新能源汽车悬架弹簧钢的抗腐蚀淬火工艺开发

摘要：新能源汽车产业繁荣发展，这对悬架弹簧钢性能提出了严格的考验。文章把重点放在抗腐蚀淬火工艺的开发上。新能源汽车底盘使用环境比较复杂，弹簧钢性能协调存在困难，传统热处理工艺的应用受限。文章通过控制加热温度和保温制度、选用抗腐蚀性强化淬火介质、使用复合表面处理方法、结合微观组织调控与力学性能工艺参数等途径，在试验中有效地改善了弹簧钢的耐腐蚀性和力学性能，为新能源汽车安全行驶给予了有力支持。

关键词：弹簧钢；抗腐蚀；淬火工艺

在新能源汽车“双碳”目标带动下实现爆炸式发展的大环境下，悬架弹簧钢作为底盘的重要承力零件，其服役条件已从常规燃油车的常态工况，升级为湿、盐雾、动载、静载等恶劣组合工况。传统的强韧化淬火处理工艺已经很难实现安全、可靠的要求。文章基于材料的腐蚀失效机制，研究具有抗腐蚀的淬火新工艺，提供新能源汽车重要零部件（如：悬架）的性能提升技术方案。

一、新能源汽车对悬架弹簧钢性能的综合要求

（一）新能源汽车底盘系统的使用环境与腐蚀应力特性

新能源汽车在城市道路与郊区低洼地形的交替使用中，底盘部件经常处于高湿、高盐雾以及多泥沙侵蚀的复杂环境里。特别是雨雪频发且道路撒盐的地方，弹簧钢表面更容易出现点蚀、缝隙腐蚀之类的损伤情况。高速行驶带来的底盘震动加上频繁启停所导致的载荷波动，使得腐蚀疲劳行为变得更加明显，应力集中区域成了性能退化最先显现之处。在这种持续交变载荷与化学腐蚀共同作用之下，微裂纹很容易在弹簧钢内部组织薄弱之处产生，然后逐步向外扩展形成宏观断裂。

（二）悬架弹簧钢高强度与耐腐蚀性性能协调难题

弹簧钢是悬架系统的主力承力部件，要达到高强度、高弹性和良好的疲劳寿命，且在湿热腐蚀环境里长时工作，就要有不错的防腐蚀性能。在材料冶炼和热处理期间，提升相析出现象和晶粒操控，有益于提高强度。部分强化手段，像碳化物沉淀，会产生腐蚀微电池，促使点蚀发展。采用表面钝化或调合金元素增强耐腐蚀性，会破坏钢材回火稳定，或者削减屈服强度，从而引发性能失衡情况。

（三）新能源汽车热处理工艺应用瓶颈分析

当下悬架弹簧钢常用油淬回火或者感应淬火等手段去获取高强韧组织。不过，面对新能源汽车愈发苛刻的服役环境，这些传统办法在抗腐蚀性能保障方面显得有所欠缺。油淬期间碳势控制若不恰当，就容易引发表层富碳脆化，变成腐蚀裂纹出现的地方。感应加热产生的热循环时间较短，对于材料组织均匀性的把控不够充分，无法保证整个截面都能达到一致的性能水平。而且，经过热处理之后的残余应力释放以及表层氧化膜的不稳定状态，也会加大后续使用时性能变化的幅度。新能源汽车因为结构轻量化所导致的壁薄化现象，进一步扩大了这种热处理过程中的组织稳定性和腐蚀应力敏感性。传统的热处理方案已经难以应对它对于强韧兼备并兼具长期抗蚀性的双重需求，必须展开更有针对性的淬火工艺更新和系统改良工作。

二、抗腐蚀淬火工艺的开发路径与性能验证策略

（一）加热温度与保温制度对奥氏体组织形成的调控机制

淬火加热阶段对奥氏体化的控制属于影响弹簧钢最终性能的关键环节。不恰当的加热温度或者保温时长，容易造成晶粒粗大或者非均匀的奥氏体组织出现，进而影响到淬火之后马氏体转变的完整程度以及抗腐蚀能力。在新能源汽车悬架系统应用背景下，弹簧钢既要有足够的强度又要具备一定的表层耐蚀性能。所以，对于加热温度的设定要精准掌握在合金钢临界点之上较小的温差范围之内，而且还要通过控制温度上升速率及保持均衡来达到细化奥氏体晶粒的目的，使碳和各种合金元素得以充分溶解进去。如果温度过高，就会促使晶粒增大，这不利于淬火后的组织变得致密；而保温时间过短，又会导致组织转变不彻底，从而在存在残留铁素体的地方产生应力集中现象。

（二）抗腐蚀性淬火介质的选择与腐蚀抑制机制研究

淬火介质的性能直接关系到冷却速率以及表面化学反应的过程，是开发抗腐蚀淬火工艺的重要变量。为满足新能源汽车环境对悬架弹簧钢抗腐蚀性能的更高要求，常规矿物油类介质逐渐被高分子水基介质、合成酯类冷却液等环保型低残留介质所取代。这些介质具有良好的热传导能力及冷却均匀性，能迅速通过马氏体转变区，形成细针状马氏体组织，从而提高强度和表层硬度。并且，添加的抗氧剂与缓蚀剂组分会在钢材表面产生分子级的吸附膜，能够有效地隔绝冷却过程中氧气、水蒸气等腐蚀介质，避免淬火微观电偶腐蚀的产生。在工艺优化上，需要通过搅拌速率、介质温控、浓度调节等方式来进一步控制控冷区间，保证不同断面区域冷却的一致性，尽可能压缩淬火应力与腐蚀起始点的产生，提升防护水平。

（三）复合表面处理技术提升回火稳定性与防护性能

要改善弹簧钢在服役期间长时间暴露于盐雾、水汽、酸碱等腐蚀介质下的稳定程度，就在热处理工序之后加入复合型表面处理方法，从而进一步加强它的抗腐蚀能力和回火稳定性。离子氮化、硅烷化处理、微弧氧化这些技术均能在钢材表面形成一层致密的钝化层或者富含元素的保护膜，堵住腐蚀介质的渗透路径，而且还能加大表面硬度。氮化处理不但可以维持高硬度，而且渗氮层里生成的Fe4N等强化相能够提升表面残余压应力水平，遏制微裂纹的产生。硅烷处理依靠有机硅网络构筑起一个界面惰性屏障，在潮湿环境中有不错的疏水性能，大幅度缩减腐蚀电偶反应出现的几率。复合处理要同热处理工艺路径相契合，高温回火会损坏表层改性层的结构，所以要用热稳定性试验来调节回火区间和升温速率，既要保证基体组织得到强化，也要稳定住表面防护体系，这样才能做到多层次的协同加强材料的抗蚀耐久性。

（四）微观组织与力学性能协同优化的工艺参数匹配研究

钢材在淬火过程中的性能主要表现为微观组织构成与宏观力学特性之间的统一，需要精准把控热处理各项参数才能形成稳定且细致的马氏体基体以及强化相分布。通过调节加热速度和温度窗口范围，使得碳原子在奥氏体晶格内部得到充分扩散，并促使之后的冷却过程生成出高位错密度且亚结构清晰的马氏体板条，从而显著改善其弹性模量和屈服强度表现。在转变区内快速冷却的控制亦十分关键，要防止出现贝氏体或者过冷奥氏体的混合状态造成组织不均匀，进而引发后期回火脆化现象。改进回火工艺，比如采用多级回火、分段保温等办法，可以稳定碳化物析出形态，防止高温回火时碳原子迁移引发的组织回软，而且还能改善抗疲劳寿命。

（五）工艺试验结果分析与典型腐蚀场景实测验证

抗腐蚀淬火工艺研发要通过系统的实验来考察各种参数组合下所产生材料的微观组织、力学性质及其耐蚀表现。先按设计好的工艺路径做出一系列样片，在使用金相观察、XRD和SEM这类方法来探究材料组织的形态及强化相的散布规则之后，借助拉伸、冲击、疲劳这些类型的强度及韧度性能评价试验，考察材料在不同的过程参数之下，其强度和韧性会怎样变化。在这种情形之中，还要采用一些典型工况来展开腐蚀测试活动，比如说设置在含有盐雾的环境下作耐腐蚀性检验，或者用湿热加速的老化方式加以考验，亦或是营造像道路上喷撒盐粒这样的实际环境状况等等，以此得到不同抗腐蚀工艺处理下的样品表面在接触真实的腐蚀物质之后，其形貌产生了怎样的变化以及那些坑洞扩大了多大的范围程度。

三、结束语

面向新能源汽车多腐蚀环境下长期服役的要求，弹簧钢抗腐蚀淬火工艺开发是底盘关键部件可靠性的核心。文章从腐蚀机理、材料组织、热处理路径三方面构建了系统的技术方案，提出了多参数协同优化的工艺策略并给出了其提升路径。

参考文献：

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