随着我国经济的持续高速发展,铁路运输的效率不断提高,目前,动车组的时速已达350公里。因此,铁路车辆零部件必须具有良好的性能,以满足高速列车运行的安全性。弹簧装置(包括钢弹簧、橡胶弹簧等)是铁路机车车辆的重要部件,能够缓和冲击,使车辆运行平稳,对保障火车安全运行起到极其重要的作用。因此高速列车对转向架用钢弹簧的要求非常严格,要求其具有良好的疲劳性能、抗弹性减退性能、冲击性能等。由于我国高速列车的发展起步较晚,传统列车用弹簧钢的性能已不能满足要求,主要表现在淬透性、脱碳倾向和冲击韧性等方面不能满足高速列车转向架用钢弹簧的性能要求。欧洲的高速列车转向架用钢弹簧选用的是德国牌号51CrV4钢,其直径为φ28.6～φ39.4mm,由于40mm的直径是51CrV4材料达到高速列车钢弹簧硬度等性能要求的临界直径,如何通过关键成分的冶炼控制、轧制工艺及热处理工艺的优化控制来满足51CrV4钢弹簧的综合性能要求,是本论文要研究的主要内容。本文将在实验室对51CrV4钢进行研究,通过建立工艺、组织和性能之间的关系规律,为该钢的工业化生产提供理论和应用基础。　　 实验室利用25kg真空感应炉,通过纯净化冶炼制备了实验用51CrV4钢铸锭,并参照350km/h高速列车转向架钢弹簧直径的要求将铸锭锻造成φ42mm的棒材。　　 论文首先研究了51CrV4钢的相变特性。采用膨胀法测定了钢的相变临界温度,研究了加热速度对Ac1和Ac3影响,结果表明:51CrV4钢的Ac1和Ac3分别为718℃、786℃；当以50℃/s升温时.Ac1提高了约15℃,Ac3提高了约42℃。进一步对过冷奥氏体的连续冷却转变特性研究表明:随着冷却速度的提高,51CrV4钢先后得到珠光体、贝氏体、马氏体组织；试样的硬度随着冷却速度的提高快速增加,当冷却速度为10℃/s时,硬度达到稳定值,组织为完全的马氏体组织。结合膨胀测定的相变温度,绘制出了51CrV4钢的CCT曲线,为该钢的后续热处理工艺参数研究提供了依据。　　 论文研究了奥氏体化加热温度、保温时间对51CrV4钢晶粒尺寸的影响。结果表明:在850℃、950℃加热时,保温时间对晶粒尺寸的影响效果较小,当保温时间超过30min后,晶粒尺寸基本不再发生变化；而加热温度是影响晶粒尺寸的决定因素,钢在800-900℃保温时,得到的晶粒其尺寸均在10μm以下,但900℃保温时,钢的原奥氏体晶粒开始出现了混晶现象；950-1200℃保温时,奥氏体晶粒尺寸随着温度的提高呈线性增加。综合上述研究结果制定了该材料的淬火工艺:850℃保温60min油冷淬火。　　 回火处理是51CrV4钢热处理的关键步骤之一,论文研究了淬火51CrV4钢在回火过程中的硬度、冲击性能、组织形貌的变化。研究表明当淬火试样在特定温度下回火时,其硬度在回火的初始阶段降低速度较快,当回火时间达到30min后硬度值逐渐趋于稳定。回火温度低于310℃时,由于淬火马氏体尚未分解,仍然保持较高的硬度、韧性也未得到改善,因此冲击断口上表现为沿晶断裂特征；当回火温度提高到310-410℃时,马氏体完全分解,钢的硬度和韧性均发生变化,但因碳化物分布在晶界和板条界上,不利于韧性的改善,此温度区间回火材料的韧性不随温度的增加而显著增加,其断口上依然具有沿晶断裂的特征；当回火温度提高到410℃以上时,由于碳化物的形态与分布发生较大的改变,材料的韧性随回火温度的提高而线性增加。另外对淬火试样的热膨胀曲线研究表明,在290℃-410℃之间热膨胀曲线发生了明显的改变,说明此钢的相结构在此温度范围内有较大的变化,这一现象与实验中大尺寸样品在此温度范围内回火所观察到的相组织结构和性能的变化有较好的对应关系。　　 为了获得良好的综合性能,论文对51CrV4钢在310-510℃回火范围内的拉伸性能和部分回火温度下的冲击韧性进行了研究。结果表明该钢在460℃回火时具有较好的强度、硬度、塑韧性以及较好的低温性能。