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高速重载机车弹簧目前主要是通过传统淬火-回火工艺进行热处理,而该工艺处理后弹簧韧性较差,在使用过程中易发生早期断裂,降低了车辆的安全性,急需改善其强韧性配合和提高其疲劳寿命。 本课题属于国家科技支撑计划项目,研究高速重载机车车用60Si2CrVA弹簧钢淬火-等温-回火(Q-I-T)的热处理新工艺。通过洛氏硬度测定、拉伸、冲击性能测试、组织观察、疲劳极限的测定、断口扫描及透射电镜分析,确定了淬火-等温-回火(Q-I-T)最佳新工艺参数:将试样加热到860℃奥氏体后淬入150℃~170℃之间某温度保持20s后,再将试样迅速放入300℃~330℃之间某温度等温300s左右后放入油中冷却,经淬火-等温(Q-I)处理后400℃~450℃之间某温度回火100分钟其力学性能最佳,具有优异的强韧性配合。 实验结果表明,60Si2CrVA弹簧钢采用淬火-等温-回火新工艺处理后,获得回火屈氏体+过渡形态的条束状贝氏体+残余奥氏体薄膜+部分细小析出碳化物的复合组织。淬火过程中形成了部分针状和条束状马氏体,马氏体形成时,奥氏体被分割成许多较小的、被大角度边界包围的、取向不同的区域,使晶粒得到分割细化,亚结构也得到细化;等温过程中部分亚稳奥氏体转变为过渡形态的贝氏体,其形态是一种单元特征的无碳化物贝氏体,平行板条中有若干个亚单元,单元间由残留奥氏体所分割(即BF+残余奥氏体薄膜),该组织具有极好的韧性,且残余奥氏体以薄膜状均匀分布在板条间,有利于弹簧钢韧性的提高;回火过程中析出细小均匀的碳化物,回火后组织仍保持原束条组织形貌,其组织细小均匀,有效提高实验钢的屈服强度。故该钢种经Q-I-T新工艺处理后具有优异的强韧性配合。 该工艺条件下力学性能达到如下指标: a)抗拉强度达到1900MPa、屈服强度达1700MPa时,其冲击韧性值提高到32.5J,有效提高高强度弹簧钢的韧性; b)冲击韧性与传统工艺(17.2J)接近时,其抗拉强度可达2218MPa和屈服强度可达1810MPa,分布提高了318MPa和110MPa; c)断面收缩率和延伸率等塑性指标分别达到36.59%和11.95%; d)其应力比R=-1的轴向拉压疲劳强度达到850MPa(107次)。