依维柯汽车金属材料选材及国产化情况.doc

依维柯汽车金属材料选材及国产化情况叫/7一l1摘要本文比较全面地介韶了依维轲汽车盘属村牟用材厦国产化方面的情况和建议.内窖包括.碳素结构钢,合盒结构钢,台盒渗碳钢,弹簧钢.阀仃钢,臂圊件用钢易切割用铜冷轧钢扳.热轧钢扳.镀锌和镀铝钢扳以厦铸铁材料.叙词:卷至宅璺型!VECO我厂从意大利菲亚特(FIAT)集团一依维柯工业车辆公司引进了DAILY系列汽车,该系列厢式车和货车总质量为3000-,-5000kg.采用Sofim8140.27柴油机,是4缸,水冷,直直喷,增压柴油机,功率为76kW,缸径冲程为9392ram,排量2499m,最大转速3800r/rain,最大扭矩为235Nm/2000r/min,比油耗(最大扭矩时)225g,kwh,重量为240kg.我厂与依维柯公司签订了DAILY系列车辆许可证转让和技术援助台同,计划1995年形成生产能力,纲领为6万辆.,现在就我们了解的国内外汽车用材的情况,再结台依维柯公司提供的技术文件与部分零件解剖分析沟情况,对IVECO汽车金属材料选材用材及国产化情况作一介绍.一,碳素结构钢依维柯公司常用的碳素结梅钢为CIO,一2一C12,C15,C20,C25,C30,C33,C35,C38,C40,C43,C45,C48,C50共计14个牌号.我国常用碳素结构钢为10,l5,20,25,30,35,40,45,50共计9个牌号.我国碳素结构钢分得比较粗,尤其对有些中频淬火零件来讲,分得粗是不利的.从碳钢含碳范围来讲,意大利标准一般为8个格子,而我国一般为9个格子;从S,F含量来讲,意大利标准一般规定为0.035%,而我国标准为0.040%.意大利依维柯公司用于供表面感应淬火碳素钢有C33,C38,C43,C48钢.这类钢的特点是碳含量范围比调质用碳钢还要窄,锰含量上,下限均高0.1%,S,P规定得更严(0.03%),残余元素Cr,Ni,Cu均作了规定(0.25%),我国没有专门适合表面感应淬火用碳钢,只能用35,40,45钢精选含碳量来代替,绘生产带来许多困准,希望今后我国能增加适台感应淬火用碳钢o二,台金结构钢依维柯汽车上用得较多的合金结构钢为25MC6,35CM4,40CrMO4,40MiCrM04,等四个钢号,威份与性能见表i.依维柯汽车上采用40CrM04与我国42CrMO相当,我国含碳量略高一些,40NiCrMo4钢与我国40NiCrMo钢相比,我国含镍量为1.25%一1.75%,意大利40NiCrMo4钢含镍量为0.7O%一1.1O%,相差较显着.我国40CrMn与意大利35CM4相比我国含碳量高一些,另外我国没有意大利25MC6钢.根据上述情况,我们提出国产化意见如下l表11.25,C6此钢为FIAT公司弛有钢号,为低铪锰钢,锈禽量为1.20%1.70%,铬含量为0.30%一?.0%,该钢主要用于轧制无缝钢营,钢板,锕带.车上用得最多的是半轴套管,每辆车有25公斤,而且在半轴套管上要焊接不少其它零件.因此该钢要求具有良好的焊接性能,我国没有相近钢号.通过皇上钢一厂联系,已试制出2MC6钢(相当我国牌号为25MnCr),半轴套管采用我国试制的25MnCr钢制造.至于用作调整垫片等其它零件,根据使用要求,可用35钢或45钢板冲成零件后,再经调质处理后来代用.2.40CrMo4该钢用于制造承受应力较大的零件,如连杆,扭力杆,高强度螺栓等,与我国42CrMo钢相当.化学成份l机械性能卧硝号jc_SiMnPSCrNiMoij一1;Il状态l,226晡.2一一38CD4.乡0.4o.夕.o.5<o.o3o0/.80.0/.15.堀质Il7.4l15l0.400.901.1O0.2510800.37.l0ssl0_.10.901.100J0801090110025调质I02.7j-z54140NiCrMo4/0.430.370.:.koo5Io0351.I.质9/8.>s4140CrM040.441.ooi.20lo.261o2Ti-*;夏匠V形试样冲击韧性料;夏氏V形试样冲击功3.40NICrMo4该钢用于制造承受较大应力并要求有较高韧性的零件.如半轴,转向节,转向节臂等.从强度指标来讲,4ONiCrMo4与40CrMo4相差不太大,但淬透性和冲击韧性,40NICrMo4较高,从表1中可以看出,ak从54N?m/cm提高到64N?m/cm,我国虽亦有4ONiCrMo4铜,但镍含量比国外高0.5%.由于我国镍资源比较少,镍钢价格较高,我们采用42CrMo钢来代替40NICro4钢,最后确定代用方案时还要补做台架对比试验.4.35CM4此为CrMn钢,主要用于U形螺栓,我国CrM系列钢种中,没有35CrMn钢,因此国产化时只好选用40CrMn钢代用,又考虑到我国标准中虽有40CrMn一3一七一钥,但实际订货很难订到,所以建议用4oCt来代替.三,合金渗碳钢依维柯汽车上有6070种零件需渗碳或碳氮共渗处理,其中绝大部分材料为合金渗碳钢,用得较多的有CrNi,CrMn,NiCrMo系列钢,见表2.国内外渗碳钢主要差距在下列三个方面I1.国外对齿轮钢一般要求脱气处理(真空除气),钢水出炉时或完全出钢以后,使档融钢水处于降低压力到大约133Pa的条件下,在包内真空除气,一般氧含量要求<25PPM和氢含量2.5PPM.近几年来,国内有些钢厂也都引进或自制了除气装置,通过处理后氧含量从6070PPM降低到25PPM,最近我厂对上钢五厂生产的20CrMoH脱气和不脱气齿轮钢进行了试样接触疲劳对比试验.脱气20CrMoH钢比普通20CrMoH钢的接触疲劳寿命提高5O%左右.对于引进变速箱和后桥齿轮用钢,均采用脱气齿轮钢.表22.国外许多钢厂对齿轮钢淬透性能要求很高,如意大利sIAs钢铁公司规定齿轮钢淬透性能可以选整个淬透性带上部z/2(6格),下部1/2,或者中间1/2,供用户任意选择,以保证齿轮较小的变形和心部强度,依维柯汽车对变速箱和后桥主,被动齿轮淬透性能有较高要求.我国新标准也规定了淬透性能(H钢),一般为l2格,国内外差距较大.3.夹杂物对齿轮接触疲劳寿命影响较大.意大利依维柯公司齿轮钢夹杂物要求较高,显徽夹杂物按硫化物,氧化铝,硅酸盐,球状氧化物四类评定,一般采用JK图(UNI3244)来评定,一般要求JK3级.台金渗碳钢代用意见如下t1.12CN3钢适用于冷挤压成形,需渗碳或碳氮共渗的零件,钢中的Ni,Cr含量分别为0.5/0.8%和0.40/0.70%,使用该钢的零件有气门挺柱,气门弹簧座,后钢板弹簧吊耳销,换档杆等10多个零件,我国没有相近的钢号,国产化时,我们用15Cr代用锕号cISilMPSCrNiIoV其它状态s鬻AkIIIN/ramzN/ramaJ0.1o.35l0-嘣5io.40o.50谇火+I2Nc$0.】50.eO0I/低温78&5888o.7o.aoj回火o.130.70oIo_odo谇必+1080.s$8.低温/lI蝣5l0.口.35/0.o3sdO.035I.10I.10回火I42OBJJI.OOJIBMnio-l0_啪Dl1_0lS+P1030Cr5J0.rOI.S0O?O6回火/735B251370io.:1o_35.l0瑚50.800.80I总谇火+I17619CNs/1fI1.10.I.,口I<o.IO0.02低温/9307e80.0.0回火1520l9Mn0.嘶0200,8I1127B82825Cr5阿火14200.:/20NCD2I.8lO-jo0.035I0.o.10_;0】4口0.15iA1总【率火+1170/0.o2-,!低温/930727.0.:310.15l0.90JIb.30.0.700.25o.O回火1570121NICr0.2口;.l0.嘟0.O20.7011.2O0.15A1链率火+1350/l/Cn0.02:低温/1098755O5H:30.35.0.00j0.04I.001.500.25dO?2510.05回火13400.4一表5钢号C72C72Extra机械性能!莲墓(以4为准)不喷丸I喷丸ll14211500l1700265265407400一一一一2.19CN5镍含量为0.8%一1.1%,Cr为0.8%一1.1%,此钢在依维柯汽车上应用较多,如变速箱齿轮,活塞销,差速器行星齿轮轴等,我国20CrNI钢含镍为1.O%一1.4%,Cr为0.45%一0.75%.与原设计钢种差距较大,现上钢五厂,大冶钢厂已试制19CN5.3.21NiCrM0H该钢主要用于后桥主,被动齿轮.该钢碳的范围比较窄,为0.19师一0.23%,淬透性带要求比较窄,镍铬钼含量为INn.2O%一1.50%,Cr0.7%一1.0%,Mo0.15%O.25%,该钢淬透性能,强度和韧性指标均比较高,由于依维柯汽车原设计后桥主,被动齿轮应力较高,而我国现有标准中的20NiCrMo钢成份差距较大,不宜代用,因此我厂与大冶钢厂,上钢五厂签订了新试21NiCrMoSH钢的协议,以俄国产化使用.四,弹簧钢傲维柯汽车常用弹簧钢成份和性能见衰3.1.C72碳素弹簧钢特点是碳含量范围宽(0.65%t0.80%),相当我国7O,75两个钢号,该钢种广泛应用于钢丝,钢带生产,根据使用要求可选用7O,75,65Mn等钢丝及05Mn,70,T7,T8等弹簧钢带o2.依维柯气门弹簧选用68CrV?(相当于瑞典OTEVA60牌号)这是个新型弹簧钢丝钢种,在原来50CrV4的基础上,进一步提高含碳量,降低Cr,V的含量,是一个节约台金元素的新型弹簧钢,由于我国没有一5一该种新钢种,暂时用55CrSi钢来制造.3.我国新试制成功的55CrSi弹簧钢与国外55SiCr6(相当于瑞典OTEVA70牌号)相当该弹簧钢丝抗回火性能较好,在同样甸火温度下,具有较高的强度和弹性极限,而且抗松弛性较好,以4弹簧钢丝为例,觅表4.裹4钢号lI.;l基器极阻5.cV.583355cIsi11861060I9ll尤其在200左右睦期使用下,抗松弛性毹更为扰良.由于该钢种使用时硬度较高,经过淬火和回火后,一般在HRCs0左右,给绕黄工艺带来一定的困难,在工艺上要进一步采取相应韵措施才行.55CrSi钢适用于具有一定温度的高应力弹簧上,特别适用于制造高压油泵弹簧,长期使用变形量极微,抗松弛性好.4,52S8钢板弹簧甩材该钢碳含量范固宽(0.5%一O.65%),Si1.80晒一2.2O%,MO.70%一1.00%,包括了我国的55Si2Ma和60Si2Mn两个钢号.意大利专家介绍,实蕲使甩!55Si7为主,很少使用52S8,也有表5部分较厚钢板弹簧应用60SiCr8.使用该钢的零件有后钢板弹簧主,付簧,前,后悬槊和横向稳定杆等.国产化时,根据不同的使用厚度,可以分别采用60Si2Mn和55SiMnVB钢.5.依维柯公司最近提供辗薄少片钢板弹簧图纸.根据厚度要求,原设计采用60SiCr8钢,由于淬透性能要求比较高,可以采用55SiMVB弹簧钢代替,我厂最近研制的NJ1041后簧少片弹簧钢板同样也是采用55SiMnVB钢,台架试验情况良好.五,闭门钢Sofim柴油机选用阀门锕见表5.Sofire柴油机进,排气阀均用相同材料焊接而成,阂面不堆焊钴基合金,杆部端头经过感应淬火,HRC533,层深13mm,整体经过软氮化处理,阀面应将软氮化层磨去.祸轩材料为XSCrSi8,榍当于我国4Cr9Si2.菌部材料为X53CrMnNiNs219或X50CrMnNiNbN219.X53CrM11NiNS213与我国的Y5Cr21Mn9Ni4N相当,X50CrMnNiNbN219为西德DIN1.4882阀门钢,系加钨加铌改进型2l一4N奥氏体阀门钢,其中W为0.8%一1.50%,Nb1.8%一2.5%,其目的是提高高温性能,我国犬冶钢厂已试制了这种钢材FIAT钢号化学赢份()机械性船gj盈标准CSiMnP,SCrNiMoTl其它状恚N/ram2N/mm2IX45CRS18o.402.807.50885/-0-o350-030f饵质f$861jTab527080.503?50o.809.500.50to8oX50CrMgMIo-58.o20.o3.50WNb(ra】N固溶Nblq21f/0.0400.o3o/,0.801.80o,09305881i/iDN1.4882o.550.4510.022.o5.oo1.S02.50o.e0时效X53CfMnNi0.蛐8.o0.03520.03.25.l圊溶980NS2l9/0.日5ff/5908Tab.527o60.580.25l0.00.0823.04.50o./.l时敢ll106一牌号为5Cr21Mn9Ni4WNb2N(LV2143,国产化时,我们采用5Cr21Mn9Ni4N<214N)钢.六,紧固件用钢依维柯汽车上所用螺栓,螺母只标强度级另lj如螺栓为5.8(R50),8.8(R80),10.9(R100),12.9(R120).螺母标为R40,R5O,R80,Ri00.一般螺栓,螺母面对时,螺母使用级别要比螺栓低一级.原设计的发动机连杆螺栓,差速器螺栓,表6半轴螺栓等采用12.9级,材料为40CrMo4,HRC3944,一级螺纹(精度为4h),表面需经过耐磨锰磷化处理,层厚为6一l0m.飞轮螺栓,曲轴箱框架螺栓等采用10.9级,材料也为38CrMo4或40CrMo4,HRC3239对重要螺栓如连杆螺栓等,为了保证脱炭和一级螺纹精度,大多采用调质处理后再进行搓丝,由于其硬度比较高,给搓丝工艺带来困难,我厂经过多年来攻关,现已初步掌握12.g级连杆螺栓制造工艺,经过疲劳试验,寿命达到原设计要求.螺栓国产化意见如表6.七,易切削用钢做雏柯汽车常用的易切创用钢分为两大类,一类为含硫易切削钢.在碳湘的基础上加砬,也有碳钢含锰较高(MI10.0%1.3%,1.0%一1.j%)基税:上加硫,加硫量为9.15%O.25%,0.24%一O.;2%或0.30%0.4O%.另一大娄为含硫和铅易切副钢,在上述几种含硫量的基础上,再加铅0.15%O.35%.铅易切削钢的切削性能比单瓠加硫的好,我国由于设备条件限制,日前还不储大量生产加铅易切削谰,只有单一硫易切削钢,我国常用易切削钢为Y12,Y15,Y30,Y40M11,古硫量为0.08%O.20%或0.20%一O.30%.由于国内易切削钢牌号较少,目前只能用国内常用易切削钢Y22,Y15,Y30,Y40Mn等来选取代替.八,冷轧钢板依准柯汽车上所使用冷轧钢板,按使用冲压性箍要求的不同,可以分为Fep01,Fep02,Fep0(表T).Fep01,Fep02为沸腾钢,Fep04为镇静钢,Fep0j为一般拉延用冷轧薄板,Fep02为较深拉延玲耗薄板,Fep04为深拉延用冷轧薄板.在Fep01,Fep02,Fep94后面,还有1,2之分,1为非时效性钢,2为抗时效性钢板.FepO1相当我国08F,Fep02相当我国08,Fep04相当我国GB521385标准08AI钢.意大利技术条件规定,对沸腾钢从交货日起十周内,在拉延前24小时内,需经过平整后再拉延零件.对于镇静钢,在交货后6个月内,用户不必平正.如超过6个月,需经过平整后使用.一7一表7:延伸率.厚度0.6mm,标距Lo8Omm.纵向取样九,热轧铜板可以分为一般热轧钢板和高强度热轧钢板,一般热轧钢板意大利依维柯公司设计有Fepll,Fepl2,Fept3,其Fepll,Fep12为沸腾钢,Fep13为铝镇静钢.表8高强度热轧钢板大多数用于车架等承受应力较大的零件如纵梁,横梁等.高强度热轧钢板一般以抗拉强度级别来命名.意大利常用的有Fe360C,D,Fe430C,D,Fe510C,D,以屈服极限级别来命名如Fee400V,Fee420等睥号.依维柯汽车常用热轧钢板见表8a脚.40.020fll黼lzs.l360Fe360CO.190.0550.O55热J460N235250.01J热.z.sl.sfFe360D4O.190.050140.o50A1I4600.02N.l22Fe430C0.230.O55<O.0550.0IFe43OD0.230.o0o4o.o50.lI.cz.i4ooo5slli,lPz01Fe5l0D0.220.801.6010.05o0.05.izb350206Fee42040.1I14o.40x.oo4.2s.25.4ojI80I5IIo.ll篙.Ii._1口41Fcc400V0.o8<o.30.?矗.?.:._./.51*Nb可用V或Nb加V来代用.懈:延伸率2衄厚度3mm,标距Lo=80mm向取样.一8一1.一般车架第二横梁衬板,保护栅横梁,石缓冲板底板等零件选用Fe360C;车架纵梁,前梁腹板,前梁拱形架固定板等零件对焊接性能要求比较高,采用Fe360D.Fe360D化学成份中要求控制Al0.02%,S,P含量也较低,对冲击韧性也要求较高,Fe360C要求0时Ak25,而Fe360D要求一2O时Ak25.在材料国产化时,我们考虑宝钢SAPH370来代替.2.Fe430C用于后保险杠支架等零件,Fe430D用于备胎6一d定架等零件,国产化方案可用们MnReL,T42,10TIL等钢种来代替.3.Fe510C用于前拖钩支架,保护栅固定板,后制动底板法兰等零件;FeS10D用于减震器下支架支撑板等零件,采用宝钢B510L,16MnL,13MnTiL,09SiVL,T52等钢种来代替.4.加长车架,驾驶室后支承架等零件采用Fee420,该钢为控制轧制的低碳锰铌钢,要求屈服强度420N,180.冷弯,D=0.5a.该钢可以采用宝钢QSTE420TM钢.十,镀锌和镀铝铜板镀锌钢板可以分为电镀锌钢板(单面双面,差厚),热镀锌板和微合金化镀锌板等几种,依维柯汽车原设计采用电镀锌板零件有20多个,以油箱和驾驶室底板为主,大多为单面电镀锌钢板,镀层一般8m,电镀锌钢板在冲压性能,焊接等方面比热镀锌钢板好.电镀锌后可以磷酸盐处理,也可以不处理,磷酸盐处理后,能使镀锌层在运输保管和加工中,不致生锈,再加上藉磷酸盐处理后能使油漆涂料等附着坚固,处理表面层的结晶致密,加工后干净而光泽.依维柯油箱要求经过铬酸盐黄色钝化处理,铬酸盐与磷酸盐处理相比,耐腐蚀性较优,涂料的附着性也良好.依维柯油箱成品,最后需经过长时间盐雾试验检查.目前我国宝钢已引进电镀锌钢板生产线,武钢己能供应热镀锌合金化镀锌钢板.但宝钢电镀锌钢板在镀层厚度方面还满足不了要求.镀铝钢板在耐腐蚀性,耐热性能等方面都比较好,主要用在消声器,排气管等零件,一般要求镀层厚度20m,国内尚处试制阶段,还没有形成生产能力,目前暂时先用普通钢板冲成零件后,再进行热浸镀铝,然后再焊接和组装在一起.镀铝钢板用来制造消声器,其咬边和焊接工艺还需要进一步试验.干.一,铸铁材料(一)灰铸铁依维柯汽车一般灰铸铁件采用GH130,比较重要些的铸件如飞轮,水泵叶轮,曲轴,框架等采用GHI90灰铸铁,汽缸体采用GH190B灰铸铁;含磷灰铸铁GH1051用于气门导管,燃油输油泵推杆导管等,其成份和性能见表9.GH130相当我国HT150;GH190,GH190B相当我国;I,HT25O,GH190B比GH190成份控制更严,机械性能和硬度都比GH190高一些.GH190,GH190B与我国HT250相比较,我国硅量比较低,含锰量较高,其余成份相当.GH1051高磷(0.45%0.75%)铸铁含有较多磷共晶耐磨性较好,气门导管等零件按意大利依维柯的成份进行生产.(二)球墨铸铁FIAT公司是欧洲球墨铸铁应用最多的一个厂家,而且它的球铁性能指标,尤其是一9一表9FIAT化学成分(眄)j机械性舵1牌fs:一MnCr_一备注1:303.22.0.铸f_:=上的GH190/02O.150.102553.52.52oIOb3.220GH19oB/i0.20.150.10265>2oo;浇冀试棒352.5Ibo.45.其它详见GH1O5l(3.65)(2.65)(0.e6)0.15/2:ocaP9?0227o.5注t()内数据为近似值.塑性指标要求很高,而我国现有工艺水平是很难达到的,也是今后我们生产中的一个难点.依维柯汽车设计中,球墨铸铁应用较多,每车有2O多件,总计130kg.采用GH9O一52一O5牌号有曲轴;采用GH6548一O有前轮毂,换档叉,前悬架横向稳定杆固定架等T种零件:采用GH6O一38一lO有后桥壳,差速器壳以及变速器壳等8件;采用GH4533一l5有排气管,螺塞等零件.另外还有活塞环第一环采用含Ni1%球墨铸铁活塞环,该环霈经淬火和回火处理.活塞环表面需镀铬,活塞环第一环成份,性能和金相组织要求符合西德GOETZE公司KV1牌号要求.表10FIAT球铁成份与性能见表lO.曲轴设计为GH9052一O5,按照FIAT52215标准,含Ni1.5O%,而实际上,意丈tfJFIAT公司是加Cu和Sn,一般含Cu为0.4%一O.6%,含sn为0.075%,采用型内球化.由于Sn的加入比较困难,我厂通过二年来努力,已经试制成功含Cu正火曲轴.其性能指标已经达到QT83O一4,该曲轴经中频淬火及圆角沉割滚压强化,曲轴本体经过弯曲疲劳试验,M.1138200N?cm原设计后桥壳,差速器壳,变速器壳采用铸态GH6O一381O,按照FIAT52215标准,含Ni1.50%,而实际上也不采取加Ni,而加Cu和Sn,我厂铸造厂通过试验达到QT590-8(铸态)牌号.牌号CSiMnNiMgsPNdS85HBN/ram2嘶250lo.o1o.o16l.ssez5105/GH9O-62-o63.7O2.65o.401.5o,300o.050.01240GHB54805l3.To2.650.01.5O,O.0160.056374705/0.0,52800.01fI90孤60一