中碳弹簧钢加热过程脱碳特性的试验研究

用金相显微组织法对比研究了Si-Mn系弹簧钢与Cr-V系弹簧钢在相同加热条件下的脱碳行为,分析了加热温度和保温时间对中碳弹簧钢脱碳层深度的影响,为建立完善的生产高强度优质弹簧钢的加热制度提供了理论依据。结果表明,在相同的保温时间下,Si-Mn系试验钢的全脱碳层深度在900℃出现最大值,其总脱碳层深度也存在着一个敏感温度(1 100℃);而Cr-V系试验钢在加热温度超过950℃时,全脱碳层深度变化很小,其总脱碳层深度在950～1 000℃会有所降低,但超过1 000℃会显著增加。无论是等温还是等时间热处理工艺条件下,由于合金元素的作用,Cr-V系弹簧钢脱碳敏感性明显低于Si-Mn系弹簧钢。

Si对中碳弹簧钢氧化脱碳行为的影响

试验研究了成分(%)为0.49C-0.29Si-1.65Mn、n53C-0.78Si-1.56Mn和0.54C-1.74Si-0.71Mn(60Si2MnA)3种中碳弹簧钢850℃5～120 min水冷和780～1000℃60 min水冷热处理后的脱碳敏感性和氧化失重行为。结果表明,随钢中硅含量增加,钢的脱碳层深度增加,氧化失重量减少,说明Si能增加钢中碳的扩散系数,促进钢的脱碳。

合金元素Mn、Cr、V对中碳弹簧钢回火组织及力学性能的影响

在实验室试制了三种不同合金成分的中碳弹簧钢,进行了900℃淬火和300~550℃的回火,分析了不同合金元素对回火后实验钢硬度以及显微组织的影响。结果表明当回火温度相同时,添加V元素的实验钢硬度均高于不含V元素的实验钢,且析出碳化物更细小,分布更弥散。当回火温度是350~450℃时,高Cr合金化的实验钢较高Mn实验钢有更佳的抗回火软化特性,马氏体板条宽度更细,实验钢硬度更高。当使用组织为回火马氏体组织时,在三组实验钢中,Cr含量高的钢有最佳的综合力学性能。

钒和铌对中碳弹簧钢热变形后回复行为的影响

用热加工工艺模拟装置研究了，在中碳弹簧钢中钒和铌对热变形后回复行为的影响，证实了钒对阻止热变形后的回复是有效的，是因为热变形后钒的碳氮化物的弥散沉淀的结果，铌对阻止回复无效。因为，实质上，在中碳钢中铌在奥氏体中的固溶量很小，而且，热变形前铌是以大块碳化物形式存在，在试验变形条件与控轧变截面板簧工艺相同的，马氏体强化强度不是很大，因为提高了动态回复和再结晶，引起了稳态变形（加工硬化小）。而且，残余奥氏体量增加。固溶碳的降低阻止了强度增加。然而，热变形后由于奥氏体晶粒变细。马氏体组织也得到细化。结果，热变形后直接淬火使韧性和疲劳强度增加。以上结果表明，试验的热加工工艺和控轧变截面板簧工艺结合，将可有次降低弹簧重量。本次试验研究还证实了，加钒和降低变形湿度对最大限度达到热加工工艺效果更为可取。

回火温度对Si-Mn系中碳弹簧钢组织及性能的影响

研究了回火温度对Si-Mn系中碳弹簧钢组织及性能的影响。对实验室试制的Si-Mn系中碳弹簧钢进行900℃淬火,300~550℃回火实验,分析了不同回火温度对实验钢硬度以及显微组织的影响。结果表明：实验钢在350℃以下回火,组织为回火马氏体;400~450℃回火,组织为回火屈氏体;500℃以上回火,组织为回火索氏体。实验钢硬度随回火温度的升高而下降,在400℃以下的低温回火区间下降较慢,在400℃以上回火时下降较快。在500℃回火时实验钢显现抗回火软化效应,硬度下降趋势减缓。

Ti对新型中碳高强度弹簧钢耐腐蚀性能的影响

为了改善弹簧钢强度提高后在环境中的腐蚀疲劳寿命,采用加速腐蚀试验(盐雾试验)和电化学试验,研究了不同Ti含量的2000MPa级新型中碳弹簧钢的腐蚀力学性能、腐蚀行为和极化曲线,并与传统60Si2MnA弹簧钢的性能进行了对比。结果表明,增加中碳高强度弹簧钢中的Ti含量,腐蚀后的拉伸强度损失、腐蚀质量损失和腐蚀坑深度均降低,在5%NaCl水溶液中的点蚀电位增加。这表明,钢中添加Ti能够进一步改善试验钢的耐腐蚀性能。与传统的60Si2MnA弹簧钢相比,添加Ti的新型中碳高强度弹簧钢呈现出良好的耐腐蚀性能。

中碳高强度弹簧钢NHS1超高周疲劳破坏行为

测试了中碳高强度弹簧钢NHS1的超高周(10~9 cyc)疲劳破坏行为,并利用FESEM对疲劳断口进行了观察.NHS1钢的S-N曲线呈台阶型,在10~9 cyc内疲劳极限消失.疲劳断口分析表明,在高应力幅区,实验钢的疲劳破坏主要起源于基体表面;而在低应力幅长寿命区,疲劳破坏主要起裂于试样内部的夹杂物,形成"鱼眼"型断裂.在夹杂物周围存在一个粗糙的粒状亮区(GBF).GBF区边界的应力场强度因子为3.6 MPa.m^(1/2),与疲劳寿命无关,该值与疲劳裂纹扩展的门槛值相等;"鱼眼"边界的应力场强度因子同样与疲劳寿命无关,约为10.6 MPa.m^(1/2).

一种2000 MPa级中碳高强度弹簧钢的疲劳破坏行为

研究了一种2 000 MPa级中碳高强度弹簧钢的疲劳破坏行为。升降法得出实验钢的旋转弯曲疲劳极限σ-1为810 MPa,此值明显高于传统弹簧钢;这主要得益于实验钢具有良好的强度和塑韧性配合及均匀细小的奥氏体晶粒。用SEM对疲劳断口的分析表明,实验钢的疲劳破坏均起源于试样表层的非金属夹杂物,其主要成分为含Ti和V的碳氮化物,平均尺寸为(50±10)μm,且呈“鱼眼”断裂。相对于试样心部的夹杂物,表层夹杂物对实验钢的疲劳性能的危害性更大。

Ni对中碳高强度弹簧钢腐蚀疲劳性能的影响

采用加速腐蚀(5%NaCl盐雾)试验和旋转弯曲疲劳试验,研究了0.52%～1.00%Ni对2000 MPa级中碳弹簧钢NHS(%:0.44～0.45C、1.95～2.08Si、0.68～0.70Mn、0.90～0.92Cr、0.14～0.15V)腐蚀疲劳性能的影响。结果表明,增加NHS钢中的M含量,腐蚀坑深度降低,在5%NaCl水溶液中钢的点蚀电位增加,从而导致腐蚀疲劳强度提高。与传统的60Si2CrVA弹簧钢相比,NHS弹簧钢呈现出良好的耐腐蚀疲劳性能。

等温处理对中碳超高强度弹簧钢组织与力学性能的影响

研究了等温处理对中碳超高强度弹簧钢组织与力学性能的影响。结果表明，在325～375℃等温可以获得无碳化物贝氏体／马氏体复相组织；奥氏体化温度对贝氏体／马氏体复相组织的影响很大，从875℃升高到930℃，强度升高，但其塑性、冲击韧性和断裂韧性显著降低。试验范围内，在875℃保温30min，325℃等温120s油淬后，在300℃进行回火处理2h，可获得强韧性配合良好的贝氏体／马氏体复相组织，其断裂韧性KIC值为83MPa·m^1/2，是相同强度水平下常规淬火回火马氏体组织的1．5倍。

一种中碳高硅弹簧钢的热变形行为及流变应力模型

利用MMS-200热模拟试验机对一种中碳高硅弹簧钢进行了单道次热压缩试验,研究了该钢在变形温度为900~1 100℃及应变速率为0.1~10 s^(-1)条件下的热变形行为,建立了应变补偿的Arrhenius流变应力预测模型。结果表明,应变速率和变形温度对该弹簧钢的奥氏体动态再结晶过程有显著影响。当变形速率为0.1、5、10 s^(-1)时,在所有变形温度下均发生奥氏体动态再结晶;当变形速率为1 s^(-1)且变形温度超过950℃时,奥氏体发生动态再结晶,其热变形激活能为445.5 kJ/mol。通过对真应力的预测值与试验值的对比,得出应变补偿Arrhenius模型具有准确性和预测性,其相关系数为0.976,平均相对误差为4.73%。