实验八 弹簧钢的组织观察与检验(1).doc

实验八 弹簧钢的组织观察与检验(验证性)一、实验目的及要求1掌握弹簧钢的金相检验方法。2正确分析弹簧钢的各种常见组织和缺陷。二、实验原理弹簧钢是用于制造各种弹性元件的专用结构钢，具有弹性极限高，足够的韧性、塑性和较高的疲劳强度。弹簧钢中加入的合金元素主要有硅和锰，目的是为提高淬透性。目前，我国生产的弹簧钢主要有碳素钢、锰钢、硅锰钢、铬硅钢、铬合金钢等几类。（1）碳素弹簧钢碳素弹簧钢（C）在0.6%0.9%之间，热处理后可以得到高的强度，且具有适当的塑性和韧性。由于碳素钢的淬透性较差，故只能用于制造小尺寸的板簧或螺旋弹簧，热处理后的组织为回火托氏体。细小的弹簧钢带及钢丝常用来制造钟表、仪器及阀门上的弹簧。这类冷拉钢丝需经过特殊工艺处理（铅浴等温淬火），即通过920加热拉伸或轧制后，在420550铅浴中等温淬火，再经冷拉，其总变形量可达85%90%,而且不引起断裂。通过二次强化处理的钢丝，其抗拉强度可达21562450N/mm2。它的组织是沿拉伸方向分布的纤维状回火索氏体及托氏体。应用这种钢材制成的弹簧，一般先经冷缠成形，然后再200300加热回火消除内应力，使之定形，称之为定形处理。（2）锰弹簧钢这类钢与碳钢相比，优点是淬透性和强度比较高，但比硅锰钢的强度和弹性极限要低，同时屈强比也小。锰钢表面脱碳倾向小，缺点是有过热敏感性和回火脆性，淬火时容易开裂。这类钢用于绕制截面较小的弹簧。（3）硅锰弹簧钢钢中加入硅可以显著的提高弹性极限和屈强比。硅能缩小区，提高A3和A1点，使共析点S移向低碳部位。同时硅能提高淬透性，使MS点降低。含硅弹簧钢要求高的淬火温度和退火温度。由于这类钢的珠光体转变在较高温度下进行，所以在一般的退火条件下，可获得较细的珠光体。硅能产生固溶强化作用，可显著的提高钢的强度和硬度。同时硅还能降低碳在铁素体中的扩散速度，使马氏体在回火时能延缓碳化物的析出和聚集长大，从而增加了淬火钢的耐回火性。硅又是强烈的促进石墨化的元素，故这类钢容易在退火过程中发生石墨化现象。同时这类钢加热时的脱碳倾向较大，钢中的含硅量过高，易生成硅酸盐夹杂物。在钢中同时加入硅和锰元素，可以发挥各自优点，减少彼此的缺点，因此硅锰弹簧钢得到了广泛的应用。在硅锰钢的基础上，加入钨元素，可显著提高硅锰钢的淬透性，65Si2MnWA钢的直径达50mm的弹簧可在油中淬透。同时由于钨元素的加入，形成钨的碳化物，从而阻碍淬火加热时奥氏体晶粒的长大，在较高温度下淬火仍可获得细小的显微组织，从而明显的提高弹簧的综合力学性能。（4）硅铬弹簧钢在硅钢中加入铬和钒元素（60Si2CrVA钢），使钢能获得较高的淬透性，能使50mm弹簧在油中可淬透，同时又因铬和钒的碳化物能阻止奥氏体晶粒的长大，所以这类钢的过热敏感性及脱碳倾向均较小。这类钢与60Si2Mn钢的塑性相近时，其强度和屈服点比60Si2Mn钢高。在硬度相同的情况下，冲击韧度较好。鉴于这类钢耐回火性高，力学性能比较稳定，因此适用于制造300350范围内使用的耐热弹簧及承受冲击应力的弹簧。（5）铬合金弹簧钢50CrVA钢是典型的气阀弹簧钢，直径为3040mm气阀弹簧能在油中淬透。为使50CrVA钢具有良好的塑性和冲击韧度，其含碳量较60Si2Mn钢为低。铬元素除能提高淬透性和形成合金碳化物，同时还能降低碳在-Fe中的扩散速度，提高了钢的耐回火性，使钢能在较高温度回火后仍具有理想的强度和硬度，而且韧性较好。钒元素可在钢中形成稳定的V4C3碳化物，不但可细化晶粒，而且减少钢的过热倾向。鉴于50CrVA钢有较好的耐回火性，因此在较高温度（300）下长期工作仍有比较稳定的强度和韧性。正常回火组织为细致均匀的回火托氏体，有时基体中允许有少量的未溶解的碳化物。常用牌号：冷拔钢丝T8MnA、65Mn，碳素钢65、65Mn、70Mn，硅铬系的60SiCrA、60Si2CrVA，硅锰系的60Si2Mn，退火态使用的50CrVA、60Si2MnA、65Si2MnWA等。表8-1常用弹簧钢的牌号、热处理规范和力学性能见下表钢号淬火温度/淬火介质淬火后硬度HRC回火温度/冷却介质回火后硬度HRC力学性能/(N/)/(N/)(%)(%)70820830油6064380400水4550102983383070（30）800810水6063380400水455065Mn830810830油油6063480380400水水455098078483060Si2MnA870860870油油6165460430460水水45501274117652560Si2MnA（30）830840水6165430460空气455050CrVA850860870油油59625962520370400水4550127410781045弹簧钢丝成材过程的强化处理工艺有：冷拉后淬火加中温回火，组织为回火托氏体；“铅淬”（将热轧盘加热到奥氏体状态后，淬到450550的熔化铅液中作等温处理，得到冷拉性能很好的回火索氏体，最后通过一系列冷拔得到需要的钢丝。这种钢丝组织为纤维状的形变索氏体）冷拔处理。弹簧钢热处理工艺主要有两种：（1） 淬火+中温回火处理。适用于热成型的热轧弹簧钢和冷卷成型的冷拉退火弹簧钢。中温回火得到回火托氏体组织，具有较高的弹性极限与屈服强度，同时具有足够的韧性和塑性。（2） 低温去应力退火。适用于冷拉弹簧钢或油淬回火钢丝冷盘成型的弹簧。弹簧钢的金相检验内容有：石墨碳和非金属夹杂物检验 按照GB/T 10561-2005钢中非金属夹杂物含量的测定和GB/T 13302-1991 钢中石墨碳显微评定方法进行评级。石墨碳呈黑色小球状，原因是反复加热造成的，抛光时脱落形成孔洞。表面脱碳层检验 按照GB/T 224-2008钢的脱碳层深度测定法进行。全脱碳层晶粒度不均匀原因是弹簧钢达到临界变形度时，再结晶造成晶粒聚集长大。显微组织检验 球化退火处理，组织为球状珠光体。冷拉碳素弹簧钢丝（包括冷拉65Mn弹簧钢）在冷拉处理前经过索氏体（细珠光体）转变（俗称铅淬）处理，所以冷拉后组织成纤维状的索氏体（细珠光体）。淬火组织为针状马氏体，回火组织为回火托氏体。在拉拔时必须进行球化退火提高塑韧性。在测定马氏体针级别时应当进行浅侵蚀，测量大多数马氏体针的长度。弹簧的表面质量对疲劳性能有较大的影响，为了改变弹簧的表面状态，一般可采取喷丸强化处理，使弹簧表面发生塑性变形，处于压应力状态。通过这种处理，可减轻弹簧的表面缺陷以及应力集中地区对疲劳寿命的影响，大大提高弹簧的耐疲劳性能。其他参考标准：JB/T 10591-2007内燃机气门弹簧技术条件，QC/T 528-1999汽车钢板弹簧金相检验标准三、实验仪器及材料1实验仪器 XJG-01型立式金相显微镜， XJG-02立式型金相显微镜，XJG-05型卧式金相显微镜，4XC型金相显