60Si2Mn彈簧鋼相變規(guī)律研究

羅 敏

（萍鄉(xiāng)萍鋼安源鋼鐵有限公司，江西 萍鄉(xiāng) 337000）

60Si2Mn彈簧鋼是一種工業(yè)機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)元件中重要的的制造材料，可以用于汽車制造、航空航天以及鐵路等眾多交通領(lǐng)域，并且60Si2Mn彈簧鋼的需求量遠(yuǎn)比其它型號(hào)的彈簧鋼大[1]。在生產(chǎn)、制造60Si2Mn彈簧鋼的過程中，充分了解60Si2Mn彈簧鋼的相變情況可以更加快速的確定采用何種工藝流程,同時(shí)對(duì)于優(yōu)化生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量具有更加重要的意義。為了對(duì)鋼材生產(chǎn)廠鋼材產(chǎn)品進(jìn)行整體工藝上的集成和優(yōu)化，進(jìn)一步將鋼材市場(chǎng)打開，提高60Si2Mn彈簧鋼的生產(chǎn)品質(zhì)[2]。鑒于此，通過實(shí)驗(yàn)的方式研究60Si2Mn彈簧鋼的相變情況，最終得出規(guī)律。

1 資料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

選取某鋼材生產(chǎn)廠的60Si2Mn彈簧鋼作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，60Si2Mn彈簧鋼中共包含8中不同的化學(xué)成分，表1為8中構(gòu)成60Si2Mn彈簧鋼的成分占比。

表1 化學(xué)成分的占比

實(shí)驗(yàn)中選擇的60Si2Mn彈簧鋼最終的加工長(zhǎng)度為86.50mm，橫截面圓形半徑為3.5mm，整體成均勻的圓柱體結(jié)構(gòu)。

1.2 實(shí)驗(yàn)流程

采用熱模擬試驗(yàn)機(jī)，通過測(cè)量60Si2Mn彈簧鋼材料熱循環(huán)過程的相變與外界施加壓力之間的關(guān)系，首先得到60Si2Mn彈簧鋼在靜止?fàn)顟B(tài)下的應(yīng)力范圍，并測(cè)定60Si2Mn彈簧鋼的靜止?fàn)顟B(tài)下的彈性限度曲線[3]。對(duì)冷卻變化曲線研究，根據(jù)60Si2Mn彈簧鋼在工廠生產(chǎn)中的加工特點(diǎn)，確定測(cè)量方案為：在保證實(shí)驗(yàn)環(huán)境處于真空狀態(tài)下，將60Si2Mn彈簧鋼試件以20°C/s的加熱速度加熱到1000°C，當(dāng)試件中的層片狀?yuàn)W氏體完全后，再將其運(yùn)輸?shù)綕崈魠^(qū)域軋制[4]。此時(shí)溫度應(yīng)維持在1000°C，持續(xù)5min，讓式樣得到充分的奧氏體化，再將試件通過50N、100N、150N、200N、250N、300N、350N、400N、450N、500N不同的外力作用使試件產(chǎn)生應(yīng)力相變。將完成上述操作的式樣切割處理，利用FUWF 600型號(hào)電子顯微鏡觀察橫截面變化[5]。同時(shí)，利用CW525-CJ243全自動(dòng)電子顯微硬度計(jì)計(jì)算出式樣橫截面在不同外力施加狀態(tài)下的彈性相變量。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

完成實(shí)驗(yàn)，將實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的彈性相變量、應(yīng)力大小等數(shù)據(jù)記錄，并繪制成如圖1所示的60Si2Mn彈簧鋼試件自身應(yīng)力與外界施加壓力的曲線關(guān)系。

圖1 60Si2Mn鋼不同冷卻速度下的顯微組織

2.2 完成實(shí)驗(yàn)

試件自身應(yīng)力

圖2 試件自身應(yīng)力與外界施加壓力曲線圖

完成實(shí)驗(yàn)，將實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的彈性相變量、應(yīng)力大小等數(shù)據(jù)記錄，并繪制成如圖2所示的60Si2Mn彈簧鋼試件自身應(yīng)力與外界施加壓力的曲線關(guān)系。

由圖2可以看出，隨著60Si2Mn彈簧鋼試件受到的外界施加壓力增加，試件整體應(yīng)力呈上升狀態(tài)，在Fd處應(yīng)力消失。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論分析

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果看出，試件自身的應(yīng)力在第一階段Fh處于直線上升狀態(tài)，其上升斜率較大；在第二階段Fx也出現(xiàn)上升狀態(tài)，但斜率與第一階段相比明顯減??；在第三階段Fd虛線部分是由于外界施加壓力過大造成了試件出現(xiàn)了斷裂現(xiàn)象，試件斷裂處的應(yīng)力消失。根據(jù)彈性限度計(jì)算公式計(jì)算出60Si2Mn彈簧鋼試件在不同狀態(tài)下的應(yīng)力。公式為：

公式中，F(xiàn)t表示為60Si2Mn彈簧鋼試件的彈性限度，r表示為試件橫截面半徑長(zhǎng)度；l表示為試件最終加工長(zhǎng)度；Fn表示為外界施加的壓力大小。通過上述公式可以計(jì)算出60Si2Mn彈簧鋼試件的彈性限度大小為273.8N。

通過實(shí)驗(yàn)得出60Si2Mn彈簧鋼試件的相變規(guī)律為：當(dāng)Fn＜Ft時(shí)，60Si2Mn彈簧鋼試件處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，即當(dāng)施加的外界壓力撤消時(shí)，60Si2Mn彈簧鋼試件又恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)Fn=Ft時(shí)，60Si2Mn彈簧鋼試件處于形變狀態(tài)，即當(dāng)施加的外界壓力與60Si2Mn彈簧鋼試件的彈性限度相同時(shí)，試件為了保持其平衡狀態(tài)，自身會(huì)發(fā)生形變；當(dāng)Fn＞Ft時(shí)，60Si2Mn彈簧鋼試件的自身應(yīng)力消失，即當(dāng)施加的外界壓力超過60Si2Mn彈簧鋼試件自身彈性限度，由于試件無法承受此時(shí)的壓力，不僅會(huì)發(fā)生形變，還會(huì)造成試件被施加壓力位置斷裂。

4 結(jié)語

本文開展了對(duì)60Si2Mn彈簧鋼想變規(guī)律的研究，最終目的是為鋼材生產(chǎn)廠加工出更加高質(zhì)量的60Si2Mn彈簧鋼方案設(shè)計(jì)提供幫助，從而達(dá)到整個(gè)生產(chǎn)流程技術(shù)與工藝的集成優(yōu)化，進(jìn)一步促進(jìn)鋼材生產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展。60Si2Mn彈簧鋼主要以圓柱體和球體為主，本文針對(duì)圓柱體60Si2Mn彈簧鋼進(jìn)行了詳細(xì)的相變規(guī)律研究，在后續(xù)的研究中還將針對(duì)不同型號(hào)、規(guī)格的彈簧鋼進(jìn)行更加深入的研究。