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汽车减震用的弹簧钢，如何提高强度？

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发布时间：2019-02-08加入收藏来源：互联网点击：

汽车用悬架弹簧钢多采用低碱度精炼渣配合硅脱氧的夹杂物塑性化工艺，将钢液中酸溶铝含量控制在一个较低的水平，并通过低碱度合成渣精炼工艺将夹杂物成分控制在低熔点塑性变形区域A。

研究人员用低碱度精炼渣配合硅脱氧冶炼55SiCr悬架弹簧钢时发现，夹杂物中脆性夹杂Al2O3含量较低，SiO2含量较高，其成分趋近于Al2O3-SiO2-CaO系统中低熔点塑性化区间，但相对于高碱度精炼工艺来说，成分更加分散，更不利于大颗粒夹杂物的控制与消除。周俐等人采用硅锰脱氧加低碱度精炼渣（R=1.2）亦成功将夹杂物控制在低熔点区域A中，夹杂物形貌多为球形，且尺寸可达到5μm左右。

研究人员利用Factsage软件对Si-Mn系弹簧钢精炼渣成分进行计算并结合生产试验发现，渣中加入MgO后，低熔点塑性区域会明显扩大。当碱度为1.0-1.19，ω（CaO）/ω（Al2O3）>9时（ 图2），生成的夹杂物主要有MnS、CaO-Si O2-Al2O3-MgO、CaO-SiO2-Al2O3-MgO-MnS三种类型。CaO-SiO2-Al2O3-MgO系夹杂物在轧制的时候被压缩拉长，如图3所示，此范围的精炼渣可有效地控制夹杂物的可塑性。

由此可见，将夹杂物控制在CaO-SiO2-Al2O3系中的钙斜长石、磷石英和假硅灰石附近低熔点区并不难实现，这也是国内很多企业选择塑性化工艺的一个重要原因。

3.2悬架弹簧钢超低氧工艺

悬架弹簧钢除了利用塑性化工艺，将夹杂物控制钙斜长石、磷石英和假硅灰石附近低熔点区外，也可以通过铝脱氧等方式减少钢中氧含量，从而减少夹杂物数量，实现超低氧工艺，来满足弹簧钢对夹杂物的要求。研究人员采用铝脱氧加高碱度精炼渣冶炼弹簧钢60Si2MnA，使最终铸坯氧含量达10×10-6，大大减少了夹杂物数量。但在采用超低氧工艺时，试图将夹杂物控制在夹杂物塑性区B中，如图4所示，有一部分落在了塑性区外，塑性化控制效果并不是很好。

研究人员对武钢、宝钢和新日铁住金55SiCr弹簧钢进行了化学分析（表4）。新日铁住金Al s含量为0.023%，明显高于武钢和宝钢，T.O也仅有7×10-6，远低于武钢和宝钢。新日铁住金生产的55SiCr弹簧钢明显采用了铝脱氧。另此，对新日铁住金夹杂物进行分析发现，夹杂物并不是塑形夹杂，而是直径细小的脆硬性夹杂。

铝脱氧生产悬架弹簧钢，由于铝酸三钙、钙黄长石、铝酸钙附近的低熔点区面积较小，因此，将夹杂物控制在低熔点区内生成塑性夹杂的难度较大。但是，采用该工艺可大大减少夹杂物的数量，缩小夹杂物的尺寸，即使生成的夹杂物为Al2O3或MgO·Al2O3这样的脆性夹杂，只要尺寸足够小，对弹簧的使用性能也没有太大的影响。

4 气门弹簧夹杂物控制

气门弹簧直径较小，对脆硬性夹杂物较为敏感，在减少夹杂物的同时需要尽可能将高熔点夹杂转变成轧制过程中易变形的低熔点复合夹杂。

世界上生产超纯净气门弹簧钢线材最好的企业是日本的神户制钢，神户制钢在气门弹簧用钢的生产中，在世界上首次开发出一种超纯净钢生产技术，不仅可降低非金属夹杂物的数量，而且还可降低夹杂物的危害，即夹杂物塑性化和超纯净化生产技术。

神户制钢夹杂物塑性化超纯净气门簧用钢在钢水精炼过程中采用低碱度渣使硅锰脱氧产物转变成MnO-SiO2-Al2O3系中锰铝榴石区或CaOSiO2-Al2O3系中假硅灰石和钙长石共熔区，很好地实现了夹杂物塑性化。

国内企业气门弹簧钢夹杂物控制方面与国外先进企业有着明显的差距。对国产55SiCrA、浦项SAE9254V及新日铁住金65Si2CrV气门弹簧钢进行对比分析发现，国产55SiCrA钢中夹杂物中平均ω（Al2O3）高达42 %，夹杂物基本均偏离低熔点区，夹杂物长宽比均小于3，宽度尺寸大，多呈块状。而国外弹簧钢中夹杂物基本都在低熔点区，夹杂物中平均ω（Al2O3）均低于15%，夹杂物变形性好，宽度尺寸小，多呈长条状；且国产55SiCrA钢中电解出的大型夹杂物数量、尺寸均比国外弹簧钢中的大，并含有对弹簧钢质量造成危害的高MgO类及高Al2O3类大型夹杂物。

尽管研究指出，夹杂物的熔点越低塑性越好，但仍不能完全保证弹簧钢在轧制过程中具备良好的变形能力。据有关报道，轧制过程中夹杂物变形能力和其成分也有密切关系，当夹杂物偏离低熔点区，成分落在SiO2粗晶区时，其塑性变形能力甚至优于处在低熔点塑性区的夹杂物。也有研究指出，夹杂物在后续加热处理过程中结晶并变得脆而硬，夹杂物的晶体结构是其变形能力的一个重要影响因素。因此，为了保证钢在高温及低温变形加工过程中可变形，氧化物夹杂必须是非晶态的。故在气门弹簧的生产过程中，除了关注夹杂物是否处于低熔点区外，还应该关注夹杂物是否为非晶态。

塑性夹杂物对弹簧钢性能影响较小，可并非所有塑性好、轧制过程中易变形的夹杂物都好。可变形氧化物类夹杂物对弹簧钢疲劳强度影响不明显，但可变形夹杂物MnS却会因形成大而长的鱼眼裂纹，对弹簧钢疲劳性能产生极其不利，轧制后横向的疲劳强度几乎只有一半。

另外，TiN夹杂物尺寸很小，但TiN夹杂物因在钢中呈方块形而导致高应力集中，更容易成为疲劳裂纹源，与同尺寸的氧化物夹杂相比，对气门弹簧的疲劳性能危害更大。因此，要严格控制TiN类夹杂物生成与带入。

5 结论

1） 汽车用弹簧钢目前以Si-Cr系和Si-Mn系为主，国内外都是通过添加和改变微量合金元素V、Ni、Co、Mo、W、Nb等来达到新品种的开发以及高强度要求。

2） 汽车悬架弹簧在冶炼过程中，RH真空处理较VD处理在夹杂物去除方面有优势，国内外先进的生产企业普遍选择RH真空处理，VD较少；气门弹簧生产过程中必须采用塑性化冶炼。

3） 悬架弹簧钢可根据两种夹杂物控制途径进行生产，即采用硅或硅锰脱氧的塑性化工艺和铝脱氧的超低氧工艺，两者对夹杂物控制方向不同，但都能满足实际使用要求；而气门弹簧则既要求夹杂物纯净化，又要求夹杂物塑性化，生产难度更大。

回答于 2019-09-11 08:43:50

组合式弹簧减震器的主要组成部分是基座和弹簧。产品的基座设计的比较大，这样是为了增大产品的受压面积，从而降低产品单位面积的承压强度，增大产品总承受值。就好像用一根线提重物会很勒手，但是用宽布条提重物就会很轻松。而且基座上留有固定螺栓孔，通过螺栓连接，从而提高产品的稳定性。

JS型组合式弹簧减震器采用双重弹簧组合为主体，来进行承压和稳压，低频率值的弹簧对产品主要起到主要的承压作用，内部的高频低压弹簧则是能够对于设备运行过程中造成的重心不稳进行微调。产品的多弹簧结构让产品的减震效果大大提升，可消除高频震动传递，从而实现良好减震降噪效果，又能解决机械设备重心不均的减震难点。

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