竇小鵬

摘要：高性能鋼鐵材料能夠滿足當(dāng)前社會(huì)工業(yè)產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展要求，而它所涉及的技術(shù)處理內(nèi)容也愈加豐富，這其中就包括了熱處理工藝技術(shù)。熱處理本身能夠改變鋼鐵材料的內(nèi)部顯微組織，進(jìn)而改善鋼的性能以滿足實(shí)際需要。在本文中主要以60Si2CrVAT彈簧鋼組織為例探討了它的基本性能與相關(guān)熱處理工藝技術(shù)。

關(guān)鍵詞：彈簧鋼組織;高性能;性能要求;熱處理工藝

0 ?引言

針對(duì)金屬的熱處理就是根據(jù)金屬或合金在固態(tài)狀態(tài)下的組織進(jìn)行轉(zhuǎn)變調(diào)整，將金屬材料加熱到一定溫度，并在保溫一段時(shí)間后以相對(duì)合適的方式冷卻金屬材料。在熱處理過程中，金屬材料內(nèi)部組織發(fā)生變化，材料性能得以優(yōu)化。就鋼組織材料而言，它的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生以下幾種變化：第一，鋼的機(jī)械性能顯著提高，延長了它的使用時(shí)間;第二，消除了鋼在熱加工過程中所可能存在的各種缺陷問題，同時(shí)可滿足晶粒細(xì)化、組織均勻性提升要求;第三，可輔助機(jī)械零件加工工作優(yōu)化展開;第四，確保工件表面的抗磨損與耐腐蝕性能提升，具有特殊物理化學(xué)性能。

1 ?彈簧鋼組織的基本性能要求

彈簧鋼屬于高性能鋼，它專門用于制造彈簧與彈性元件，可在扭轉(zhuǎn)、彎曲等周期性交變力作用下正常工作，在一般工作環(huán)境中更需要承受瞬時(shí)突然加入的高載荷作用力，它目前被廣泛應(yīng)用于汽車、鐵道車輛以及航空飛機(jī)等等交通運(yùn)輸行業(yè)產(chǎn)業(yè)中。目前我國客運(yùn)專線列車與汽車的輕量化發(fā)展趨勢(shì)已經(jīng)愈發(fā)明顯，針對(duì)車輛零配件的技術(shù)品質(zhì)要求也越來越高，因此它就要求所采用到的彈簧鋼材料必須擁有更高的耐疲勞強(qiáng)度、抗拉伸強(qiáng)度等等優(yōu)質(zhì)化性能，有效滿足車輛質(zhì)量要求。但是，由于我國在彈簧鋼生產(chǎn)方面的技術(shù)不夠成熟，所生產(chǎn)出的彈簧鋼產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，這也導(dǎo)致它依然無法有效配合車輛優(yōu)質(zhì)化生產(chǎn)過程。

本文中將要提到的60SiCrVAT彈簧鋼屬于鐵路專用高性能鋼，這種鋼材料擁有專門的轉(zhuǎn)向架圓柱螺旋彈簧高性能，可根據(jù)我國鐵道部貨車提速要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。但是由于轉(zhuǎn)向架在長期沖擊、交變與突變載荷作用下是容易出現(xiàn)疲勞鍛煉問題的，因此它還需要采用相對(duì)合適且穩(wěn)定的熱處理工藝進(jìn)行二度加工，提高60SiCrVAT彈簧鋼的整體品質(zhì)與工作質(zhì)量。

針對(duì)彈簧鋼的性能要求方面，需要它具有較高的抗拉強(qiáng)度、硬度、塑形與較強(qiáng)的彈性極限，保證彈簧在交叉應(yīng)力與相對(duì)嚴(yán)苛的條件下依然能夠正常服役。采用熱加工處理工藝也能有效提升疲勞極限與抗彈性減退能力，令其能夠在低溫條件、高溫條件中也能擁有較好的耐受性能，且對(duì)它的淬透性也推出了較高要求，保證做到熱處理、抗腐蝕性以及抗氧化性優(yōu)化。

2 ?60SiCrVAT彈簧鋼的熱處理工藝與性能影響研究

針對(duì)60SiCrVAT彈簧鋼組織的熱處理工藝一般會(huì)對(duì)彈簧鋼的力學(xué)性能產(chǎn)生重要影響，它也是彈簧鋼的關(guān)鍵生產(chǎn)工藝之一。目前比較常見的彈簧鋼熱處理工藝主要為回火，它也是熱處理的最后一道工序，可實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼材料組織與性能的有效影響?？紤]到60SiCrVAT彈簧鋼為我國鐵道部指定的提速列車轉(zhuǎn)向架專用高性能鋼，對(duì)列車提速與安全穩(wěn)定性提升非常有幫助，因此需要對(duì)60SiCrVAT彈簧鋼原鋼組織結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度不穩(wěn)定、塑性偏差、易于產(chǎn)生疲勞斷裂等等問題進(jìn)行處理調(diào)整，保證其能夠符合國家規(guī)定性能指標(biāo)，合理化規(guī)避彈簧失效問題。針對(duì)這一點(diǎn)，對(duì)60SiCrVAT彈簧鋼的熱處理工藝操作應(yīng)當(dāng)圍繞改變熱處理工藝中的回火溫度為根本，深度研究鋼組織的內(nèi)部變化、表面脫碳與非金屬夾雜物相關(guān)問題，對(duì)彈簧鋼的硬度變化規(guī)律進(jìn)行分析，例如分析它的抗拉強(qiáng)度與斷面收縮率不達(dá)標(biāo)等等問題，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)工藝的有效改善[1]。

3 ?60SiCrVAT彈簧鋼的熱處理工藝試驗(yàn)分析

3.1 試驗(yàn)過程

針對(duì)60SiCrVAT彈簧鋼的熱處理工藝試驗(yàn)過需要采用到規(guī)格直徑為？覫12.5～13.5mm的鋼棒，它的主要化學(xué)成分應(yīng)該如表1。

該試驗(yàn)過程參考我國的《鋼中廢金屬夾雜物含量的測(cè)定方法》標(biāo)準(zhǔn)展開測(cè)定過程。首先從彈簧鋼棒上截取相應(yīng)試樣，在磨制拋光后采用金相顯微鏡評(píng)定試驗(yàn)鋼中的夾雜物具體等級(jí)。然后通過《金屬材料拉伸試驗(yàn)》中的室溫試驗(yàn)方法進(jìn)行拉伸試驗(yàn)分析。一般來說，試驗(yàn)過程中保證退火溫度在730℃，淬火溫度保證在920～930℃，冷卻方式采用油冷方式，回火溫度控制在510～620℃左右，始終保持線速度在7m/min左右。試驗(yàn)中提取彈簧鋼棒配合電子顯微鏡對(duì)其表面中心組織變化與表面脫碳情況進(jìn)行分析，例如可采用金相法對(duì)其脫碳層深度進(jìn)行測(cè)量。在電子顯微鏡下可觀察到其端口處應(yīng)該存在夾雜物與斷裂情況[2]。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)60SiCrVAT彈簧鋼試驗(yàn)鋼結(jié)果進(jìn)行分析，主要分析它的力學(xué)性能，在熱處理工藝應(yīng)用下對(duì)試樣表面到中心的硬度變化進(jìn)行分析，如圖1。

對(duì)60SiCrVAT彈簧鋼采用了3種熱處理工藝，分別觀察不同處理工藝背景下試樣從表面到中心的硬度變化狀況。結(jié)合圖1可以看到，在回火溫度逐漸提升的過程中，鋼組織試樣的硬度也在逐漸下降，且試樣最表層與中心附近的硬度變化差別較大。結(jié)合3種工藝進(jìn)行逐一分析，工藝1試樣中的最表層硬度最高達(dá)到381.13MPa，它的中心附近硬度平均可達(dá)到540～560MPa左右，另外1/2半徑位置到中心的試樣硬度也有大幅度下降。

再看工藝2，工藝2中鋼組織試樣中的最表層硬度可達(dá)到253.36MPa，中心附近硬度平均可達(dá)到520MPa左右。

工藝3中鋼組織試樣中的最表層硬度可達(dá)到279.79MPa，中心附近硬度平均可達(dá)到500MPa左右。綜上所述，上述3種熱處理工藝是都存在脫碳層的，且脫碳過程中鋼組織結(jié)構(gòu)的表層硬度會(huì)大幅度下降[3]。

在上述3種工藝試驗(yàn)應(yīng)用背景下，60SiCrVAT彈簧鋼的組織結(jié)構(gòu)硬度發(fā)生變化，由此可大概測(cè)量出脫碳層大小，其中像工藝2、3的試樣中1/2半徑到中心附近的硬度相對(duì)較為均勻，這也說明1/2半徑到中心附近的組織也是比較均勻的，且3種熱處理工藝背景下試樣的斷面收縮率與抗拉強(qiáng)度也會(huì)發(fā)生變化。由此可以判斷伴隨著回火溫度的逐漸提升，60SiCrVAT彈簧鋼試樣的抗拉強(qiáng)度是會(huì)逐漸下降的，而其斷面收縮率可通過上述3種熱處理工藝進(jìn)行調(diào)校，但暫時(shí)無法確定其變化規(guī)律，需要進(jìn)行進(jìn)一步的試驗(yàn)分析才可能獲得結(jié)果?？偨Y(jié)來講，3種熱處理工藝針對(duì)60SiCrVAT彈簧鋼試樣的抗拉強(qiáng)度與斷面收縮率分別如表2[4]。

4 ?總結(jié)

本文針對(duì)高性能鋼——60SiCrVAT彈簧鋼的硬度與抗拉強(qiáng)度問題進(jìn)行了分析，采用到回火熱處理加工工藝技術(shù)，希望通過試驗(yàn)分析其試樣斷面收縮率始終確保在可接受范圍內(nèi)，并同時(shí)分析其變化趨勢(shì)，對(duì)試樣表面硬度變化與1/2半徑到中心附近硬度進(jìn)行規(guī)范，以確保它能滿足當(dāng)前的交通運(yùn)輸車輛生產(chǎn)發(fā)展需要。

參考文獻(xiàn)：

[1]熊濤.高性能5%Ni低溫鋼組織性能與熱處理工藝研究[D].湖北：武漢科技大學(xué)，2019.

[2]郭海濱.高性能鋼熱處理工藝研究[D].河南：鄭州大學(xué)，2016.

[3]張揚(yáng)，宮心勇，趙宏敏.60Si2CrVA彈簧鋼熱處理工藝及性能研究[J].天津理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，19（1）：69-72.

[4]朱杰，歐梅桂，姜云，等.回火工藝對(duì)60Si2CrVAT彈簧鋼組織及性能的影響[J].材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2016，34（2）：316-320.