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第 卷 第 期 年 月 f畅 r畅 热处理工艺对 60Si2CrVA 弹簧钢组织及性能的影响 张占玲 ， 赵 飞， 谭文龙 （贵州大学 材料与冶金学院，贵州 贵阳 ； 贵州省材料结构与强度重点实验室，贵州 贵阳 ） 摘要：利用 、金相显微镜、 射线应力测定仪、 万能试验机等研究了淬火- 等温（- ）及淬火- 等温- 回火（- - ）工艺对 弹簧钢组织及性能的影响，并与传统工艺进行了比较。 结果表明，经 - 工艺处理的 弹簧钢具有良好的综合 力学性能，抗拉强度可达到 ，断面收缩率为 ，冲击吸收能量达到了 。 - 工艺得到的复相组织中较多的残留 奥氏体与下贝氏体是提高材料塑韧性的主要原因。 关键词： 钢；热处理；显微组织；力学性能；残留奥氏体 中图分类号：TG142 41 文献标志码：A 文章编号：0254- 6051（2014）05- 0104- 04 Influence of heat treatment process on microstructure and mechanical properties of 60Si2CrVA spring steel ， ， （ ， ， ， ； ， ， ） Abstract： - （- ） - - （- - ） ， ， - ， ， - ， ， ， - Key words： ； ； ； ； 收稿日期：- - 基金项目：贵阳市科技计划项目（筑科合同- 号）；贵州省 科技厅国际合作项目（黔科合外 字 号）；贵州大学研究生 创新基金项目（研理工 ） 作者简介：张占玲（），女，硕士研究生，研究方向：高性能金属材 料，联系电话：，- ： 。 通讯作者：赵 飞， 博士，硕士生导师，- ： doi：10 13251 j issn 0254- 6051 2014 05 027 近年来，为了提高铁路运输的速度并保证其平稳 性和安全性，一些先进高强度钢迅速发展，如应变诱发 塑性（）钢和双相（）钢 。 由于 钢中含 有较多的 、 元素，可以抑制碳化物析出，受 钢的启发， 年美国的 教授等人 提出了- 工艺（ ，淬火- 分配），即先将 钢奥氏体化后，淬火至 间的某一温度，获得一 定量的马氏体，接着在该温度或高于该温度进行等温， 使碳从马氏体向未转变的奥氏体中扩散，淬火到室温 后得到马氏体和富碳的残留奥氏体 - 。 - 工艺的 优点就在于可以控制残留奥氏体的含量以提高钢的塑 韧性。 钢在 - 工艺的研究中应用最广泛，这类 钢具有低 、高 或 的成分特点，如 - - - - 等。 、 等对一些中碳钢含有较高 元素的钢也进行了 - 处理。 为了进一步提高钢的综合性能，在此基础上，徐 祖耀院士提出了 - - （淬火- 分配- 回火）工艺，即在 钢中添加了强碳化物形成元素 、，利用弥散强化 机理，开发了性能更为优越的 - - 钢 - 。 本文采 用 - - （淬火- 等温- 回火） 及 - （ 淬火- 等温） 工 艺 - 对 弹簧钢进行了热处理，研究了组 织及性能的变化，并与传统工艺进行了比较。 试验材料及方法 试验用钢为 矱 弹簧钢棒料，其化 学成分如表 所示。 用 - 型全自动膨胀仪测 量了 弹簧钢的相变点 ， ， ， ， 。 表 1 60Si2CrVA 弹簧钢化学成分（质量分数，） Table 1 Chemical composition of the 60Si2CrVA steel （wt） A # 痧 乙 乔 妸 l 9 1 第 期张占玲，等：热处理工艺对 弹簧钢组织及性能的影响 l 将 矱 弹簧钢棒料用线切割机截 取长为 和 的毛坯试样各 个，分别进 行热处理工艺试验，工艺方案见表 。 表 2 热处理工艺方案 Table 2 Heat treatment processes 工艺工艺参数 蝌 油冷 回火 蝌 油淬 盐浴等温 油冷； 蝌 油淬 盐浴等温 油冷 回火 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 ，d ，冲 击试样为 型缺口标准样（ 图 钢不同工艺处理后的显微组织 （）工艺 ；（）工艺 ；（）工艺 （） ； （） ； （） ）。分别在 万能试验机和 - 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 组试样分别切取 块，各取一块制备金相试样，经粗 磨、细磨、抛光后，用 的硝酸酒精溶液腐蚀后，用 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 块用砂纸磨平，用超声波清洗仪清洗后，用 - 型 射线应力测定仪测量其残留奥氏体的体积分数，每 个样选 个点测量取平均值。 用 - 扫描电 子显微镜进行拉伸断口形貌分析。 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 。 由 表可以看出，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 - 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 与工艺 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，并且残留奥氏体还可以有效地 阻止微裂纹传播。 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 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 - 处理后的 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 Table 3 Mechanical properties of 60Si2CrVA steel treated by different processes 工艺 R R A Z 硬度 KU 残奥体积 分数 眄 吵 骀 L 抖 眄 乔 骀 L 抖 眄 乔 骀 L 抖 2 2 显微组织 图 即为 种热处理工艺状态下钢的显微组织。 利用金相显微镜并配合 射线应力测定仪测得，经工 艺 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 l 第 卷 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 含量较高， 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 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。 经传统工艺处理所得弹簧钢的组织为回火马氏 体和少量残留奥氏体，工艺 处理的弹簧钢组织是 回火托氏体。 2 3 拉伸断口 从图 中可以看出，工艺 与工艺 下的断口形 貌均以韧窝为主，属于韧性断裂。 由图 （）、（）可 以看出，工艺 状态下的放射线较回火时略粗，说明在 撕裂的过程中其塑性变形量比较大。 从图 （）、（） 中可以看出，两个断口处均分布着大小、深浅不一的韧 窝，一些韧窝较深，在一些韧窝底部看到了第二相，这 也是形成韧窝的一个原因，并且断口处有许多二次裂 纹。 图（）中的韧窝较深，断面起伏也较大，说明韧 性较高；而图（）中的断面比较平坦，说明在断裂时 消耗的能量较小，表明韧性相对较差。 图 钢不同工艺处理后的拉伸断口 形貌 （，）工艺 ；（，）工艺 （，） ； （，） 结论 ） 与传统工艺相比， 经 - 新工艺处 理的 弹簧钢的综合力学性能显著提高，其抗拉 强度可达到 ，断面收缩率为 ，冲击吸 收能量达到 。 ） 经 - 新工艺处理的 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： 江海涛， 唐 荻， 米振莉汽车用先进高强度钢的开发及应用进展 钢铁研究学报， ， （）： - ， ， （ ）- ， ， - ： - ， ， - ， ， - ： - 李 阳， 吕宇鹏， 李士同， 等钢的淬火- 分配（- ）处理研究现状 与进展金属热处理， ， （）： - ， - （ ） ， - ： ， ， ： - ， ， ， - - - ： ， ， ： - 第 卷 第 期 年 月 f畅 r畅 高强度锻钢曲轴与降成本技术途径 高亮庆 ， 欧阳维强， 闵育政 （东风商用车有限公司，湖北 十堰 ；十堰天舒机电科技有限公司，湖北 十堰 ） 摘要：综述了曲轴常用的材料工艺方案及其能够达到的疲劳性能，指出圆角淬火锻钢曲轴具有最高的弯曲疲劳强度。 在此基础上 论述了高强度锻钢曲轴和降成本技术途径：圆角淬火锻钢曲轴可以通过提高圆角表面硬度和硬化层深度实现高强度化，但必须解 决淬火畸变、加工畸变、磨削烧伤等问题；锻钢曲轴的制造成本，可以通过曲轴的高强度和轻量化、非调质和易切削等措施来降低。 锻钢曲轴具有最佳的性价比，是曲轴高性能和低成本的典范。 关键词： 锻钢曲轴； 感应淬火； 球墨铸铁； 小圆角滚压； 弯曲疲劳强度； 成本 中图分类号：TG162 7 文献标志码：A 文章编号：0254- 6051（2014）05- 0107- 05 赵 才， 江海涛， 唐 荻， 等低碳硅- 锰系 - 钢的热处理工艺 及试验室研究金属热处理， ， （）： - 蒯 振， 陈银莉， 赵爱民， 等低碳 - 系 - 钢不同配分时间 的热处理工艺金属热处理， ， （）： - ， ， ， ， ， （）： - ， ， ， - - ， ， ： - ， ， ， - - ： ， ： - （ ） ， ， ， - ： - 徐祖耀淬火- 碳分配- 回火（- - ）工艺浅介金属热处理， ， （）： - 梁 益 龙， 杨 刚， 王 兴 安， 等淬 火- 等 温- 回 火 （ - - ） 对 弹簧钢显微组织的影响钢铁研究学报， ， （）： - 任 涛， 梁益龙， 刘国栋， 等- - - 工艺对 钢断裂 韧性的影响兵器材料科学与工程， ， （）： - ， ， ， - - - ， ， ： - Strengthening techniques and cost reduction ways for forged steel crankshaft ， ， （ ， ， ， ； ， ， ， ） Abstract： ， ， ， ， ， ， - Key words： ； ； ； ； ； 曲轴高强度化材料工艺方案 常用的曲轴材料包括球墨铸铁和优质中碳