新型馬氏體不銹鋼熱沖壓底盤零件的疲勞特性分析

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新型馬氏體不銹鋼熱沖壓底盤零件的疲勞特性分析

現代汽車每減輕10%的質量，則可減少6.9%的燃料消耗，提高汽車經濟性的同時還有助于保護環境和許多輕質材料如先進高強度鋼和鋁、鎂、鈦合金等都具有實現汽車輕量化的潛力。然而，這些輕質材料的成本在1～10美元/kg，波動很大。除此之外，部分材料的可用性不高，與現有的沖壓成形技術及裝配工藝匹配性不高，導致加工過程成本增加。在這樣的背景下，各廠商開始使用不同種類的不銹鋼實現汽車輕量化，其中馬氏體不銹鋼最為突出。文中對馬氏體不銹鋼進行了介紹，并對傳統馬氏體不銹鋼的成分進行更改，以改善其力學性能。同時，將新型馬氏體不銹鋼應用在汽車底盤零部件上并對其進行疲勞特性分析。

馬氏體不銹鋼是含鉻和碳的鐵合金，根據合金含量和熱處理方式的不同，馬氏體不銹鋼有很大的強度范圍，極限抗拉強度范圍為500～2000MPa。為保證馬氏體不銹鋼較高的強度和硬度，需對其進行淬火和回火熱處理，但這會使馬氏體不銹鋼在焊接時的焊接區變硬、變脆，韌性極差。文中對傳統馬氏體不銹鋼成分進行了更改，除去其中的鎳元素，而碳元素、錳元素、硅元素、鉻元素、鈮元素、氮元素質量分數分別改為0.15%、0.6%、0.6%、13%、0.15%、0.03%。新型馬氏體不銹鋼的最大抗拉強度為1.2GPa，總伸長率達到了10%，低溫下的延展性得到了大幅提高。因而，可采用熱沖壓技術制備車身B柱、車門防撞梁、座椅導軌、保險杠和前副車架等。由于新型馬氏體不銹鋼碳含量較低，因而其具有較好的焊接特性，因此可以采取惰性氣體保護焊和電阻點焊等傳統焊接方法。之后，對該種新型材料進行耐沖擊性和疲勞性分析。試驗樣品為1.5mm厚的新型馬氏體不銹鋼板件制成的懸臂梁，在-40℃下進行沖擊試驗。根據ASTM E466-96標準進行疲勞試驗，設定循環應力比為-1，加載頻率為25Hz。試驗結果顯示：①新型馬氏體不銹鋼沒有出現脆性斷裂現象；②循環應力比為-1時，疲勞極限為200萬次，循環極限應力為860MPa；③以汽車常用的、抗拉強度為600MPa的45號鋼為基準，采用新型馬氏體不銹鋼可減輕零部件50%的質量。

Pierre- Olivier Santacreu et al. SAE 2015-01-0527.

編譯：王祥