OTEVA70SC弹簧钢在MC系列重型柴油机气门弹簧上的应用试验

张继魁 纪同圣 鞠辉 张国亮 马奎星 李良晨250101) (中国重型汽车集团有限公司技术发展中心,济南

Automobile Technology & Material - - 材 料应用 -

OTEVA70SC摘要:研究了 弹簧钢的化学成分、非金属夹杂物、显微组织、力学性能及气门弹簧喷丸强化工艺、热强压工艺和气门弹簧疲劳性能、台架耐久性能等,分析和讨论了材料化学成分、纯净度对气门弹簧用钢性能的影响和喷丸强化工艺、热强压工艺对气门弹簧性能的影OTEVA70SC响。结果表明, 弹簧钢具有高纯净度、高强度及良好的韧性,气门弹簧在制造过程中采用优化的喷丸强化工艺和热强压工艺,使气门弹簧获得高的疲劳性能和使用性能。OTEVA70SC关键词: 弹簧钢 气门弹簧 喷丸强化 热强压工艺 松弛性能U461.7+1 B Doi:10.19710/j.cnki.1003-8817.20170168中图分类号: 文献标识码:

1 前言

气门弹簧是汽车发动机配气系统中的重要零件。在发动机运行时,它受到从最大到最小的周期性循环负荷,承受剪切应力。其作用是维持配气系统机构之间的正常接触,保证气门准时、可靠地启闭。

气门弹簧在使用过程中主要失效形式是疲劳断裂和应力松弛。如气门弹簧早期断裂严重会使气门掉进气缸,造成活塞破裂、连杆弯曲等,使整台发动机报废。弹簧松弛使弹力降低,气门关闭不严而漏气,特别是排气门弹簧弹力下降会影响排气制动减速,严重的会影响发动机功率甚至整机性能。

根据上述失效模式,对气门弹簧的性能要求如下: a.疲劳寿命高; b.抗松弛性能高。为了保证气门弹簧的性能,对气门弹簧用钢提出如下性能要求: a. 100%淬透性能高,整个截面应达到 的马氏体组织; b.抗拉强度和弹性极限高,塑韧性适宜; c.纯净度高; d.疲劳强度高; e.断裂抗力高。MC系列重型柴油机是我公司新一代重型汽车用柴油机,其发动机使用的气门弹簧受力高( τmax= 853 MPA), (283 MPA),应力变化幅度大 对气

( ≥2.3×107)门弹簧的寿命要求很高 循环次数 。该柴

Sicr油机的气门弹簧采用材料为 弹簧钢丝,相当

1961—), , , ,作者简介:张继魁( 男高级工程师学士研究方向为汽车金属材料的开发及应用和汽车零部件的失效分析等。

OTEVA70SC( 55CRSIA)于 或 。2 试验方法和结果MC11选定 发动机气门弹簧进行国产化试OTEVA70SC验。 的材料成分及力学性能技术要求1 2见表 和表 。 :气门弹簧生产的工艺流程 材料理化检验— +绕簧—去应力回火—磨簧 倒角—探伤—两次喷丸—热强压—表面处理—分选—包装。2.1 OTEVA70SC气门弹簧钢的理化性能检测Suzuki Garphyttan Wire(suzhou)co.ltd用 生产OTEVA70SCA φ3.8mm的 钢。对该钢制成的 的油淬火回火弹簧钢丝进行了化学成分、力学性能、夹杂物及金相组织的检验,并检验了进口弹簧的金3- 5, 1- 4相组织。其结果见表 表 图 图 。

2.2 MC11发动机气门弹簧的试制

MC11型发动机是增压、中冷、大马力发动机, 270- 330kw, 1 900- 2 500 r/min功率 转速 。其气门OTEVA70SC CNC580弹簧采用 弹簧钢丝在 型自动6卷簧机上卷制,具体参数见表 。 对国产和进口成品的气门弹簧进行了工作负7荷检验,结果见表 。用连续式网带炉对冷卷气门弹簧进行回火处理,以消除冷卷弹簧内侧产生的残余拉应力。回火430 ℃, 45 min温度为 保温 。2.3 工艺试验2.3.1 喷丸强化工艺喷丸在通过式离心式喷丸机上进行,采用二

0.3-0.6 mma,次喷丸。第一次喷丸强度 丸粒直径0.7 mm, 0.15- 0.3 mma,第二次喷丸强度 丸粒直径 OTEVA70SC对由国产 弹簧钢丝制造的气门弹簧及进口气门弹簧进行了喷丸形成的残余压力场Ptoto- IXRD X检验。采用 型射线应力分析仪,管25 kv, 5 ma,cr Kα V电压 管电流 靶 辐射, 滤波片, 1 mm,fe(211)准直管直径 衍射晶面。检测执行ASTM- E915- 2010 EN15305- 2008 GB/T 7704、 及2008 Proto- 8818标准。借助 型电解抛光机进行电2 2化学剥层,饱和食盐水电解液。国产 个和进口个气门弹簧的残余压应力沿层深分布及残余压应8 9力场的检验结果见表 和表 。 2.3.2 热强压工艺试验RJ- 2495用全自动热强压机 进行热压工艺试180 ℃, 40 min,验。将气门弹簧加热到温度 保温 再将32 mm,弹簧压缩到并圈高度约 保温冷却。 0.4 mm, ≥100% 5 6

喷丸覆盖率 。图 和图 分别是国产气门弹簧和进口气门弹簧表面喷丸形貌。

2.4 气门弹簧抗松驰试验

2.4.1 静态试验气门弹簧须进行热压静态松驰试验,以检验弹簧H2的负荷损失。方法是将弹簧压至工作高度 测P2 P3=P2×1.1 , P3出 值,求出 值 再将弹簧压至 时测H3, H3 150 ℃ 16 h,出 在 高度下加热到 保持 放开后P2′, ΔP/ P=P2- P2′/P2×100%测出 负荷损失率 且不5% 10 10大于 。 个弹簧的试验结果见表 。 2.4.2 动态疲劳试验在专用的疲劳试验机进行疲劳试验。将弹簧45 mm, 12 mm, 2.3×107预压缩到 工作振幅 经过 次

100 μm 20 μm 1 2 20 μm 100 μm 3 4 图 进口弹簧心部组织 图 进口弹簧表面组织

图5 国产弹簧喷丸形貌 图6 进口弹簧喷丸形貌 200 μm 200 μm

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