導向板的輕量化設計及制造

摘 要：針對導向板的工況條件、失效形式和輕量化要求，導向板選用ADI材質，并通過化學成分、熔煉和熱處理工藝控制，最終獲得洛氏硬度HRC≥42，抗拉強度≥1300MPa，延伸率≥3%的產品。該導向板的使用壽命是同等工況下傳統材質的3倍以上，零件減重10%以上。

關鍵詞：ADI；導向板；輕量化；鑄鋼；淬火

隨著國家汽車產業政策的發展，要求汽車底盤類零件材料升級和輕量化。導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，板簧與其進行猛烈的摩擦和撞擊，磨損比較嚴重，載貨汽車導向板安裝位置見圖1。由于目前導向板傳統材料一般采用普鋼經表面高頻淬火制造，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，我公司承接了導向板的優化設計和試制任務。經過到相關汽車生產廠家實地走訪，研究制定了合理的生產工藝方案，產品滿足了耐磨和輕量化要求，并進行了批量生產[1，2，3，4]。

1 試制過程

1.1 原材料選擇

選用低錳、低硼、硫的優質球墨鑄生鐵，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成分配入優質廢鋼。

1.2 工藝選擇

采用1.5噸/時中頻感應電爐熔煉，利用高頻紅外碳硫分析儀、直讀光譜儀、德國賀利式熱分析儀，進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，粘土砂機械造型，砂型硬度>85。造型時每箱4件，采用均衡凝固原理合理設計澆冒口，傾斜澆注，保證鑄件內部組織的均勻性。

1.4 熱處理

根據導向板的外形特點及使用要求，熱處理工藝采用：奧氏體化溫度895～925℃，保溫時間為1.5～2.0h；等淬溫度為265～295℃，等溫時間為1.0～2.0h。

2 試制結果分析及檢測

制作試棒（熱處理后）進行拉力試驗，在拉伸試棒上取樣進行金相檢測。對熱處理后的鑄件樣品進行鋸切，心部未見縮松、氣孔等鑄造缺陷。力學性能及金相檢測結果見

3 產品使用效果

為了便于對比，在同一輛載貨汽車的一邊安裝ADI材質導向板，另一邊安裝傳統材質導向板進行使用效果對比試驗。在河北某礦區進行使用，對比試驗結果顯示：傳統材質導向板的使用壽命為50天左右，ADI材質導向板的使用壽命為110天左右。

對以上比較結果進行分析，采用ADI材質的導向板，其使用壽命得到大幅提高，零件重量也得到了減輕，降低能耗和產品制造成本。主要體現在以下四方面：

（1）ADI材質基體為貝氏體+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，使應力集中得以松弛，阻止裂紋的進一步擴大；塑性變形又可以引起表面硬化，表面硬度將增加HRC5～10，大幅提高了導向板的耐磨性能[5，6]。

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

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

（4）傳統的鑄鋼材質導向板制造工藝復雜，零件成本及材料單位能耗高。而ADI材質導向板，成型工藝及制造過程簡單，大大節約了成本，并實現節能降耗。

4 結束語

（1）采用以上工藝生產的導向板性能達到HRC≥42，抗拉強度≥1300MPa，延伸率≥3%。

（2）采用以上工藝生產的導向板的使用壽命是同等工況下傳統材質導向板的3倍以上。

（3）該導向板實現部件輕量化，零件減重10%以上。

參考文獻

[1]魏秉慶，梁吉，吳德海.貝氏體球墨鑄鐵[M].北京：機械工業出版社，2001.

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

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

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

[5]盧光熙，張宏.奧貝球鐵的無潤滑滑動磨損機制[J].吉林工學院學報，1992（13）：8-14.

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