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摘要：弹簧钢广泛应用于铁道运输、汽车和拖拉机等运输工具和其他工业产品上，工作时经常处在周期性的拉压、冲击、扭转等交变应力条件下，有时还会承受很高的短时突变载荷。因此要求弹簧钢具有高的疲劳强度、良好的弹减抗力与高耐延迟断裂性能。为此人们在采取对弹簧钢进行优化成分并进行微合金处理、控制钢中有害杂质元素、采用先进的夹杂物控制技术、控制铸轧的组织等措施来提高弹簧钢质量的同时，还研究开发了许多热处理与表面处理工艺来提高弹簧钢的质量。基于此，本文主要对热处理工艺对弹簧钢组织和性能的影响进行分析探讨。
关键词：热处理工艺；弹簧钢；组织；性能；影响
1、试验材料及方法
试验用钢为16mm60Si2CrVA弹簧钢棒料，其化学成分如表1所示。用Formastor-F型全自动膨胀仪测量了60Si2CrVA弹簧钢的相变点，Ac1=725．0℃，Ac3=774．4℃，Ms=253．6℃，Mf=102．5℃。将Φ16mm60Si2CrVA弹簧钢棒料用线切割机截取长为170mm和55mm的毛坯试样各3个，分别进行热处理工艺试验，工艺方案见表2。将热处理后试样按照标准的拉伸、冲击试样图纸进行加工，拉伸试样长度为L=170mm，d=5mm，冲击试样为2mmU型缺口标准样(10mm×10mm×55mm)。分别在MTS万能试验机和JBN-300摆锤式冲击试验机上进行拉伸和冲击性能测试。将冲击后的3组试样分别切取3块，各取一块制备金相试样，经粗磨、细磨、抛光后，用4%的硝酸酒精溶液腐蚀后，用OLYMPUSGX51金相显微镜观察其组织形貌。再各取一块磨光滑后，用洛氏硬度计测量其硬度。剩余3块用砂纸磨平，用超声波清洗仪清洗后，用X-350A型X射线应力测定仪测量其残留奥氏体的体积分数，每个样选6个点测量取平均值。用KYKY-2800B扫描电子显微镜进行拉伸断口形貌分析。
表 1 60Si2CrVA 弹簧钢化学成分( 质量分数，%)
2、试验结果与分析
2．1力学性能
热处理后试样的力学性能测试结果如表3。由表3可以看出，传统工艺虽然保证了材料较高的强度，但是塑韧性却较低。而经Q-I工艺处理的材料的冲击韧性、强度和硬度较其他两个工艺明显提高，并且也具有良好的塑性。由于工艺1与工艺3均进行了回火处理，在回火过程中，残留奥氏体大量分解，使得残留奥氏体体积分数明显降低，残留奥氏体量的减少是导致材料塑韧性下降的主要原因。残留奥氏体对材料的塑韧性起着极重要的作用，一方面是由于相变诱发塑性的作用，另外在变形过程中，残留奥氏体可以不断地吸收相邻马氏体板条中的位错，使得马氏体中的平均位错密度降低。在均匀变形阶段，残留奥氏体吸收位错效应强化了马氏体相的变形能力，这也是导致材料塑韧性增加的一个重要原因。因此，工艺2中较高的残留奥氏体含量保证了材料良好的塑韧性。回火过程中马氏体发生分解，马氏体中的固溶碳含量降低，在形成回火马氏体过程中，钢的强化机制由固溶强化变成了析出强化，由于第二相析出强化效应低于固溶强化效应，因此回火后，钢的强度、硬度明显降低。故经Q-I处理后的60Si2CrVA弹簧钢具有良好的综合性能。
表 3 不同热处理工艺的 60Si2CrVA 弹簧钢性能
2．2显微组织
利用金相显微镜并配合X射线应力测定仪测得，经工艺2处理的显微组织主要为马氏体、少量贝氏体以及薄膜状的残留奥氏体。钢经奥氏体化后第一次油淬时形成了一定量的马氏体，并且使钢的温度降低，在随后的等温过程中部分未转变的奥氏体转变为强韧性高的下贝氏体组织。由于本试验中所用弹簧钢中的Si含量较高，Si元素有效地抑制了碳化物的析出，使得在等温过程中碳从马氏体向残留奥氏体中发生了扩散，使残留奥氏体富碳，降低了钢的Ms点，从而提高了残留奥氏体的稳定性，冷却至室温时获得了较多的残留奥氏体量。较多的残留奥氏体以及强韧性高的下贝氏体对提高钢的塑韧性均起到了重要的作用。
3、结论
1)与传统工艺相比，经Q-I新工艺处理的60Si2CrVA弹簧钢的综合力学性能显著提高，其抗拉强度可达到2142MPa，断面收缩率为42．17%，冲击吸收能量达到43．3J。
2)经Q-I新工艺处理的60Si2CrVA弹簧钢组织中含有的马氏体保证了其较高的强度，较多的残留奥氏体及下贝氏体使其具有了良好的塑韧性。
参考文献：
[1]秦晓锋，李辉，陈汝淑，等．表面状态对60Si2CrVAT弹簧钢疲劳性能的影响[J]．大连交通大学学报，2008，29(2)：74-78．
[2]李秋志，高国华，周立新，等．高强度弹簧钢60Si2CrVAT热处理工艺优化试验[J]．特殊钢，2012，33(2)：49-50．
[3]侯淑荣，李辉．60Si2CrVAT弹簧钢疲劳性能试样中未溶相的差异与分析[J]．物理测试，2008，26(3)：4-7.
论文作者:李明
论文发表刊物:《防护工程》2018年第35期
论文发表时间:2019/3/5
标签：弹簧钢论文; 奥氏体论文; 试样论文; 工艺论文; 韧性论文; 组织论文; 马氏体论文; 《防护工程》2018年第35期论文;