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【汽車用鋼】常規(guī)汽車中各種鋼材在汽車總重中所占比例為70%左右,汽車用鋼材種類中主要是各類板帶鋼,按生產(chǎn)工藝不同,可分為熱軋板(熱軋薄板、中厚板)和冷軋板(普冷板、鍍層板);按鋼板強(qiáng)度不同,可分為以IF鋼(無間隙原子鋼)為代表的具有超深沖性能的軟鋼系列和以TRIP (相變誘發(fā)塑性鋼)鋼為代表的高強(qiáng)度鋼系列,通'常深沖鋼是鋁鎮(zhèn)靜鋼和無間隙原子鋼,高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼是低合金鋼、DP鋼(雙相鋼)、TRIP鋼、TWIP鋼(攣生誘發(fā)塑性鋼)和馬氏體鋼等;按鋼板性能區(qū)分,可分為深沖鋼(IF)、烘烤硬化鋼(BH)、 低合金高強(qiáng)度鋼(HSLA)、高強(qiáng)度鋼(HS)、超高強(qiáng)度鋼等;按加工方法分,可分為沸騰鋼、鋁鎮(zhèn)靜鋼、鍍鋅鋼板等;按組織結(jié)構(gòu)和成分分類,有含磷鋼、含銅鋼、無間隙原子鋼、雙相鋼、TRIP鋼、馬氏體鋼等。各種鋼板在汽車上的應(yīng)用及性能要求如下:
外覆蓋件
翼子板、側(cè)圍外板、車門外板、發(fā)動機(jī)罩外板、行李箱蓋外板等各暴露部分,因而對表面質(zhì)量要求高,必須具有抗腐蝕能力;同時應(yīng)保證強(qiáng)度和剛性的要求,并具有良好的抗凹陷性;再者,要求有良好的成型性,但也應(yīng)在一定厚度之下,一般使用料厚0.6mm-1.0mm 之間的薄板,且使用表面有涂層的鍍鋅或鋅鐵合金鋼板。由于發(fā)動機(jī)罩、車門、行李箱蓋等外板對剛度和成型性有要求,當(dāng)前多采用BH 烘烤硬化鋼、或者DP450 雙相鋼;一般抗拉強(qiáng)度≥300MPA,n≥0.21;r≥1.3;δ≥34%;屈強(qiáng)比≤0.61,這樣也達(dá)到減輕車體重量的效果。
內(nèi)覆蓋件
內(nèi)覆蓋件變形復(fù)雜,深拉延多,因此對塑性應(yīng)變比和延伸率要求高,由于變形大,對變形均勻性也要求較高,料厚一般選用0.8mm-1.2mm,n≥0.24;r≥1.5;δ≥42%;屈強(qiáng)比≤0.61,同樣也需要具備一定的防腐能力。
功能件
載荷甚至沖擊,要求有足夠的強(qiáng)度和剛度,其中如門柱、窗柱等結(jié)構(gòu)件,抗拉要求在600Mpa,當(dāng)前多選擇雙相DP 鋼、相變誘導(dǎo)塑性TRIP 等高強(qiáng)度鋼,既要保證有好的成型性,也要保證強(qiáng)度要求,門柱內(nèi)板強(qiáng)度一般選用300Mpa 以,
n≥0.24;r≥1.4;δ≥45%。功能件如門柱、門框、橫梁、加強(qiáng)梁等,這類零件需要承受一定的載荷甚至沖擊,要求有足夠的強(qiáng)度和剛度,其中如門柱、窗柱等結(jié)構(gòu)件,抗拉要求在600Mpa,當(dāng)前多選擇雙相DP 鋼、相變誘導(dǎo)塑性TRIP 等高強(qiáng)度鋼,既要保證有好的成型性,也要保證強(qiáng)度要求,門柱內(nèi)板強(qiáng)度一般選用300Mpa 以上,n≥0.24;r≥1.4;δ≥45%。
加強(qiáng)板類零件
加強(qiáng)板零件一般有三種:1、在一些局部受到集中載荷作用的制件上,增加加強(qiáng)可分擔(dān)部分載荷,提高該部位的剛度;2、采用具有吸振功能的鋼板作為加強(qiáng),以起到減振作用,保證整車安全性;3、另外一些加強(qiáng)板同時也是結(jié)構(gòu)件,需要腐蝕功能,如擋泥板、下邊梁等,其強(qiáng)度要求也高,要求在300Mpa以上,≥0.21;r≥1.3;δ≥34%,屈強(qiáng)比小于0.66。
底盤類零件
用于汽車結(jié)構(gòu)件、安全件和加強(qiáng)件,如車輪、保險杠、橫梁、縱梁、座椅導(dǎo)軌零件的,選用DP雙相鋼,其屈服強(qiáng)度在500MPa~900Mpa,采用熱處理得到0%的鐵素體和20%的馬氏體的晶向結(jié)構(gòu),具有低屈強(qiáng)比、初始加工硬化訴苦塊、服延伸、具有烘烤硬化性能;回彈大,但孔擴(kuò)性能較差;也可選用TRIP相變誘導(dǎo)塑性鋼,組織是鐵素體、貝氏體和殘余奧氏體,F(xiàn)+B+RA(5%~15%),強(qiáng)度為600MPa~1000MPa,其特點(diǎn)是初始加工硬化指數(shù)小于DP鋼,但在很長應(yīng)變范圍內(nèi)仍保持較高的加工硬化指數(shù),因此特別適合于低脹成型。
熱軋鋼板
低合金高強(qiáng)度鋼,利用控軋控冷、細(xì)化晶粒和沉淀強(qiáng)化等作用,得到優(yōu)良的綜合力學(xué)性能,其屈強(qiáng)比高、回彈大,一般隨強(qiáng)度的提高延伸性降低。為提高冷成型性能和焊接性能,鋼中的碳含量有降低的趨勢,一般用在汽車大梁、橫梁、傳動軸管和轎車底盤零件等結(jié)構(gòu)件上,一般屈服強(qiáng)大大于550MPa,抗拉強(qiáng)度在600MPa~950MPa,延伸率大于12%,冷彎直徑1.5a。
激光拼焊板
90年代后期,激光拼焊板開始應(yīng)用到車身制造中激光拼焊板能有效地減輕車身質(zhì)量和提高整車安全性,同時降低制造成本。一般一個車身應(yīng)用拼焊板至少可以達(dá)到20個品種的零件。拼焊板優(yōu)點(diǎn)是合適的材料用在合適的位置,減輕車身的重量,減少汽車零部件的數(shù)量,提高原材料的利用率,增強(qiáng)車身的結(jié)構(gòu)功能,能夠生產(chǎn)寬體車身,降低汽車制造成本。使用拼焊板可使整車成本平均減少300元;整車重量平均減少19Kg;整車零件數(shù)平均減少36個。
為適應(yīng)汽車對安全、價格、燃油、環(huán)境的客觀要求,汽車用鋼板輕量化、高強(qiáng)度是必然的發(fā)展趨勢,盡可能大量使用高強(qiáng)度版、拼焊板是未來汽車鋼板發(fā)展的趨勢。
曲軸和連桿及轉(zhuǎn)向器用鋼
汽車上大量的軸類主要有調(diào)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼和非調(diào)質(zhì)鋼制造。其中典型零件有曲軸、連桿、半軸、傳動軸以及前軸等。曲軸分鑄造曲軸和鍛鋼曲軸,鍛造曲軸用鋼在輕型和中負(fù)荷發(fā)動機(jī)上,通常用40Cr、50MnB或45#鋼,對于重型車或汽車發(fā)動機(jī)曲軸,則采用淬透性和強(qiáng)韌性更好的鋼種,如42CrMo、35CrMo等。目前國內(nèi)主要采用的連桿用鋼是規(guī)格為Φ30-Φ70的鋼坯,品種主要有非調(diào)質(zhì)合金鋼45M5UA2,40MnS等。
半軸用鋼
汽車半軸承受著較高的扭轉(zhuǎn)和彎曲應(yīng)力,因此既要考慮扭轉(zhuǎn)和彎曲強(qiáng)度,又必須有高的疲勞強(qiáng)度,轎車和輕型車的半軸多采用冷擠壓,載重汽車的半軸多采用鍛造。
傳動軸用鋼
汽車傳動軸是影響汽車安全及舒適度的重要部件,設(shè)計合理的汽車傳動軸及其用鋼是提高車輛質(zhì)量的重要保證。國內(nèi)各大鋼廠目前生產(chǎn)的傳動牌號有:50MnB、40Cr、35CrMo等。
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)動橋差速器主從動齒、星形齒、半軸齒輪;轉(zhuǎn)向器蝸輪、蝸桿、齒條;發(fā)動機(jī)正時齒輪等。汽車齒輪鋼不但要求有良好的強(qiáng)韌性、耐磨性,承受沖擊、彎曲和接觸盈利,而且還要變形小、精度高、噪音低。通常,高質(zhì)量水平的齒輪鋼主要表現(xiàn)在三個方面:末端淬透性帶窄,離散度??;純潔度高;晶粒細(xì)小均勻。此外,良好的加工性能,包括冷、熱加工型和易切削性,也是汽車用齒輪所關(guān)心的重要指標(biāo)。
彈簧鋼
彈簧鋼主要用于生產(chǎn)制造汽車鋼板彈簧、汽車扭力桿、螺旋彈簧、氣門彈簧等。在所有汽車彈簧中懸架彈簧和氣門彈簧是具代表性的產(chǎn)品,前者作為轎車減振系統(tǒng)的重要零件在轎車行車過程中隨著路況變化一直處于動載荷狀態(tài),懸架彈簧不僅涉及到乘員的舒適性還涉及到車輛的操控性和安全性,它的疲勞壽命特別受到關(guān)注。氣門彈簧長期在惡劣的工況下工作,需要在高溫、高頻率下長時間服役不失效,氣門彈簧失效不僅表現(xiàn)為發(fā)動機(jī)驅(qū)動力下降,并且可能損壞發(fā)動機(jī),因而歷來被認(rèn)為是發(fā)動機(jī)的心臟零件。對于汽車懸架板簧用熱軋扁鋼,主要是Si-Mn系鋼,產(chǎn)量最大的是60Si2Mn(A),約占60%-70%。國產(chǎn)汽車閥門彈簧鋼在數(shù)量、質(zhì)量、品種、規(guī)格上與汽車工業(yè)的需求由較大差距,鋼號以50CrVA、55SiCr為主。
軸承鋼
汽車用軸承鋼的質(zhì)量要求如下:1、化學(xué)成分,鋼的物理、化學(xué)、機(jī)械性能和金相組織都是由化學(xué)成分決定的,改變了化學(xué)成分,就改變了鋼的基本性質(zhì),因此,軸承鋼的化學(xué)成分必須符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的允許范圍。2、內(nèi)部質(zhì)量:宏觀質(zhì)量——軸承鋼材的內(nèi)部要致密,不允許有肉眼可見的缺陷割裂鋼材的基體;微觀質(zhì)量——要求軸承鋼材內(nèi)部組織要均勻,純凈度要高。電機(jī)、汽車軸承占軸承總量的80%左右,代表牌號GCr15、GCr15SiMn;鐵路客車、貨車軸承占10%~15%,代表牌號GCr18Mo;汽車輪轂軸承占5%,代表牌號S55C、R1070。
車輪用鋼
汽車車輪有輪輞/輪輻組成,輪輞經(jīng)下料卷圓、閃光對焊、水冷、去毛刺、擴(kuò)口、滾形擴(kuò)張、打沖氣孔等工序完成;輪輻經(jīng)正拉延、反拉延、鐓壓整形、沖孔、修邊、沖螺栓孔、擠球面翻邊等工序來完成。采用CO2保護(hù)焊將輪輞和輪輻組裝成車輪。車輪實體必須達(dá)到規(guī)定的臺架疲勞試驗次數(shù)才能裝車使用。汽車車輪的制造工藝過程和車輪的服役條件,對所采用材料的技術(shù)要求是非??量痰?。除了應(yīng)具有良好的延伸凸緣性,良好的冷成型性、良好的閃光焊接性及疲勞性能等綜合機(jī)械性能外,還應(yīng)具有良好的表面質(zhì)量和嚴(yán)格的尺寸公差。為保證車輪的氣密性及其運(yùn)行時不產(chǎn)生大的旋轉(zhuǎn)振擺或失衡,必須保證鋼板的厚度公差,這是我國開發(fā)車輪用鋼的難點(diǎn)所在。