導(dǎo)向板的輕量化設(shè)計(jì)及制造

摘 要：針對(duì)導(dǎo)向板的工況條件、失效形式和輕量化要求，導(dǎo)向板選用ADI材質(zhì)，并通過化學(xué)成分、熔煉和熱處理工藝控制，最終獲得洛氏硬度HRC≥42，抗拉強(qiáng)度≥1300MPa，延伸率≥3%的產(chǎn)品。該導(dǎo)向板的使用壽命是同等工況下傳統(tǒng)材質(zhì)的3倍以上，零件減重10%以上。

關(guān)鍵詞：ADI；導(dǎo)向板；輕量化；鑄鋼；淬火

隨著國(guó)家汽車產(chǎn)業(yè)政策的發(fā)展，要求汽車底盤類零件材料升級(jí)和輕量化。導(dǎo)向板為載貨汽車上的易損件，直接安裝在車盤大梁上，載貨汽車在使用過程中，板簧與其進(jìn)行猛烈的摩擦和撞擊，磨損比較嚴(yán)重，載貨汽車導(dǎo)向板安裝位置見圖1。由于目前導(dǎo)向板傳統(tǒng)材料一般采用普鋼經(jīng)表面高頻淬火制造，淬透深度為2mm，表層硬度為HRC40～45，其使用壽命很短，大大影響了工作效率。為此，我公司承接了導(dǎo)向板的優(yōu)化設(shè)計(jì)和試制任務(wù)。經(jīng)過到相關(guān)汽車生產(chǎn)廠家實(shí)地走訪，研究制定了合理的生產(chǎn)工藝方案，產(chǎn)品滿足了耐磨和輕量化要求，并進(jìn)行了批量生產(chǎn)[1，2，3，4]。

1 試制過程

1.1 原材料選擇

選用低錳、低硼、硫的優(yōu)質(zhì)球墨鑄生鐵，采用硅鐵FeSi75作孕育劑，選用FeSiMg8RE3做球化劑，加入一定的鉬、銅等合金元素，并按鑄件需求的化學(xué)成分配入優(yōu)質(zhì)廢鋼。

1.2 工藝選擇

采用1.5噸/時(shí)中頻感應(yīng)電爐熔煉，利用高頻紅外碳硫分析儀、直讀光譜儀、德國(guó)賀利式熱分析儀，進(jìn)行爐前分析和爐后分析。鐵液出爐溫度為1500℃，堤壩式處理包，采用蓋包法沖入式球化孕育處理。球化處理完畢，澆注樣品，澆注采用多次孕育處理。熔煉好的鐵液化學(xué)成分為：C：3.5～3.8%，Si：2.5～2.7%，Mn：0.1%～0.3%，S<0.01%，P<0.03%，Cu：0.3～0.5%，Mo：0.1～0.2%。

1.3 鑄造過程

采用金屬模具，粘土砂機(jī)械造型，砂型硬度>85。造型時(shí)每箱4件，采用均衡凝固原理合理設(shè)計(jì)澆冒口，傾斜澆注，保證鑄件內(nèi)部組織的均勻性。

1.4 熱處理

根據(jù)導(dǎo)向板的外形特點(diǎn)及使用要求，熱處理工藝采用：奧氏體化溫度895～925℃，保溫時(shí)間為1.5～2.0h；等淬溫度為265～295℃，等溫時(shí)間為1.0～2.0h。

2 試制結(jié)果分析及檢測(cè)

制作試棒（熱處理后）進(jìn)行拉力試驗(yàn)，在拉伸試棒上取樣進(jìn)行金相檢測(cè)。對(duì)熱處理后的鑄件樣品進(jìn)行鋸切，心部未見縮松、氣孔等鑄造缺陷。力學(xué)性能及金相檢測(cè)結(jié)果見

3 產(chǎn)品使用效果

為了便于對(duì)比，在同一輛載貨汽車的一邊安裝ADI材質(zhì)導(dǎo)向板，另一邊安裝傳統(tǒng)材質(zhì)導(dǎo)向板進(jìn)行使用效果對(duì)比試驗(yàn)。在河北某礦區(qū)進(jìn)行使用，對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果顯示：傳統(tǒng)材質(zhì)導(dǎo)向板的使用壽命為50天左右，ADI材質(zhì)導(dǎo)向板的使用壽命為110天左右。

對(duì)以上比較結(jié)果進(jìn)行分析，采用ADI材質(zhì)的導(dǎo)向板，其使用壽命得到大幅提高，零件重量也得到了減輕，降低能耗和產(chǎn)品制造成本。主要體現(xiàn)在以下四方面：

（1）ADI材質(zhì)基體為貝氏體+殘余奧氏體，在使用過程中，貝氏體硬度高，耐磨性好。再者殘余奧氏體具有較好的塑性，使應(yīng)力集中得以松弛，阻止裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)大；塑性變形又可以引起表面硬化，表面硬度將增加HRC5～10，大幅提高了導(dǎo)向板的耐磨性能[5，6]。

（2）ADI材質(zhì)的導(dǎo)向板從表層至心部淬透均勻，里外硬度相同，與傳統(tǒng)材質(zhì)相比，其耐磨性將大幅提高。

（3）ADI材料密度為7.1g/cm3，鑄鋼材質(zhì)密度為7.8g/cm3，零件可減重10%以上。

（4）傳統(tǒng)的鑄鋼材質(zhì)導(dǎo)向板制造工藝復(fù)雜，零件成本及材料單位能耗高。而ADI材質(zhì)導(dǎo)向板，成型工藝及制造過程簡(jiǎn)單，大大節(jié)約了成本，并實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

4 結(jié)束語

（1）采用以上工藝生產(chǎn)的導(dǎo)向板性能達(dá)到HRC≥42，抗拉強(qiáng)度≥1300MPa，延伸率≥3%。

（2）采用以上工藝生產(chǎn)的導(dǎo)向板的使用壽命是同等工況下傳統(tǒng)材質(zhì)導(dǎo)向板的3倍以上。

（3）該導(dǎo)向板實(shí)現(xiàn)部件輕量化，零件減重10%以上。

參考文獻(xiàn)

[1]魏秉慶，梁吉，吳德海.貝氏體球墨鑄鐵[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

[2]朱松林，向綱玉.提高奧貝球鐵（ADI）綜合性能的探討及實(shí)踐[J].現(xiàn)代鑄鐵，2004（3）：12-15.

[3]張軍，李志華.滑塊（ADI1500-3）鑄件的研制及生產(chǎn)[J].鑄造技術(shù)，2010（09）：1048-1049.

[4]陳富茂.D1500球磨機(jī)奧貝球鐵襯板的研制[J].汽車科技，1994（1）：7-11.

[5]盧光熙，張宏.奧貝球鐵的無潤(rùn)滑滑動(dòng)磨損機(jī)制[J].吉林工學(xué)院學(xué)報(bào)，1992（13）：8-14.

[6]吳勇生.奧貝球鐵表面的動(dòng)態(tài)特性[J].鑄造，1999（7）：16-18.