìn)行加熱處理，在這個過程中極易出現(xiàn)過熱現(xiàn)象。有時甚至?xí)霈F(xiàn)包耳現(xiàn)象。在鋼板出現(xiàn)過熱現(xiàn)象時，其晶體粒子就會變得非常粗大，如果將其持續(xù)加熱，使其溫度超過1260度時，其晶體界面會溶解，出現(xiàn)過燒現(xiàn)象。當(dāng)一個鋼板出現(xiàn)了過燒情況，就沒有辦法再通過其他處理方法進(jìn)行補(bǔ)救了。如果使用的板簧出現(xiàn)了過燒現(xiàn)象，即使其硬度沒有發(fā)生很大的改變，但是會變得極其容易斷裂，從而受到稍微的撞擊時就會斷裂。

2 鋼板彈簧材料在重型汽車上的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，重型汽車使用的鋼板彈簧有多片簧和少片簧，占車重比例不算大，18%左右。據(jù)可靠調(diào)查，彈簧生產(chǎn)商使用最多的是Si-Mn系、Cr-V系、Cr-Mo-V系等。了解相關(guān)汽車行業(yè)，可以知道重型汽車多片簧使用60Si2Mn、50CrV，少片簧使用51CrV4、52CrMoV。歐洲鋼板彈簧廣泛使用的彈簧鋼有55Cr3、51CrV4、52CrMoV。日本鋼板彈簧廣泛使用的彈簧鋼有SUP9、SUP10。美國鋼板彈簧廣泛使用的彈簧鋼有SAE9260、SAE6150、SAE5160、SAE51B60。

鋼板彈簧經(jīng)過很高溫度和很大熱度的處理后，并不能直接成形。通常根據(jù)彈簧切面的大小選擇各方面均合適的鋼種，通過查閱相關(guān)研究文獻(xiàn)可知，淬透性是判定彈簧鋼性能好壞的重要指標(biāo)。鋼板彈簧都要經(jīng)過淬火和回火來獲取組織：細(xì)小的晶粒、基體相α 固溶體（回火馬氏體）中有較高的位錯密度和在基體中大量地存在彌散和均勻分布的碳氮化物質(zhì)點(diǎn)。高熱處理之后的硬度是彈簧使用時的強(qiáng)度表征，也可通過硬度值估算彈簧鋼的彈性極限和疲勞強(qiáng)度。淬火和回火硬度在500HBS以下時，硬度和疲勞強(qiáng)度呈線性關(guān)系，但硬度高時，會使彈簧鋼的缺口敏感性增強(qiáng)，剛度和塑性下降。鋼中的夾雜物和表面的缺陷都會成為疲勞裂紋源增加早期失效的危險。通常板簧的硬度國內(nèi)要求375-444HBW，美國為388-461HBW，歐洲為426-514HBW。

3 結(jié)語

鋼板金屬材料在生活中的使用是極其廣泛的。充分了解其作用環(huán)境及條件能夠很好的延長零件壽命，提高安全保障。本文針對鋼板的各種易斷裂情況進(jìn)行了綜合分析，即分析了鋼板彈簧容易斷裂失效的一些常見因素，又針對其在汽車上的使用情況做出了一些分析并提出了一些自己的建議?？茖W(xué)技術(shù)的長足進(jìn)步不僅促進(jìn)了各種鋼材制品的迅速發(fā)展，同時也提高了各行各業(yè)的安全保障，降低了事故的發(fā)生概率，為企業(yè)的發(fā)展提供更為廣闊的舞臺，促進(jìn)了我國工業(yè)的快速發(fā)展。

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