新型马氏体不锈钢热冲压底盘零件的疲劳特性分析



新型马氏体不锈钢热冲压底盘零件的疲劳特性分析

现代汽车每减轻10%的质量，则可减少6.9%的燃料消耗，提高汽车经济性的同时还有助于保护环境和许多轻质材料如先进高强度钢和铝、镁、钛合金等都具有实现汽车轻量化的潜力。然而，这些轻质材料的成本在1～10美元/kg，波动很大。除此之外，部分材料的可用性不高，与现有的冲压成形技术及装配工艺匹配性不高，导致加工过程成本增加。在这样的背景下，各厂商开始使用不同种类的不锈钢实现汽车轻量化，其中马氏体不锈钢最为突出。文中对马氏体不锈钢进行了介绍，并对传统马氏体不锈钢的成分进行更改，以改善其力学性能。同时，将新型马氏体不锈钢应用在汽车底盘零部件上并对其进行疲劳特性分析。

马氏体不锈钢是含铬和碳的铁合金，根据合金含量和热处理方式的不同，马氏体不锈钢有很大的强度范围，极限抗拉强度范围为500～2000MPa。为保证马氏体不锈钢较高的强度和硬度，需对其进行淬火和回火热处理，但这会使马氏体不锈钢在焊接时的焊接区变硬、变脆，韧性极差。文中对传统马氏体不锈钢成分进行了更改，除去其中的镍元素，而碳元素、锰元素、硅元素、铬元素、铌元素、氮元素质量分数分别改为0.15%、0.6%、0.6%、13%、0.15%、0.03%。新型马氏体不锈钢的最大抗拉强度为1.2GPa，总伸长率达到了10%，低温下的延展性得到了大幅提高。因而，可采用热冲压技术制备车身B柱、车门防撞梁、座椅导轨、保险杠和前副车架等。由于新型马氏体不锈钢碳含量较低，因而其具有较好的焊接特性，因此可以采取惰性气体保护焊和电阻点焊等传统焊接方法。之后，对该种新型材料进行耐冲击性和疲劳性分析。试验样品为1.5mm厚的新型马氏体不锈钢板件制成的悬臂梁，在-40℃下进行冲击试验。根据ASTM E466-96标准进行疲劳试验，设定循环应力比为-1，加载频率为25Hz。试验结果显示：①新型马氏体不锈钢没有出现脆性断裂现象；②循环应力比为-1时，疲劳极限为200万次，循环极限应力为860MPa；③以汽车常用的、抗拉强度为600MPa的45号钢为基准，采用新型马氏体不锈钢可减轻零部件50%的质量。

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

编译：王祥