汽車零部件用特殊鋼講座

汽車零部件用特殊鋼講座第1頁/共50頁22006年我國(guó)汽車總產(chǎn)量已達(dá)到700萬輛,

汽車用特鋼占全國(guó)特鋼總產(chǎn)量的35%左右，汽車產(chǎn)量的快速增長(zhǎng)已極大地推動(dòng)了對(duì)特鋼的需求。我國(guó)汽車工業(yè)用鋼材品種構(gòu)成為:鋼板40-60%，鋼帶5-7%，特鋼長(zhǎng)材28-35%，鋼管2-5%。特鋼品種：碳結(jié)鋼24-35%，合結(jié)鋼30-35%，彈簧鋼24-27%，冷鐓鋼7-12%，易切鋼3%，耐熱鋼1%。

東風(fēng)汽車有限公司工藝研究所MaterialTechnologyInstituteofDFL第2頁/共50頁3閥簧凸輪軸定時(shí)齒輪凸輪小齒輪轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)向軸差速齒輪懸簧活塞桿滑輪曲軸連桿離合器齒輪傳動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)向系桿制動(dòng)活塞輪轂螺栓和螺母?jìng)鲃?dòng)軸后輪軸鋼絲簾線（徑向輪胎）座椅安全帶牽引器十字頭汽車部分關(guān)鍵零部件東風(fēng)汽車有限公司工藝研究所MaterialTechnologyInstituteofDFL第3頁/共50頁4

汽車用結(jié)構(gòu)鋼主要用于生產(chǎn)制造發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、懸架減震系統(tǒng)的重要零部件。對(duì)汽車用結(jié)構(gòu)鋼的基本性能要求是：材料性能的穩(wěn)定性和可靠性材料的可加工性——工藝性經(jīng)濟(jì)性——良好的性價(jià)比汽車用特殊鋼東風(fēng)汽車有限公司工藝研究所MaterialTechnologyInstituteofDFL第4頁/共50頁5齒輪鋼彈簧鋼合金結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼易切鋼非調(diào)質(zhì)鋼冷鐓鋼氣閥鋼汽車用特殊鋼分類東風(fēng)汽車有限公司工藝研究所MaterialTechnologyInstituteofDFL第5頁/共50頁6齒輪鋼齒輪鋼主要用于生產(chǎn)制造:

汽車變速箱軸、齒類零件；汽車驅(qū)動(dòng)橋差速器主從動(dòng)齒、星形齒、半軸齒輪；轉(zhuǎn)向器蝸輪、蝸桿、齒條；發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)齒輪等。主要性能要求：零件要求具有良好的抗彎曲疲勞、接觸疲勞性能；良好的抗沖擊載荷的能力；表面有良好的抗高面壓和耐磨性能。汽車齒輪用鋼東風(fēng)汽車有限公司工藝研究所MaterialTechnologyInstituteofDFL第6頁/共50頁7齒輪鋼齒輪鋼主要制造工藝流程:

熱軋鋼（下料）鍛造鍛坯熱處理切削加工滲碳（或碳氮共滲）噴丸磨內(nèi)孔或珩磨齒汽車齒輪用鋼東風(fēng)汽車有限公司工藝研究所MaterialTechnologyInstituteofDFL成品檢驗(yàn)第7頁/共50頁8齒輪鋼齒輪鋼的工藝性能要求:1）鍛造性能（熱頂鍛試驗(yàn)）——熱成型能力。2）切削加工性能——切削效率、刀具磨損、刀具壽命3）熱處理工藝性能——滲碳速度、變形、晶粒度、淬透性。汽車齒輪用鋼東風(fēng)汽車有限公司工藝研究所MaterialTechnologyInstituteofDFL第8頁/共50頁9國(guó)內(nèi)主要齒輪鋼Cr系SCr415、SCr420、37CrS4豐田、本田、日產(chǎn)系列車，夏利、桑塔納Cr-Mn系20CrMnTi、16MnCr5、20MnCr5、25MnCr5、28MnCr5一汽、東風(fēng)商用車、捷達(dá)、奧迪、桑塔納、富康、標(biāo)致Cr-Mn-BZF6、ZF7斯太爾、綦江齒輪Cr-Mo20CrMoH、22CrMoH、27CD4、SCM822H、SCM420H東風(fēng)商用車、一汽變速箱Cr-Ni-MoSAE8620、SAE862717CrNiMo6、21CrNiMo5H伊頓、依維柯、一汽商用車東風(fēng)汽車有限公司工藝研究所MaterialTechnologyInstituteofDFL第9頁/共50頁10以汽車用齒輪鋼為例，國(guó)內(nèi)主要特鋼廠生產(chǎn)的汽車用高級(jí)齒輪鋼：1）氧含量≤15ppm2）淬透性帶寬5?8個(gè)HRC3）非金屬夾雜物：A≤2級(jí)、B≤1.5級(jí)、C≤0.5級(jí)、D≤0.5級(jí)4)晶粒度：≥6級(jí)5）成分目標(biāo)值控制水平：碳當(dāng)量可以控制在±0.02%,其總體水平已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。汽車用鋼冶金質(zhì)量的控制東風(fēng)汽車有限公司工藝研究所MaterialTechnologyInstituteofDFL第10頁/共50頁11東風(fēng)汽車有限公司工藝研究所MaterialTechnologyInstituteofDFL試驗(yàn)載荷（KN）一般冶煉循環(huán)周期（×105）爐外精煉循環(huán)周期（×105）疲勞壽命相對(duì)比（%）一般冶煉爐外精煉41.652.274.9710021947.750.7882.1610027453.900.691.1210016220CrMnTi純凈度對(duì)齒輪彎曲疲勞性能的影響第11頁/共50頁12東風(fēng)汽車有限公司工藝研究所MaterialTechnologyInstituteofDFL20CrMnTi純凈度對(duì)齒輪接觸疲勞性能的影響試驗(yàn)條件樣品號(hào)冶煉情況循環(huán)周次(×106平均周次(×106)相對(duì)疲勞壽命(%)采用封閉式變速箱總成疲勞試驗(yàn)臺(tái),加載363N.m,一軸轉(zhuǎn)速1450r/min,潤(rùn)滑油溫65,齒面產(chǎn)生4mm2或出現(xiàn)長(zhǎng)度達(dá)80%齒長(zhǎng)的麻點(diǎn)時(shí)停止1一般冶煉0.540.5910020.6130.634爐外精煉1.101.3823451.5461.49第12頁/共50頁13東風(fēng)汽車有限公司工藝研究所MaterialTechnologyInstituteofDFL噴丸強(qiáng)化對(duì)齒輪疲勞壽命的影響處理狀態(tài)扭矩為450N.m彎曲疲勞壽命扭矩為370N.m彎曲疲勞壽命平均值相對(duì)值平均值相對(duì)值未噴丸0.75×106100%3.85×106100%強(qiáng)化噴丸3.45×106456%5.06×106131%第13頁/共50頁14PseudoCarburizingResults:GrainGrowthR.Thompsonetal.,ASPPRC,CSMSAE(2007)東風(fēng)汽車有限公司工藝研究所MaterialTechnologyInstituteofDFL第14頁/共50頁15FatigueTestatRoomTemperatureUtilizemodifiedBruggerSampleVacuumCarburizedat1050oCFrequency=30HzBasealloy=SAE8620Nb-ModifiedCarburizedGearSteelsTi-modifiedSAE8620steelwith0.8Mn,0.6Cr,0.43Ni,0.2Mo(wtpct)R.Thompsonetal.,ASPPRC,CSMSAE(2007)東風(fēng)汽車有限公司工藝研究所MaterialTechnologyInstituteofDFL第15頁/共50頁16FatigueofVacuumCarburized(1050oC)SteelModifiedwithNb東風(fēng)汽車有限公司工藝研究所MaterialTechnologyInstituteofDFL第16頁/共50頁17AusteniteGrainSize–ImportancetoFatigueofCarburizedSteelsR.Thompsonetal.,ASPPRC,CSMSAE(2007)東風(fēng)汽車有限公司工藝研究所MaterialTechnologyInstituteofDFL第17頁/共50頁18東風(fēng)汽車有限公司工藝研究所MaterialTechnologyInstituteofDFL第18頁/共50頁19東風(fēng)汽車有限公司工藝研究所MaterialTechnologyInstituteofDFL加工工藝對(duì)齒輪疲勞壽命的影響齒輪生產(chǎn)情況減速器編號(hào)齒輪壽命(×104)壽命平均值相對(duì)值大圓弧滾刀切齒/強(qiáng)力噴丸1152.1140.5650%2129.0大圓弧滾刀切齒/未噴丸179.787.27404%275.13107小圓弧滾刀切齒/未噴丸118.221.6100%217.7328.9第19頁/共50頁20Changeintheupperlimitsoffatiguestrengthandtoughnessbalanceinstructuralpartsduringthepast20years第20頁/共50頁21東風(fēng)公司齒輪用鋼現(xiàn)狀：變速箱齒輪：20CrMnTiH、SCM420H；差速器齒輪：SCM822H、20CrMnTiH、SCM420H正時(shí)齒輪：20CrMnTiH、SCM420H

近二年，由于Cr-Mo、Cr-Ni-Mo齒輪鋼價(jià)格飚升，工藝研究所與有關(guān)單位合作試驗(yàn)，用20CrMnTiH系列齒輪鋼代Cr-Mo齒輪鋼，取得了良好效果。汽車齒輪用鋼東風(fēng)汽車有限公司工藝研究所MaterialTechnologyInstituteofDFL第21頁/共50頁22汽車齒輪用鋼東風(fēng)汽車有限公司工藝研究所MaterialTechnologyInstituteofDFL序號(hào)牌號(hào)端淬J9（HRC）端淬J15（HRC）120CrMnTiH130~36≤35220CrMnTiH235~4128~35320CrMnTiH332~3825~35420CrMnTiH438~4432~395SCM822H135~4128~346SCM822H237~4332~397SCM420H35~4128~34第22頁/共50頁23彈簧鋼主要用途:

生產(chǎn)制造汽車鋼板彈簧、汽車扭力桿、螺旋彈簧、氣閥彈簧等。主要彈簧鋼中國(guó)：65Mn、60Si2MnA、60Si2Mn-mode、52CrMnB、50CrVA、55SiMnVB、60CrMnB等日本：SUP6、SUP7、SUP9、SUP11、SUP11A美國(guó)：9260、6150、5155德國(guó)：60SiMn5、55Si7、60SiCr7、55Cr3、50CrV4汽車用彈簧鋼東風(fēng)汽車有限公司工藝研究所MaterialTechnologyInstituteofDFL第23頁/共50頁24汽車鋼板彈簧主要性能要求：

1)具有較高的抗拉強(qiáng)度、彈性極限和疲勞強(qiáng)度,具有較高的抗彈減松弛穩(wěn)定性能。

2）表面質(zhì)量—不允許表面存在劃痕、裂紋、脫碳層等缺陷，重要彈性零件要求材料表面要?jiǎng)兤?，除去表面缺陷?/p>

3）材料應(yīng)有足夠的淬透性，保證熱處理后能完全淬透

4）要有良好的工藝性能，使材料在冷、熱狀態(tài)下易剪切、沖孔、彎曲、繞卷成型汽車彈簧用鋼東風(fēng)汽車有限公司工藝研究所MaterialTechnologyInstituteofDFL第24頁/共50頁25汽車彈簧用鋼車型材料牌號(hào)規(guī)格（mm）主要技術(shù)要求桑塔納50CrV4、DIN17221φ10.75±0.2φ12.6±0.2表面磨光σb=1370~1670MPaσS=1170MPa、夾雜物評(píng)級(jí)K4≤30夏利SAE9254φ9.3+0.2表面磨光，無劃痕、結(jié)疤；σb=1800~1960MPa奧迪50CrV4、φ14.3、φ15富康50CrV4、55SiCr7φ11~18+0.04表面磨光，不允許有裂紋\脫碳、劃傷、麻點(diǎn)、銹蝕等切諾基SAE9260或SAE5160φ13.2_0.08表面磨光；脫碳層含碳量不小于0.50%,表面深度≤0.127mm東風(fēng)汽車有限公司工藝研究所MaterialTechnologyInstituteofDFL第25頁/共50頁26汽車彈簧用鋼有表面缺陷的彈簧無表面缺陷的彈簧總成編號(hào)疲勞次數(shù)(×104)總成編號(hào)疲勞次數(shù)(×104)1-140.562-188.141-227.452-247.131-320.502-318.591-421.242-428.991-525.612-594.39平均27.61平均55.45表面缺陷對(duì)EQ240汽車前簧總成疲勞壽命的影響第26頁/共50頁27東風(fēng)汽車有限公司工藝研究所MaterialTechnologyInstituteofDFL簧片在804±323MPa應(yīng)力下的疲勞壽命硬度疲勞壽命(×105)不噴丸在下列預(yù)應(yīng)力（MPa）下噴丸049068688340HRC0.772.183.964.718.201.303.2511.0212.7138.471.022.568.146.6015.6345HRC5.226.0907.508.0008.4414.31049HRC0第27頁/共50頁28東風(fēng)汽車有限公司工藝研究所MaterialTechnologyInstituteofDFL1、末端淬透性試驗(yàn)淬透性的對(duì)比第28頁/共50頁29東風(fēng)汽車有限公司工藝研究所MaterialTechnologyInstituteofDFL1、拉伸試驗(yàn)材料Rp0.2（MPa）Rm(MPa)A(%)Z(%)硬度(HRC)52CrMnBA（20×90）實(shí)測(cè)值137314979.740.542.5、45、46.552CrMnBA（28.5×90）實(shí)測(cè)值1114121812.537.340.5、42、4450CrVA標(biāo)準(zhǔn)11271274104040～45實(shí)測(cè)值1330138811.64941.5、43、44.5第29頁/共50頁30東風(fēng)汽車有限公司工藝研究所MaterialTechnologyInstituteofDFL2913Z06-010總成的對(duì)比材料樣品編號(hào)疲勞壽命標(biāo)準(zhǔn)要求52CrMnBAZS261-114.1萬次，未斷裂不小于8萬次ZS261-214.1萬次，未斷裂ZS261-313.6萬次，第1片斷裂50CrVAZS260-19.2萬次，第7片斷裂ZS260-211.8萬次，第8片斷裂ZS260-314.4萬次，未斷裂第30頁/共50頁31東風(fēng)汽車有限公司工藝研究所MaterialTechnologyInstituteofDFL2912Z24-010總成的對(duì)比試驗(yàn)規(guī)范予加變形振幅U型螺栓扭緊力矩（N·m）37mm±64.5mm350--400對(duì)比數(shù)據(jù)材料牌號(hào)產(chǎn)品編號(hào)及實(shí)測(cè)結(jié)果1#2#3#4#5#均值50CrVA疲勞壽命（萬次）6.38974.49835.09755.37844.87545.12斷裂片序第二片第二片第二片第二片第二片52CrMnBA疲勞壽命（萬次）8.46347.57548.215415.01011.18610.09斷裂片序第一片第一片第二片未斷第二片第31頁/共50頁32東風(fēng)汽車有限公司工藝研究所MaterialTechnologyInstituteofDFL非調(diào)質(zhì)鋼非調(diào)質(zhì)鋼與調(diào)質(zhì)鋼工藝流程調(diào)質(zhì)鋼工藝流程:下料熱鍛調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)機(jī)加工成品非調(diào)質(zhì)鋼工藝流程:下料熱鍛機(jī)加工成品第32頁/共50頁33非調(diào)質(zhì)鋼主要優(yōu)點(diǎn):1)非調(diào)質(zhì)鋼采用微合金化技術(shù),通過控軋控冷或控鍛控冷,使零件的強(qiáng)度水平達(dá)到或接近調(diào)質(zhì)鋼的強(qiáng)度水平.2)非調(diào)質(zhì)鋼省去調(diào)質(zhì)熱處理,節(jié)能效果顯著.3)非調(diào)質(zhì)鋼毛坯件避免了調(diào)質(zhì)熱處理過程中的變形、開裂,無須探傷、校直等工序.4)非調(diào)質(zhì)鋼具有良好的加工性能.汽車用非調(diào)質(zhì)鋼東風(fēng)汽車有限公司工藝研究所MaterialTechnologyInstituteofDFL第33頁/共50頁34非調(diào)質(zhì)鋼主要用途:非調(diào)質(zhì)鋼目前主要用于生產(chǎn)汽車曲軸、連桿、前軸、轉(zhuǎn)向節(jié)、花鍵軸等零件。國(guó)內(nèi)主要非調(diào)質(zhì)鋼：曲軸——48MnV、49MnV、C38N2、S45CV5、40MnVS等連桿——38MnVS、35MnVS、30MnVS、43MnS等前軸——12Mn2VB、汽車用非調(diào)質(zhì)鋼東風(fēng)汽車有限公司工藝研究所MaterialTechnologyInstituteofDFL第34頁/共50頁35MAnon-QTsteelshavecomparativefatiguepropertytothatofQ&Tsteelsatsamestrengthlevel

東風(fēng)汽車有限公司工藝研究所MaterialTechnologyInstituteofDFL第35頁/共50頁36凸輪軸連桿曲軸前驅(qū)動(dòng)軸前轉(zhuǎn)向節(jié)下臂轉(zhuǎn)向桿前輪轂后轉(zhuǎn)向節(jié)輪轂About20～30%componentsmadeofMAnon-QTsteels

非調(diào)質(zhì)鋼的應(yīng)用東風(fēng)汽車有限公司工藝研究所MaterialTechnologyInstituteofDFL第36頁/共50頁37No.GradeCSiMnSPV1YF35V0.32/0.390.20/0.400.60/1.000.035/0.075≤0.0350.06/0.132YF40V0.37/0.440.20/0.400.60/1.000.035/0.075≤0.0350.06/0.133YF45V0.42/0.490.20/0.400.60/1.000.035/0.075≤0.0350.06/0.134YF35MnV0.32/0.390.30/0.601.00/1.500.035/0.075≤0.0350.06/0.135YF40MnV0.37/0.440.30/0.601.00/1.500.035/0.075≤0.0350.06/0.136YF45MnV0.42/0.490.30/0.601.00/1.500.035/0.075≤0.0350.06/0.137F45V0.42/0.490.20/0.400.60/1.00≤0.035≤0.0350.06/0.138F35MnVN0.32/0.390.20/0.401.00/1.50≤0.035≤0.0350.06/0.139F40MnV0.37/0.440.20/0.401.00/1.50≤0.035≤0.0350.06/0.13非調(diào)質(zhì)鋼化學(xué)成分(wt%)(GB/T15712-1995)東風(fēng)汽車有限公司工藝研究所MaterialTechnologyInstituteofDFL第37頁/共50頁38牌號(hào)抗拉強(qiáng)度(MPa)屈服強(qiáng)度(MPa)伸長(zhǎng)率(%)斷面收縮率(%)沖擊功(Ak/J)硬度(HB)YF35V590390184047229YF40V640420163537255YF45V685440153035257YF35MnV735460173537257YF40MnV785490153332275YF45MnV835510132828289F45V685440154032257F35MnVN785490154039269F40MnV785490154036275非調(diào)質(zhì)鋼機(jī)械性能(GB/T15712-1995)東風(fēng)汽車有限公司工藝研究所MaterialTechnologyInstituteofDFL第38頁/共50頁3948MnV非調(diào)質(zhì)鋼曲軸鍛造工藝對(duì)性能的影響東風(fēng)汽車有限公司工藝研究所MaterialTechnologyInstituteofDFL第39頁/共50頁4048MnV非調(diào)質(zhì)鋼曲軸鍛造工藝對(duì)性能的影響編號(hào)加熱溫度取樣部位Rp0.2（MPa）Rm（MPa）A（％）Z（％）晶粒度1#1170℃小頭56594514.032.0表層6-556091015.541.0心部4-5大頭53090014.533.0表層6-555591515.036.52#1053℃小頭47581519.042.5表層748081520.053心部7大頭48080515.540.0表層848584015.048.5東風(fēng)汽車有限公司工藝研究所MaterialTechnologyInstituteofDFL第40頁/共50頁41方案取樣部位Rp0.2（MPa）Rm（MPa）A（％）Z（％）晶粒度鍛后保溫4小時(shí)后取出空冷大頭137069516.534.05-6小頭241073517.032.55-6鍛后保溫1.5小時(shí)后取出空冷大頭244075018.546.55-6小頭250079016.041.05-6(4-2)鍛后保溫55分鐘后取出風(fēng)冷大頭242075517.040.05-4小頭246579518.041.05-6鍛后風(fēng)冷到650℃保溫到室溫大頭253584014.544.06-5小頭253585514.536.55-6(2-1)48MnV非調(diào)質(zhì)鋼曲軸鍛后控冷工藝對(duì)性能的影響東風(fēng)汽車有限公司工藝研究所MaterialTechnologyInstituteofDFL第41頁/共50頁42A：保溫4小時(shí)后空冷

B：保溫1.5小時(shí)后空冷C：保溫55分鐘后空冷

D：吹風(fēng)到650℃后保溫東風(fēng)汽車有限公司工藝研究所MaterialTechnologyInstituteofDFL第42頁/共5