详情

原文传递高强度弹簧钢组织与性能的研究

论文题名：	高强度弹簧钢组织与性能的研究
关键词：	汽车悬架;高强度弹簧钢;成分优化;非金属夹杂物;力学性能
摘要：	汽车用悬架弹簧正向轻量化、高应力、高性能方向发展，同时要求其拥有极高的可靠性和安全性。根据弹簧钢在不同服役条件下的应用情况，还要求它具有较好的耐腐蚀性、耐磨性、耐热性等，以避免服役过程中过早发生疲劳断裂。本文在55SiCr弹簧钢成分的基础上，结合C元素及V元素对弹簧钢组织和性能的影响，采用成分微调的手段对其成分进行优化，以改善微观组织，提高其力学性能。　　论文首先运用JMatPro软件计算分析了改变弹簧钢中元素V和C的质量分数时，钢中的析出相以及析出温度。然后利用实验室30kg真空感应炉冶炼了三炉实验钢，结合前期冶炼的5炉实验钢，以及国内某钢厂提供的标准55SiCr钢样。利用直读光谱分析仪、洛氏硬度仪、万能材料拉伸实验机、冲击试验机、OlympusGX51倒置型光学显微镜、扫描电镜和旋转弯曲疲劳试验机等测试仪器，综合分析不同设计成分下的铸态、锻态及不同热处理制度下的实验钢组织和力学性能，从而确定最优的成分体系。　　分析实验结果发现:当实验钢中添加质量分数为0.15％的V元素时，在880℃保温30min+油淬+450℃回火保温120min+空冷的热处理制度下，实验钢的组织、韧性、强度和疲劳寿命均得到显著的改善。与工厂提供的试样性能相比，其抗拉强度提高125MPa，疲劳寿命极限由3.93×105提高到6.68×105。分析主要原因是弥散析出的VC发挥了析出强化和细晶强化作用。在880℃保温30min+油淬+450℃回火保温120min+空冷的热处理制度下，1#～5#实验钢金相组织基本为回火托氏体，并且随着V质量分数的增加，晶粒有明显被细化的趋势。增加C的质量分数到0.65％，7#钢和8#钢强度再次提高，至1765MPa，但断后伸长率和断面收缩率分别下降了1.3％和1.2％。说明适当提高C元素的质量分数可提高弹簧钢的强度。在880℃保温30min+油淬+350℃回火保温120min+空冷的热处理制度下，实验钢的金相组织主要由板条马氏体、片状马氏体和回火托氏体组成，在该回火制度下实验钢具有较高的硬度和强度，主要是因为在此温度下回火马氏体结构保持完整且数量较多，马氏体基体强化作用明显。4#、5#、8#实验钢中加入了较多的V元素，晶粒得到细化，韧性得到明显的改善。根据350℃回火制度下实验钢的抗拉强度，断面收缩率及断后伸长率的对比结果，发现V元素质量分数为0.15％左右时，实验钢的综合力学性能最优。　　疲劳试验发现，450℃回火后的弹簧钢试样疲劳寿命明显高于350℃回火后试样的疲劳寿命。当V元素质量分数为0.15％，在350℃和450℃回火后实验钢的疲劳寿命分别较工厂试样提高了2.46×105和2.75×105。实验钢夹杂物质量分数较少且尺寸较小，因此具有较高的疲劳寿命极限。通过对疲劳断口处夹杂物的分析发现，夹杂物主要为硫化物、硫化物包裹氧化铝以及硫化物与镁铝尖晶石相结合的三类夹杂物。夹杂物尺寸基本在2μm～10μm之间，数量较少。由JMatPro软件对钢析出相的热力学计算以及金相组织的分析可见，在450℃回火后针状渗碳体沿着板条边界处析出，阻碍了位错滑移，改善了滑移带结构，发挥一定的强化作用。350℃回火后的疲劳极限比明显低于450℃回火后的试样。
作者：	李涵
专业：	冶金工程
导师：	龚伟
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东北大学
学位年度：	2018