热处理新工艺对高速重载机车60Si2CrVA弹簧钢组织、性能的影响

摘要

高速重载机车弹簧目前主要是通过传统淬火－回火工艺进行热处理，而该工艺处理后弹簧韧性较差，在使用过程中易发生早期断裂，降低了车辆的安全性，急需改善其强韧性配合和提高其疲劳寿命。
　　本课题属于国家科技支撑计划项目，研究高速重载机车车用60Si2CrVA弹簧钢淬火-等温-回火（Q-I-T）的热处理新工艺。通过洛氏硬度测定、拉伸、冲击性能测试、组织观察、疲劳极限的测定、断口扫描及透射电镜分析，确定了淬火-等温-回火（Q-I-T）最佳新工艺参数:将试样加热到860℃奥氏体后淬入150℃～170℃之间某温度保持20s后，再将试样迅速放入300℃～330℃之间某温度等温300s左右后放入油中冷却，经淬火-等温（Q-I）处理后400℃～450℃之间某温度回火100分钟其力学性能最佳，具有优异的强韧性配合。
　　实验结果表明，60Si2CrVA弹簧钢采用淬火-等温-回火新工艺处理后，获得回火屈氏体+过渡形态的条束状贝氏体+残余奥氏体薄膜+部分细小析出碳化物的复合组织。淬火过程中形成了部分针状和条束状马氏体，马氏体形成时，奥氏体被分割成许多较小的、被大角度边界包围的、取向不同的区域，使晶粒得到分割细化，亚结构也得到细化；等温过程中部分亚稳奥氏体转变为过渡形态的贝氏体，其形态是一种单元特征的无碳化物贝氏体，平行板条中有若干个亚单元，单元间由残留奥氏体所分割（即BF+残余奥氏体薄膜），该组织具有极好的韧性，且残余奥氏体以薄膜状均匀分布在板条间，有利于弹簧钢韧性的提高；回火过程中析出细小均匀的碳化物，回火后组织仍保持原束条组织形貌，其组织细小均匀，有效提高实验钢的屈服强度。故该钢种经Q-I-T新工艺处理后具有优异的强韧性配合。
　　该工艺条件下力学性能达到如下指标：
　　a）抗拉强度达到1900MPa、屈服强度达1700MPa时，其冲击韧性值提高到32.5J，有效提高高强度弹簧钢的韧性；
　　b）冲击韧性与传统工艺（17.2J）接近时，其抗拉强度可达2218MPa和屈服强度可达1810MPa，分布提高了318MPa和110MPa；
　　c）断面收缩率和延伸率等塑性指标分别达到36.59％和11.95％；
　　d）其应力比Ｒ=-１的轴向拉压疲劳强度达到850MPa（107次）。

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第 1 章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 弹簧钢概述

1.3 机车弹簧钢及制品生产现状

1.4 弹簧钢及制品存在的问题

1.5 主要研究内容

第 2 章 实验材料与方法

2.1 实验材料

2.2 实验方法

2.3 本章小结

第 3 章 机车弹簧失效分析

3.1 淬火裂纹

3.2 磨削裂纹

3.3 疲劳断裂

3.4 本章小结

第 4 章 60Si2CrVA 弹簧钢热处理工艺及力学性能

4.1 60Si2CrVA 热处理工艺方案

4.2 最佳淬火工艺及其力学性能

4.3 最佳等温工艺及其力学性能

4.4 回火工艺的研究及其力学性能分析

4.5 不同工艺下断口检测及分析

4.6 本章小结

第 5 章 60Si2CrVA 弹簧钢疲劳性能研究

5.1 疲劳现象的概述

5.2 Q-I-T 新工艺疲劳性能

5.3 本章小结

第 6 章 60Si2CrVA 组织结构与强韧化

6.1 不同工艺显微组织对比

6.2 新工艺组织、结构演变

6.3 60Si2CrVA 强韧化机理

6.4 本章小结

第 7 章 结论

本工作创新点

展 望

致谢

参考文献

作者攻读学位期间公开发表的学术论文

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