论文——车刀材料与弹簧材料的热处理与性能组织研究

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1、中国矿业大学材料改性试验论文车刀材料与弹簧材料的热处理与性能组织研究姓名：吴伟松班级:材料科学12-2班学号:14125121车刀材料与弹簧材料的热处理与性能组织研究14125121吴伟松材料科学12-2班摘要：弹簧钢具有高的弹性极限、高的抗疲劳性，车刀材料具有高的硬度、强度与红硬性，物件的功能决定着材料的热处理工艺，材料的热处理工艺直接影响与决定着材料的组织与性能。关键词：弹簧钢车刀热处理工艺组织性能引言弹簧钢是机器上的重要部件，广泛用于飞机、汽车、铁道车辆和其他工业产品上，主要作用是储存能量、减轻震动。弹簧可分为板弹簧和螺旋弹簧

2、，它们所受的主要都是弯曲应力扭转应力以及冲击载荷，而失效形式大多为疲劳破坏，因此对于弹簧其主要是提高其疲劳强度，另外，也要求具有高的弹性极限、足够的塑性、韧性，有时还要求耐腐蚀、耐高温、导电与无磁等性能。车刀材料属于刃具钢，，主要是用来进行切削加工的工具。车刀工作中会承受压应力、弯曲应力、扭转应力和冲击震动，并产生强烈摩擦，因此其破坏形式多为刃口磨钝、刃崩、折断以及塑性变形，摩擦作用也会使之处于极高温度下，所以，对于车刀工具性能其提出以下要求:(1)高硬度;(2)高耐磨性;(3)高的强度与足够的塑性与韧性；(4)高的红硬性。1.1弹

3、簧钢的选材弹簧钢材料多为高碳钢，可分为碳素弹簧钢和合金弹簧钢，他们通过不同的元素配比来产生不同性能的弹簧材料。1.1.1碳素弹簧钢碳素弹簧钢含碳0.3%-0.9%，还含有少量Si、Mn、C「元素，在我国主要有65、70、85三种牌号，一般其强度随碳含量的升高而升高。由于碳素弹簧钢淬透性低，一般只用于截面12-15mm以下的小弹簧，像弹簧钢丝、涡卷弹簧和片弹簧。1.1.2合金弹簧钢合金碳素钢的含碳量在0.4%-0.94%范围内，常用的合金元素有Mn、Cr、Si、V、Mo等。其淬透性高，其中Mn、Cr主要提高淬透性，Si提高其弹性极限，

4、V能细化晶粒，Mo可以有效抑制回火脆性。而其又可分为Si・Mn系、Cr-Mn系、Cr-V系合金弹簧钢，不同的元素搭配，将展示不同的性能，其中65Mn.50CrV.60SiCrV和55SiMnMoV就是典型代表。合金弹簧钢经过淬火、回火后具有较高的疲劳强度和较好的弹性，它主要用于大部分的弹簧，例如汽车悬架弹簧、发动机气门弹簧、重型机械的大截面弹簧。1.2弹簧钢的热处理工艺为了得到弹簧钢较高的弹性极限，而又不会发生疲劳断裂的失效形式，弹簧钢的热处理需要得到较高的塑性与强度，因此其热处理工艺一般采用淬火加中温回火，以便得到回火屈氏体组织，

5、对淬火、回火温度的选择是既要保证充分的奥氏体化，又要形成细小的晶粒。工艺：(1)加热、等温淬火：将弹簧钢材加热至800°C以上，进行奥氏体化处理，保温时间约为80-90min，之后进行淬火处理，将其在马氏体等温转变区进行等温，温度约为200°C±10°C,时间为60-90min;⑵中温回火：将淬火后的弹簧钢在390°C±20°C下等温回火处理，回火时间为1h左右，再冷却至室温；(3)冷卷成型：最后对热处理后的弹簧钢进行冷拔，使之冷卷成型。其热处理工艺曲线如下图：1.3弹簧钢的热处理工艺对组织与性能的影响1.3.1对组织的影响弹簧钢一

6、般属于高碳钢，其热处理中易发生表面脱碳倾向，会造成疲劳强度的降低，影响使用寿命，可以进行喷丸处理。8009以上等温加热，可是弹簧钢组织充分奥氏体化；在200°C左右进行淬火等温处理后，其转变为马氏体组织，硬度强度提高；4009左右等温回火，碳钢和含Si的弹簧钢可得到贝氏体组织，弹性极限达到最大，并且弹簧的韧性与强度达到最好的配合；回火后快冷，防止高温脆性；最后通过冷压拔，塑性成形。1.3.2对性能的影响(1)下面以Mo・V系的高疲劳强度弹簧钢为例，来说明热处理工艺对弹簧钢性能的影响。5511001150120012501300135

7、01400淬火温度/K706065(0HH)母豊图1淬火温度对试验弹賞钢硬度的影响弹簧钢的强化方式主要有三种溶强化、沉淀强化和细晶强化，图1是四种不同成分的Mo・V系弹簧钢硬度随淬火温度的变化曲线，可见其硬度随着淬火温度的在1000°C以上，基本保持不变，在1000°C以下随之不断上升。图2回火温度对试验弹贷钢硬度的影响(1)在回火过程中，由图2可知，弹簧钢的硬度随着回火温度的升高，其马氏体中碳的固溶强化作用减小，表面也会产生脱碳倾向，硬度不断减小。50-4030・20-10011111i[…I1800900100011001200

8、图3奥氏体化温度对6()Si2CrVA弹簧钢晶粒尺寸的影响(1)弹簧钢奥氏体化过程中，温度升高，碳化物含量不断减少，碳化物对晶粒长大的抑制作用减弱，进而导致最后形成晶粒尺寸增大，在1000°C左右有一个迅速增长阶段。表1回火温度对6O