汽车用高强度弹簧钢丝热处理工艺与组织性能研究

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减震系统弹簧材料主要用于汽车制造业,其用量占总产量的90%以上。目前国内外减震系统用悬架弹簧材料的最高强度级别为2000 MPa级。汽车向轻量化发展和节能减排需求日益迫切,对汽车弹簧的强韧性提出了更高要求,为此有必要开发更高级别的高强度悬架弹簧材料。目前国内针对悬架弹簧材料的研究主要集中在60Si2CrV、55Si Cr等材料,而对高强度汽车用弹簧钢65Si2CrV的研究鲜有报道。因此本文的研究结果将有力的填补国内这部分的空白并对实际生产起到一定的指导作用。本文以65Si2CrV高强度淬回火弹簧钢丝作为研究对象,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、背散射电子衍射(EBSD)、能谱(EDS)等表征65Si2CrV弹簧钢丝在不同热处理工艺参数下的组织演变,并通过维氏硬度、拉伸试验等测试相应的力学性能。主要工作以及成果体现在:(1)研究了在不同工艺参数下65Si2CrV的奥氏体化过程中组织演变规律。采用电化学充氢观察断口的方式来统计原始奥氏体晶粒大小,结果表明:原始奥氏体晶粒大小随着奥氏体化温度以及保温时间的延长逐渐长大;显微维氏硬度随着保温时间的延长呈现先下降后急剧上升之后下降的规律;最佳的奥氏体化参数为940℃保温5 min,此时原始奥氏体晶粒大小为8.59μm。(2)采用Gleeble 3800热模拟试验机,测量了65Si2CrV的静态CCT曲线。结果表明65Si2CrV冷速超过10℃/s淬火时只发生马氏体转变;淬火介质温度从0℃上升至20℃,残余奥氏体含量从6.56%增加至8.13%、位错密度在4.6-5.0×1015m-2区间内、马氏体板条厚度从100-150 nm范围内提升至200-300 nm范围内。最佳淬火介质温度为20℃。之后再通过设置不同回火温度及回火时间,结果表明:抗拉强度从400℃时最高的2240 MPa降低至430℃时的2136 MPa,综合强度和塑性最佳回火温度为420℃;而抗拉强度、屈服强度以及显微硬度都是随着保温时间的延长而降低,综合性能最佳的回火时间为150 s-200 s。(3)通过65Si2CrV热处理生产实验研究了淬火介质温度对65Si2CrV的组织性能影响规律。现场实验结果表明:淬火介质温度为50℃时抗拉强度为2090 MPa,淬火介质温度为20℃抗拉强度达到了2123 MPa;对淬火介质温度为20℃的强度贡献计算,结果表明65Si2CrV的强化机制是以位错强化以及析出强化为主。其中位错强化贡献为815MPa,析出强化贡献为887 MPa。
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