高速重载机车用50CrVA弹簧钢淬火—等温工艺探索

摘要

高速重载机车弹簧是机车的关键部件，目前主要通过感应加热卷制后进行淬火－回火工艺处理，获得回火屈氏体组织。然而在实际使用过程中发现，韧性和疲劳性能较差，急需改善其力学性能。
　　通过对现有高速机车弹簧的加工工艺、力学性能评价，以及失效分析找到了现有工艺存在的问题，并提出了解决弹簧早期破坏的措施和新的热处理工艺。在此基础上，为进一步提高高速机车弹簧的质量，实现弹簧的长寿命目标，提出了长寿命弹簧新工艺的开发研究。
　　2003国际上提出了淬火-分配工艺，充分利用了残余奥氏体对韧性的贡献，在提高强度的同时，保证了材料的高韧性，为实现复相组织的强韧化提供了新的思路。
　　本课题结合国家科技支撑计划，对高速重载机车用50CrVA弹簧材料，探索淬火-等温工艺。根据材料的TTT曲线，采用低温熔盐在Ms点以下淬火后，立即在Ms附近进行等温处理，调整不同的等温时间和温度，通过硬度测定，组织观察，断口扫描和透射分析，确定了最佳的淬火-等温新工艺。该新工艺使弹簧钢可以获得优异的力学性能：1).抗拉强度达到1760MPa，屈服强度达到1510MPa；2).断面收缩率和延伸率分别达49％和15％；3).冲击韧性达到32.5J；断裂韧性达到44 MN·m-3/2；4).Ｒ=-１的轴向拉压疲劳强度达到675MPa（107次）。
　　结果表明，对50CrVA弹簧钢采用淬火-等温工艺处理后，获得的组织为马氏体+下贝氏体+薄膜状的残余奥氏体。淬火过程中形成了位错马氏体，同时形成的马氏体有效分割了原奥氏体晶粒，使等温过程中下贝氏体尺寸细化；采用低温回火，使二次马氏体产生回火，保障了残余奥氏体对韧塑性的贡献。经分析表明，淬火-等温工艺结合了淬火+回火和等温淬火工艺两者的有优点。在淬火的过程中，由于淬火介质温度较高，马氏体在碳浓度起伏较低的位置形核长大，在长大的过程中过饱和的碳的向未转变的奥氏体中快速扩散，形成了低于平均碳浓度的马氏体；未转变的奥氏体其碳浓度高于平均碳浓度，等温的过程中转变为较高碳浓度的贝氏体和部分残留奥氏体，随后冷却过程还会产生少量二次马氏体，从而形成了一次、二次马氏体+贝氏体+少量残留奥氏体的复相组织。