高强钢在重卡车架上的应用

邵刚，殷寒寒，高松

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）



高强钢在重卡车架上的应用

邵刚，殷寒寒，高松

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

随着国家对安全、减重节能和环保的重视，重卡轻量化的需求日益迫切。车架作为重卡最大的零部件，在满足强度的同时减轻重量成为轻量化的重点研究对象。文章通过对高强钢纵梁的成型结果进行分析，论证高强钢纵梁在现有设备下的应用情况，为整车轻量化提供依据。

高强钢；重卡；车架

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

车架总成是整个汽车的基础，是汽车的脊梁。汽车上的其他大总成都装配到车架上，车架总成既是承载结构同时又是传力构件。为此，车架应有足够的弯曲刚度，以使装在其上的有关机构之间的相对位置在汽车行驶过程中保持不变并使车身的变形最小；车架也应有足够的强度，以保证其有足够的可靠性与寿命纵梁等主要零部件在使用期内不应有严重变形和开裂。在保证强度、刚度的前提下车架的自身质量应尽可能小，以减小整车质量。

近年来，交通运输、公路管理等国家部门在全国范围内对超载车辆的查处日益严格，《道路机动车辆生产企业及产品公告》管理制度日益规范和完善，政府出台了一系列政策、法规，大力倡导节能减排。这些因素促使道路运输车辆，特别是重型汽车，出现了轻量化的趋势。同时，迫于激烈的市场竞争、原材料价格上涨的压力，为降低整车成本、降低整车质量以提高载质量利用系数，进而降低使用油耗，产品轻量化也是汽车企业自身发展的需要和应尽的社会责任。对重型汽车而言，车架自重是整车整备质量的重要贡献源。因此，车架的轻量化对重型汽车整车的轻量化具有重要意义。

1、材料选取及成型验证

减轻车架质量的方法主要有两种：一是采用高强度材料替代强度相对较低的材料；二是对车架总成结构进行优化设计，提高材料利用率。以某重卡载货车为例，在采用高强钢之前，纵梁为双层结构，其中主梁材料采为550L，副梁材料为510L，经过对标分析及钢材厂家的推荐，决定选用高强钢结构的单层纵梁，钢材牌号为QStE700，则单台车架降重达到200kg，降幅约15%，效果明显。

表1　

由于选用的新材料强度较原来有了较大提高，在使用相同的设备成新后，发生严重的开裂现象。

图1　开裂宏观形貌

图2　试样光学显微组织形貌

2、开裂原因分析

从开裂的宏观试样来看，开裂位置发生在靠近孔位的折弯处，并且此端远离折弯处未出现开裂，孔内部沿圆周方向在厚度中心部位观察到可视裂纹。

图3　试样孔内部宏观形貌

根据上述情况，从材料角度出发，对提供的试样进行化学成分、拉伸、冷弯力学性能、金相组织、低倍酸洗检测，寻找分析其开裂原因。

2.1化学成分检验

采用火花源原子发射光谱仪（光谱仪）氧氮联测仪（氧氮仪）对化学成分进行检测，检查结果如下表：

表2　化学成分检测结果

从检测结果看，QStE700材料各元素化学成分均满足厂家技术条件要求。

2.2力学性能检测

对开裂材料提取试样分别进行拉伸和冷弯力学性能检测，拉伸试样和冷弯试样取样位置见图 4，拉伸试样为纵向（轧向），冷弯试样为横向，拉伸试样根据标准加工成带肩试样（b=25mm，L0=80mm）见图5，拉伸试验在Zwick/Roell Z600拉伸试验机上进行，冷弯进行弯心直径d=a，宽度b=35mm，180°试验，拉伸冷弯力学性能见表，拉伸曲线见图，冷弯试样结果表明试样横向冷弯无裂纹，冷弯后试样宏观形貌见图。

图4　拉伸和冷弯取样位置

表3　拉伸冷弯力学性能检测结果

从拉伸及冷弯试验结果表明，拉伸力学性能完全满足材料技术条件要求，屈服、抗拉、延伸率分别较技术要求高72MPa、95MPa、10%，各指标富余量均较大。说明开裂与试样力学性能无关。

图6　702试样拉伸曲线

图7　703试样拉伸曲线

图8　冷弯后试样宏观形貌

2.3组织和夹杂物检测

金相试样取样位置见图。其中开裂区域金相试样取样个数为1个，进行缺陷分析（包括金相组织和非金属夹杂检测），正常区域金相试样取样个数为2个，用于组织和非金属夹杂物检测。

正常区域试样检测结果：

表4　非金属夹杂物检测结果

图9　光学显微组织形貌（中心位置100倍）

组织为铁素体，中心区域有珠光体条带，晶粒度10.5~12.5级，试样光学显微镜观察，仅观察到少量细系氧化铝类和球化的细系氧化物类夹杂，级别很低为0.5级，说明此钢材钢水纯净度高，并且夹杂物球化变性效果明显。非金属夹杂物检测结果见表3。

图10　光学显微组织形貌（中心位置500倍）

缺陷开裂区域检测结果：

试样上有数条与表面不连通的裂纹，裂纹形貌见图11，裂纹内未见夹杂，裂纹附件组织为铁素体，组织无异常，见图12。从上述光学显微镜检测结果看，正常区域和开裂缺陷区域未见异常组织，非金属夹杂物级别低。

图11　裂纹形貌

2.4酸洗低倍检验

图13　纵梁酸洗后外侧面

为观察试样表面情况，对已冲压的纵梁试样进行低倍酸洗检验，酸洗后的试样宏观形貌见图13、14，试样酸洗后上下表面质量均良好，未发现肉眼可见的表面缺陷，说明纵梁开裂与表面质量无关。

图14　纵梁酸洗后内侧面

酸洗后发现，孔四周有明显的龟裂和环状裂纹，见图15，其在冲压过程中，孔四周龟裂和环状裂纹很容易作为外部裂纹源，在拉压力的作用下导致纵梁开裂。

图15　孔酸洗后宏观形貌

3、结果分析

从以上结果分析可以得出：

（1）试样各化学元素成分均符合钢厂技术条件要求；

（2）拉伸力学性能均满足钢厂技术条件要求，并且各指标均有足够大的富余量，在比钢厂技术条件要求更严格的冷弯试验条件下，冷弯试验合格，说明纵梁开裂与力学性能无关；

（3）试验组织无异常，非金属夹杂物级别低，排除了因组织异常和非金属夹杂物引起的纵梁开裂；

（4）酸洗后上下表面质量均良好，说明纵梁开裂与表面质量无关；

（5）从纵梁开裂形貌、位置和酸洗后孔内周围发现的龟裂和横向裂纹来看，纵梁开裂位置与孔紧密相邻，而远离孔的纵梁折弯变形另一侧未发生开裂，初步判断纵梁开裂与孔有关，初步分析原因是：孔内的龟裂和横向裂纹作为裂纹源在冲压变形过程中受拉应力作用导致纵梁开裂。

4、解决方案

（1）根据钢厂提供的高强钢牌号，选取 QStE650代替原有的 QStE700，降低冲孔所需要的冲裁力，并减小成型时的机床振动，保证成型质量；

（2）纵梁成型时采用冲孔后反面成型的工艺，避免孔在冲孔方向受拉应力作用；

（3）孔位布置调整，较小的孔边距离折弯边距离保证≥35mm，大孔边距距离折弯边距离保证≥40mm。

5、结语

本文简要叙述了高强钢在重卡车架上的应用情况，通过对开裂的材料进行成分、力学性能分析，得出产生破坏的原因与成型工艺有直接关系，为高强钢在重卡车型上应用提供了理论参考。

[1] 陈家瑞.汽车构造[M].北京:机械工业出版社.2001.

[2] 贡博.重卡车架高强钢纵梁工艺研究.汽车实用技术.2013(10): 77-79.

[3] 崔友山.高强度钢板在重型载货车车架制造中的应用.汽车工艺与材料，2010(1):1～4.

[4] 杜彬.重型载货商用车车架结构与纵梁制造技术.科学之友.2006 (11)：8～9.

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

邵刚，就职于安徽江淮汽车股份有限公司。

U466

A

1671-7988 （2016）06-50-04