热处理对60弹簧钢合金组织和性能的影响

1 常用热处理规范

60弹簧钢对于热处理过程有着特殊的要求, 其对于预热、加热、保温、冷却、回火保温、冷却等工艺过程都有着一些细微的要求。60弹簧钢对于淬火过程需要对温度、时间等条件进行精确的控制。如果淬火保温时间调整不当, 就不能使60弹簧钢中的铁素体完全溶解产生转化物。当保温过程温度控制在温度以上时, 会使得过程中产生的奥氏体组织转变为具有优良特性的马氏体组织。淬火后的回火过程能够有效地减少组织中的残余应力, 是组织性能得到更大的提高。而“油淬回火”的过程是在加热温度保持在温度以上后迅速将钢材冷却的过程, 这一过程将会使组织中的马氏体组织大大增加, 之后的回火过程将会使这些马氏体转变为回火托氏体或索氏体组织。然而如果在这个过程中没有很好地控制温度, 就有可能得不到任何托氏体组织, 而产生了许多对于提高组织性能的没有任何贡献的索氏体组织。在实践生产中发现, 当60弹簧钢材料的体积达到某个尺度时, 油淬火工艺将不能使材料完整的得到想要的组织, 甚至会在组织表面上产生裂纹, 因此这一工艺已经不能满足生产的要求, 必须研究新的工艺来得到更为稳定的新型的材料。当60弹簧钢采用950℃的高温淬火时会发现在组织中产生了大量板状的马氏体组织, 这样的组织可以大大增加材料的韧性, 因此, 如果在生产中产生更多的细小晶粒和板状马氏体组织, 就可以使60弹簧钢的组织性能大大提高。

2 高温加热条件下60弹簧钢脱碳层分析

此试验中使用的60弹簧钢的主要化学成分为0.76%Si、0.60%C、0.72%Mn以及铁和其他微量元素。样品经车削加工和线切割处理除去表面氧化层和脱碳层, 制备成Φ8mm×12mm的试样, 试验中共使用4个样品为材料来研究高温加热以及轧后冷却过程对全脱碳过程的影响。

2.1试验结果及分析

图1为60弹簧钢在高温加热条件下的脱碳层形貌。从图1 (a, b) 中可见, 试样1中有着十分清晰的两层组织, 表面上为全脱碳层, 具有较低的含碳量, 而内部则为网状的脱碳物。全脱碳层中的铁素体已经装变为具有特殊特征的等轴铁素体, 而在这些铁素体之中镶嵌的就是由铁素体转变而成的珠光体组织。这些组织对于组织的性能有着十分积极的作用。而在图1 (c, d) 可见, 试样2中脱碳层也分为清晰的两层, 与图1 (a, b) 一样, 其表面上也为含碳量较低的全脱碳层, 而在内部却没有明显的珠光体组织。从图1 (e, h) 可以看出, 在试样3表面并没有产生十分明显的脱碳层组织, 而在这其中大部分则为铁素体组织, 这些组织沿晶界分布, 可见其形貌较之前的组织有着十分明显的不同。

3 淬火-分配 (Q-P) 热处理工艺

淬火-分配 (Q-P) 热处理工艺可以在使钢获得高强度的同时保持了钢良好的塑性, 此试验使用商品钢60弹簧钢为实验材料, 设计Φ10mm×20mm的圆试验棒, 利用空气电阻炉-等温油浴-空气电阻炉对其进行Q-P处理。结果显示, Q-P处理后的60弹簧钢获得的组织为均匀的马氏体+残余奥氏体。

4 结语

经过试验发现, 高温加热会对60弹簧钢在热处理中产生的组织产生很大的影响。较好的控制冷却速度可以使60弹簧钢热处理产生的组织有着更为良好的形貌。另外, 利用电阻炉-油浴-电阻炉系列设备对商品钢60弹簧钢, 尺寸为Φ10mm×20mm圆柱试样进行Q-P处理, 获得了马氏体和8.6% (体积分数) 奥氏体复相组织, 先淬火时间较长时, 并不利于60弹簧钢中获得较多残余奥氏体。

摘要：60弹簧钢是目前我国在汽车、铁路和拖拉机等车辆上使用最为普遍的合金材料。这种材料可以较好地符合目前汽车产业上对于高应力工作状态的要求。在我国, 汽车产业在国际大趋势的发展状况下, 新型的弹簧钢有待于研究, 在此基础上, 对于60弹簧钢的研究和使用已成为各个工厂的主攻目标。其中, 对于60弹簧钢性能影响最为突出的是热处理过程。

关键词：60弹簧钢,热处理工艺,综合机械性能

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