汽车底盘弹簧材料轻量化

汽车底盘使用压缩螺旋弹簧始于20世纪70年代。压缩螺旋弹簧的使用较过去的许用应力900MPa的SUP6钢叠板弹簧重量减轻了1/2～1/3。此后，在钢铁生产和加工技术的发展的推动下，底盘压缩螺旋弹簧大幅度轻量化。


在20世纪70年代中期到80年代，开发出高Si弹簧钢SUP7和Si-Cr弹簧钢SAE9254，并实现了标准化。这两个钢种的许用应力为1000MPa级，使底盘压缩螺旋弹簧减轻14%。此后，中温预变形和中温喷丸技术的应用，使这两个钢种的许用应力提高到1100MPa级。

20世纪80年代后期，开发出成分与过去弹簧钢标准完全不同的弹簧钢，在成分设计时，充分综合考虑了高耐久性、抗弹性衰减性、耐腐蚀性和抗延迟断裂性。在低C钢中添加Ni、Cu、Ti、V、Mo、B、Nb等元素，并采用两次喷丸技术开发出许用应力达到1300MPa的压缩螺旋弹簧用钢，使得压缩螺旋弹簧轻量化率达到45%以上，比SUSP6压缩螺旋弹簧的重量减轻了一半。

但是，这些新开发的特殊钢中添加了Ni、V、Mo等稀有金属元素，使材料成本升高。随着汽车市场的发展，对材料轻量化、低成本化的要求日趋强烈。弹簧钢要求提升推动了材料设计技术的发展。从20世纪90年代后期到2000年，开发出在低C钢中添加微量Ni、Cu、Cr、Ti的高强度、抗弹性衰减 、耐蚀性好、抗延迟断裂的弹簧钢新钢种。新钢种的许用应力达到1200MPa，但成本远远低于过去的高强度弹簧钢，至今仍被世界的许多国家所采用。

目前，低成本、许用应力为1300MPa的省合金弹簧钢已经开发成功，再经热处理和喷丸加工以及高级厚膜涂装，许用应力可达1300MPa级以上，已在批量生产的汽车上得到应用。底盘压缩螺旋弹簧轻量化的发展见下表。

日系螺旋弹簧轻量化的发展