实验八 弹簧钢的组织观察与检验(1)

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1、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ω（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

2、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420～550℃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2156～2450N/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200～300℃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

3、，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γ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

4、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Φ50mm弹簧在油中可淬透，同时又因铬和钒的碳

5、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300～350℃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30～40mm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α-Fe中的扩散速度，提高了钢的耐回火性，使钢能在较高温度

6、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

7、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/)(%)(%)70820～830油60～64380～400水45～50102983383070（Φ＞30）800～810水60～63380～400水45～50————65Mn830810～830油油—60～63480380～400水水—45～50980—784—8—30—60Si2MnA870860～870油油—61～65460430～460水水—45～501274—1176—5—25—60Si2MnA（Φ＞30）830～840水61～65430～460空气45～50————50C

8、rVA85