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      杭州嘉航金屬制品有限公司

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      等溫淬火處理40MnB結構鋼的組織及力學性能(一)
      作者:管理員    發布于:2017-10-26 15:33:15    文字:【】【】【
      為提高燃料利用率,汽車閥簧和懸簧趨于小型和輕量化,彈簧用鋼的強度進一步增加。但是,高強度化的鋼材對于腐蝕凹痕和缺陷等的缺口敏感性高,所以要求改善延韌性。目前,對JIS標準彈簧鋼(例如,Si-Cr系、Si-Mn系和Si-Cr-Mn系)的化學成分,提出了添加改善韌性和抗腐蝕性的元素Ni以及細化晶粒和提高抗延遲斷裂性的元素(V、Ti)。但是,這些鋼材大多含有稀土金屬,所以易受資源枯竭和需求波動的影響,高成本成為問題。因此,要求使用貨源充足、價格便宜的普通彈簧鋼實現高強度和高延韌性兼顧的組織控制技術。
       
        普通彈簧鋼水平的含C、Si鋼進行等溫淬火處理,如果貝氏體組織轉化,就會含有大量的殘余奧氏體。殘余奧氏體如果負荷應力,就會轉變為馬氏體,引起伸長率變大和韌性提高的相變誘導塑性現象的產生,因而認為添加Si鋼可獲得高延韌性。
       
        將厚度1mm的普通彈簧鋼SUP6(Si-Mn系)板材等溫轉變,獲得貝氏體和殘余奧氏體雙相混合組織,殘余奧氏體量越多,其延性越大,發現由于塑性形變,殘余奧氏體一部分誘發轉變為馬氏體。雖然有關于等溫淬火處理的中碳鋼,Si、Mn等合金元素對組織及力學性能影響的研究,但對組織和力學性能相關性的研究報告較少,沒有關于普通彈簧鋼方面的報告。
       
        為此研究了等溫淬火處理的普通彈簧鋼SUP12(Si-Mn-Cr系)的組織和力學性能,介紹了含有殘余奧氏體和馬氏體的下貝氏體組織顯示出的良好強度-延展性平衡。以S55C材為基準,對增加Cr及Si含量的普通彈簧鋼,觀察了等溫淬火處理后的顯微組織。由于增加了Cr、Si含量,抑制了碳化物(滲碳體)的形成,殘余奧氏體比率增加。但是,沒有對這些等溫淬火處理材的力學性能進行深入研究。
       
        本文為了研究貝氏體組織適用普通彈簧鋼,明確Cr、Si含量不同的中碳鋼進行等溫淬火處理時的組織和力學性能的關系。明確輕量化高強度彈簧要求的抗拉強度1800MPa以上,可獲得延韌性優良的組織。
       
        2 試驗方法
       
        2.1 試樣材料
       
        試樣材料使用JIS標準鋼S55C、SUP9、SUP7和SUP12。以S55C的化學成分為基準時,各元素中有些差異,SUP9比S55C增加了Cr含量,SUP7比S55C、SUP12比SUP9增加了Si含量。
       
        2.2 熱處理條件
       
        S55C鋼使用直徑Φ4mm,SUP9、SUP7和SUP12三種鋼使用直徑Φ12mm的試樣材料,將各試樣材料在爐中進行奧氏體化后1000℃,0.4ks,投入到調整到300℃或400℃的鹽浴中,保持10ks~59.4ks后水冷。為了比較,對上述各試樣進行相同的奧氏體化之后,在60℃的油里淬火,保持180s后,在275℃~560℃溫度進行3.6ks的回火處理后制備成試樣。另外,S55C試樣材料的直徑為Φ12mm時,鋼內部因淬火不充分硬度變低,所以,在該熱處理條件下采用直徑Φ4mm的試樣。
       
        2.3 組織觀察及晶體結構圖
       
        對上述熱處理后的試樣,以橫斷面為觀察面埋入樹脂后,用金剛砂紙進行濕式研磨和用膠態氧化硅拋光研磨,在3%硝酸乙醇腐蝕液(HNO3 3ml+C2H5OH 97ml)中腐蝕5s~10s,制備成組織觀察用試樣。在這些試樣的橫斷面,從試樣的外周表面向中心相當于直徑1/4的位置,用光學顯微鏡(OM)和掃描電子顯微鏡(SEM)觀察了該位置的組織。
       
        用上述的拋光研磨精加工的試樣,采用電子背散射衍射(EBSD)獲得晶體結構圖。
       
        2.4 殘余奧氏體的比率及C含量
       
        用組織觀察中使用的拋光研磨精加工的埋入樹脂后的試樣,對橫斷面整體,采用CoKα線的X射線衍射,由公式(1)求出殘余奧氏體(γ)的比率。
       
        Vγ=1/{1+(Iα/Rα)/(Iγ/Rγ)} (1)
       
        式中:Vγ為γ相的體積分率;Iα及Iγ分別為對應鐵素體相和馬氏體相的α相及γ相的衍射線的積分強度;Rα和Rγ分別為α相及γ相的R值(由照射條件決定的常數)。
       
        α相分別測定了α(200)、α(211)衍射線的積分強度;γ相測定了γ(200)、γ(220)的衍射線的積分強度,將兩相峰值組合求出的4個殘余奧氏體比率的平均值作為代表值。
       
        殘余奧氏體中的碳含量,對拋光研磨精加工的橫斷面整體,采用CoKα線的X射線衍射測定γ(111)、γ(200)、γ(220)及γ(311)的各衍射角,通過采用cos2θ的外插法求出晶格常數(αγ),該常數由公式(2)所示的αγ和C含量的關系決定。
       
        αγ(nm)=0.3573+0.0033×(mass%C) (2)
       
        2.5 強度試驗
       
        拉伸試驗是以熱處理后的材料為原料,通過切削加工,SUP9、SUP7和SUP12用平行部直徑Φ6mm,標距30mm的圓棒試樣,S55C用平行部直徑3.8mm,標距18mm的圓棒試樣(JIS X 2201規定的14A號試樣)。對這些試樣,使用好 精密拉伸試驗機以2.8×10-3/s的速度進行拉伸試驗,測定了抗拉強度和0.2%屈服強度。應變測定是在試樣平行部靠近應變儀來進行測定。并對照斷口分別求出斷裂伸長率和斷面收縮率。此外,本試驗所用的拉伸試樣形狀S55C和SUP9、SUP7、SUP12有所不同。一般拉伸特性值受試樣形狀的影響,但本試驗所用的試樣,認為圓棒直徑和標距的比率基本相同,對斷裂伸長率的影響小,材料組織在標點之間均勻性高,試樣形狀對拉伸特性值的影響小。
       
        夏比沖擊試驗采用長55mm、邊長10mm的正方形斷面、深2mm、45°V型缺口的試樣(JIS Z 2202規定的V型缺口)。試樣取自上述圓棒試樣材料(直徑Φ50mm),進行和2.2節相同條件的熱處理,然后在室溫下進行沖擊試驗,求出沖擊功。

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