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原文传递城轨用弹簧热处理优化与组织性能研究

论文题名：	城轨用弹簧热处理优化与组织性能研究
关键词：	城轨用弹簧;淬火工艺;回火工艺;热处理
摘要：	随着我国经济的快速发展，城轨列车速度的不断提高，需要弹簧性能的进一步提高。尽管我国弹簧钢经过多年的发展，已经取得了很大的进步，但是和国外的弹簧钢产品相比，不论在弹簧钢钢号种类上还是纯净度和综合性能上都有着巨大的差距，一些高端品质的弹簧钢还需要进口来满足需求。解决上述问题的途径之一就是在我国现有弹簧钢牌号下优化热处理工艺制度以此来提高弹簧钢的综合性能。　　在本文以51CrV4弹簧钢为基础，系统的研究了淬火工艺和回火工艺对弹簧钢组织和性能的影响，优化了热处理工艺参数。探讨均温温度、淬火温度、均温时间、油温、回火冷却方式、出件温度、回火温度、回火冷却时间缩短、回火时间、等热处理参数对51CrV4弹簧钢组织和性能的影响。主要得出以下结果: 　　(1)均温温度的提高会增加弹簧钢残余奥氏体含量，粗化奥氏体晶粒有利于板条马氏体的生成，而最终奥氏体晶粒会均匀化，从而提高弹簧钢的强度和塑性。随着均温保温时间的延长，合金元素固溶度增加，奥氏体化更加充分，稳定性更高，其碳化物尺寸随着均温时间延长而变粗变短，长条状碳化物数量减少，粒状碳化物增多。51CrV4弹簧钢进行均温温度为880～980℃，均温保温时间为20～40min的热处理实验得到强度和塑性最优的热处理制度为:均温温度980℃，均温时间40min。　　(2)淬火后的组织为马氏体，随着淬火温度的升高板条马氏体尺寸先开始粗化后开始减小，随着加热过程的进行，奥氏体化温度越高，奥氏体晶粒长大的速度变得很快，晶粒长大的速度也随之加快，从而使晶粒尺寸变大，导致马氏体组织会随着淬火温度的升高而逐渐变得粗大。并且随着淬火温度的升高，会使更多的碳原子溶入到奥氏体中，导致奥氏体的稳定性增加，其转化为马氏体的难度增加。但当淬火温度到达870℃时，其板条状马氏体尺寸具有更小的尺寸，分布更加紧致均匀。不同油温和出件温度的弹簧拉伸断口外围有剪切唇存在，断口形貌以韧窝为主，属于韧性断口。51CrV4弹簧钢进行淬火热处理工艺，最佳淬火热处理工艺参数为:淬火温度870℃，油温20℃，出件温度90℃。　　(3)回火热处理工艺下回火组织为回火屈氏体，随着回火温度的升高和回火时间的延长，马氏体开始分解，马氏体含量降低，碳化物开始逐渐长大变粗。导致其强度和硬度降低，塑性升高。　　(4)回火后冷却方式主要有空气冷却和水冷却两种方式。水冷下的回火组织铁素体和渗碳体更加细小弥散有利于力学性能的提升。通过对比分析51CrV4弹簧钢回火后试样空冷和水冷的组织及性能，51CrV4弹簧钢采取水冷的方式会提高其强度和塑性。　　(5)回火时间为30min时弹簧钢的组织中出现了少量的马氏体，说明回火不够充分，马氏体并没有完全分解。当回火时间上升到45min时，马氏体含量明显减少，碳化物逐渐增多。回火时间为60min及以上时，随着回火时间的提高，其回火组织全部为回火屈氏体，碳化物分布均匀。回火时间缩短会提高51CrV4弹簧钢的强度和硬度，但这却降低了51CrV4弹簧钢的塑性。对51CrV4弹簧钢进行回火热处理工艺，最佳回火热处理工艺参数为:回火温度420℃，回火时间60min，回火冷却方式为水冷。
作者：	李云超
专业：	钢铁冶金
导师：	王恩刚
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东北大学
学位年度：	2019