高強鋼在重卡車架上的應用

邵剛，殷寒寒，高松

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

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高強鋼在重卡車架上的應用

邵剛，殷寒寒，高松

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

隨著國家對安全、減重節能和環保的重視，重卡輕量化的需求日益迫切。車架作為重卡最大的零部件，在滿足強度的同時減輕重量成為輕量化的重點研究對象。文章通過對高強鋼縱梁的成型結果進行分析，論證高強鋼縱梁在現有設備下的應用情況，為整車輕量化提供依據。

高強鋼；重卡；車架

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.06.018

CLC NO.: U466 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)06-50-04

引言

車架總成是整個汽車的基礎，是汽車的脊梁。汽車上的其他大總成都裝配到車架上，車架總成既是承載結構同時又是傳力構件。為此，車架應有足夠的彎曲剛度，以使裝在其上的有關機構之間的相對位置在汽車行駛過程中保持不變并使車身的變形最小；車架也應有足夠的強度，以保證其有足夠的可靠性與壽命縱梁等主要零部件在使用期內不應有嚴重變形和開裂。在保證強度、剛度的前提下車架的自身質量應盡可能小，以減小整車質量。

近年來，交通運輸、公路管理等國家部門在全國范圍內對超載車輛的查處日益嚴格，《道路機動車輛生產企業及產品公告》管理制度日益規范和完善，政府出臺了一系列政策、法規，大力倡導節能減排。這些因素促使道路運輸車輛，特別是重型汽車，出現了輕量化的趨勢。同時，迫于激烈的市場競爭、原材料價格上漲的壓力，為降低整車成本、降低整車質量以提高載質量利用系數，進而降低使用油耗，產品輕量化也是汽車企業自身發展的需要和應盡的社會責任。對重型汽車而言，車架自重是整車整備質量的重要貢獻源。因此，車架的輕量化對重型汽車整車的輕量化具有重要意義。

1、材料選取及成型驗證

減輕車架質量的方法主要有兩種：一是采用高強度材料替代強度相對較低的材料；二是對車架總成結構進行優化設計，提高材料利用率。以某重卡載貨車為例，在采用高強鋼之前，縱梁為雙層結構，其中主梁材料采為550L，副梁材料為510L，經過對標分析及鋼材廠家的推薦，決定選用高強鋼結構的單層縱梁，鋼材牌號為QStE700，則單臺車架降重達到200kg，降幅約15%，效果明顯。

表1　

由于選用的新材料強度較原來有了較大提高，在使用相同的設備成新后，發生嚴重的開裂現象。

圖1　開裂宏觀形貌

圖2　試樣光學顯微組織形貌

2、開裂原因分析

從開裂的宏觀試樣來看，開裂位置發生在靠近孔位的折彎處，并且此端遠離折彎處未出現開裂，孔內部沿圓周方向在厚度中心部位觀察到可視裂紋。

圖3　試樣孔內部宏觀形貌

根據上述情況，從材料角度出發，對提供的試樣進行化學成分、拉伸、冷彎力學性能、金相組織、低倍酸洗檢測，尋找分析其開裂原因。

2.1化學成分檢驗

采用火花源原子發射光譜儀（光譜儀）氧氮聯測儀（氧氮儀）對化學成分進行檢測，檢查結果如下表：

表2　化學成分檢測結果

從檢測結果看，QStE700材料各元素化學成分均滿足廠家技術條件要求。

2.2力學性能檢測

對開裂材料提取試樣分別進行拉伸和冷彎力學性能檢測，拉伸試樣和冷彎試樣取樣位置見圖 4，拉伸試樣為縱向（軋向），冷彎試樣為橫向，拉伸試樣根據標準加工成帶肩試樣（b=25mm，L0=80mm）見圖5，拉伸試驗在Zwick/Roell Z600拉伸試驗機上進行，冷彎進行彎心直徑d=a，寬度b=35mm，180°試驗，拉伸冷彎力學性能見表，拉伸曲線見圖，冷彎試樣結果表明試樣橫向冷彎無裂紋，冷彎后試樣宏觀形貌見圖。

圖4　拉伸和冷彎取樣位置

表3　拉伸冷彎力學性能檢測結果

從拉伸及冷彎試驗結果表明，拉伸力學性能完全滿足材料技術條件要求，屈服、抗拉、延伸率分別較技術要求高72MPa、95MPa、10%，各指標富余量均較大。說明開裂與試樣力學性能無關。

圖6　702試樣拉伸曲線

圖7　703試樣拉伸曲線

圖8　冷彎后試樣宏觀形貌

2.3組織和夾雜物檢測

金相試樣取樣位置見圖。其中開裂區域金相試樣取樣個數為1個，進行缺陷分析（包括金相組織和非金屬夾雜檢測），正常區域金相試樣取樣個數為2個，用于組織和非金屬夾雜物檢測。

正常區域試樣檢測結果：

表4　非金屬夾雜物檢測結果

圖9　光學顯微組織形貌（中心位置100倍）

組織為鐵素體，中心區域有珠光體條帶，晶粒度10.5~12.5級，試樣光學顯微鏡觀察，僅觀察到少量細系氧化鋁類和球化的細系氧化物類夾雜，級別很低為0.5級，說明此鋼材鋼水純凈度高，并且夾雜物球化變性效果明顯。非金屬夾雜物檢測結果見表3。

圖10　光學顯微組織形貌（中心位置500倍）

缺陷開裂區域檢測結果：

試樣上有數條與表面不連通的裂紋，裂紋形貌見圖11，裂紋內未見夾雜，裂紋附件組織為鐵素體，組織無異常，見圖12。從上述光學顯微鏡檢測結果看，正常區域和開裂缺陷區域未見異常組織，非金屬夾雜物級別低。

圖11　裂紋形貌

2.4酸洗低倍檢驗

圖13　縱梁酸洗后外側面

為觀察試樣表面情況，對已沖壓的縱梁試樣進行低倍酸洗檢驗，酸洗后的試樣宏觀形貌見圖13、14，試樣酸洗后上下表面質量均良好，未發現肉眼可見的表面缺陷，說明縱梁開裂與表面質量無關。

圖14　縱梁酸洗后內側面

酸洗后發現，孔四周有明顯的龜裂和環狀裂紋，見圖15，其在沖壓過程中，孔四周龜裂和環狀裂紋很容易作為外部裂紋源，在拉壓力的作用下導致縱梁開裂。

圖15　孔酸洗后宏觀形貌

3、結果分析

從以上結果分析可以得出：

（1）試樣各化學元素成分均符合鋼廠技術條件要求；

（2）拉伸力學性能均滿足鋼廠技術條件要求，并且各指標均有足夠大的富余量，在比鋼廠技術條件要求更嚴格的冷彎試驗條件下，冷彎試驗合格，說明縱梁開裂與力學性能無關；

（3）試驗組織無異常，非金屬夾雜物級別低，排除了因組織異常和非金屬夾雜物引起的縱梁開裂；

（4）酸洗后上下表面質量均良好，說明縱梁開裂與表面質量無關；

（5）從縱梁開裂形貌、位置和酸洗后孔內周圍發現的龜裂和橫向裂紋來看，縱梁開裂位置與孔緊密相鄰，而遠離孔的縱梁折彎變形另一側未發生開裂，初步判斷縱梁開裂與孔有關，初步分析原因是：孔內的龜裂和橫向裂紋作為裂紋源在沖壓變形過程中受拉應力作用導致縱梁開裂。

4、解決方案

（1）根據鋼廠提供的高強鋼牌號，選取 QStE650代替原有的 QStE700，降低沖孔所需要的沖裁力，并減小成型時的機床振動，保證成型質量；

（2）縱梁成型時采用沖孔后反面成型的工藝，避免孔在沖孔方向受拉應力作用；

（3）孔位布置調整，較小的孔邊距離折彎邊距離保證≥35mm，大孔邊距距離折彎邊距離保證≥40mm。

5、結語

本文簡要敘述了高強鋼在重卡車架上的應用情況，通過對開裂的材料進行成分、力學性能分析，得出產生破壞的原因與成型工藝有直接關系，為高強鋼在重卡車型上應用提供了理論參考。

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Application of High Strength Steel in Heavy Truck Frame

Shao Gang, Yin Hanhan, Gao Song
( Anhui Jianghuai Automobile CO.LTD, Anhui Hefei 230601 )

With the country of safety，energy saving and environmental protection the importance of weight loss，heavy truck lightweight urgent demand.Frame heavy truck parts as the largest，at the same time to meet the strength reduce weight become the focus of the research object of lightweight.This paper analysed the results through the forming of high strength steel stringer，application demonstration of high strength steel stringers in the existing equipment，and provide the basis for the lightweight of vehicle.

High Strength Steel; heavy truck; frame

邵剛，就職于安徽江淮汽車股份有限公司。

U466

A

1671-7988 （2016）06-50-04