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采用弥散强化钢钢棒或线材)生产汽车结构件的可能性.pdf

采用弥散强化钢(钢棒或线材)生产汽车结构件的可能性 L. Backer, P. Charlier B. Criqui, R. El Haïk SAFE 57300 HAGONDANGE (法国) (RNUR)雷诺专卖 92109 法国布伦市 在最近的5年中,在机械工程尤其是汽车工业领域,SAFE正在开发一种新的低合金钢系 列,即 METASAFE 钢,以往也被称作“长型材”(棒钢或线材) 。它们的主要特点表现为化 学成分简单,在轧制或锻造状态下具有高的抗拉强度水平。 在这篇文章的第一部分,主要揭示这些钢的冶金机制;第二章着重从切削性、可锻造性、 表面处理方面介绍它们的特点,及在应用中的冲击强度、韧性、疲劳抗力等特性;在最后部 分是在汽车工业中的应用举例(轮毂、三角臂、反摇摆杆) ,及阐述在汽车工业中的应用可能 性。 微合金化钢(或弥散强化钢) 的发展大约始于20年前,直到近几年,这些钢主要应用于板 材和钢管,通常碳含量不超过0.20%,抗拉强度在800MPa。 自1978年以来,SAFE 公司开始这类钢的长型材在机械工程领域中的商业化,即 METASAFE 钢[1] ,其主要特征为在轧制或锻造状态下具有高的抗拉强度水平( 从800 到 2000MPa) 。 在开发这类钢在汽车构造的不用应用领域之前,也是本论文的主题,我们先回顾 METASAFE钢设计的冶金原理和每种主要钢种的主要特征。这些钢的基本特征也将从工艺 (可锻性、表面处理的可能以及机加工性)和使用性能(冲击强度、疲劳寿命)两方面进行全面 介绍。 METASAFE 钢的主要分类—基本冶金学原理 表1 给出了不同种类的METASAFE钢,钢的名称由2部分组成:一个是数字,表示对应 于产品在轧制或锻造状态下的抗拉强度(MPa),另一个表示特定使用条件的字母组成,如: D :用于冷成型的钢,硫含量低(0.020%); S:硫含量控制在0.02~0.04%,表现出良好的机加工性,并且具有很高的硬度; U :切削性好的钢,通过加入高的硫含量(0.07~0.250%)和加入铅(约0.2%)来实现; F :表示具有高抗拉强度(1000~2000MPa)的钢材; Z :含13%铬的不锈钢。 所有这些钢都含有同一类析出强化元素(Al-Nb-V),它们的作用是多重的并且相互叠加 的,即: — 通过沉淀作用强化铁素体(尤其是V和Nb) 。 — 阻碍晶粒长大(见图1)和细化铁素体晶粒(尤其是Al和Nb) 。铁素体晶粒细化的优点[2]见图 2(屈服点提高、转变温度降低) 。可能的析出物具有溶解温度和不同的沉淀速度,这表明好 的机械特性可以通过控制加热和冷却条件来获得。 除了弥散强化元素的影响外,还应用了以下的冶金学原理: — 铁素体内元素的固溶强化,主要是锰,还有硅(METASAFE F) 。锰能够细化铁素体晶粒 [3] 和强化特定的析出物,它还能够增加钒在奥氏体中的溶解度 。 — 添加铜(METASAFE F钢) ,通过固溶和组织硬化提供来达到辅助强化。已经注意到,补 充加入镍可以避免单独加铜时产生的热缺陷。镍还作为铁素体的“硬化剂”,改善低温冲击 强度。 — 碳起着基本的作用,因为它决定钢基体的基本硬度。按照METASAFE钢的分类,碳的成 分大约在0.2%(例如METASAFE S800)和0.45%(例如METASAFE S1000)之间变化。 下面讨论4个代表性级别的METASAFE钢(METASAFES800 - U1000-F1200-Z1300)的主 要特性。 METASAFE S800 这个钢种主要应用于在轧制或锻造状态下要求抗拉强度达到800MPa的零部件。应该注 意到,它具有低的碳含量,不到0.25%,从而使它具有好的延展性,焊接性和切削性等特点。 需要关注的重点如下: — 回火过程中具有抗软化能力(在某些情况下,500-600℃下的抗拉强度和/或屈服强度还能 提高一些) ; — 在这个“硬化”区,延展性能没有恶化; — 在600到780℃之间,金属的软化较为平缓,抗拉强度的降低值不超过100MPa。 通常情况下,钢的组织是由细小的铁素体和贝氏体组成。值得重点注意的是,钢材的机 械

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