CN105695711A - 一种60Si2CrVA弹簧钢新型热处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种60Si2CrVA弹簧钢新型热处理工艺，将60Si2CrVA弹簧钢加热、保温进行奥氏体化，然后进行短时高温水冷淬火，配分处理，水冷至室温，即可。本发明工艺处理后的60Si2CrVA弹簧钢综合性能好，特别是强度和塑韧性均比较好，且组织性能稳定。处理过程中不会产生油烟，改善了工人的工作环境，保证了工作车间清洁。

Description

一种60Si2CrVA弹簧钢新型热处理工艺
技术领域
本发明涉及一种弹簧钢新型热处理工艺，特别是一种60Si2CrVA弹簧钢新型热处理工艺。
技术背景
60Si2CrVA弹簧钢因其具有较高的强度和优良的淬透性而被广泛用于制造铁路车辆、汽车和工程机械等领域的弹簧制品。例如：调速器弹簧、汽轮机汽封弹簧、破碎机用弹簧、汽车螺旋弹簧和板簧。提高弹簧钢的强度与韧性对于实现整车轻量化与提高使用寿命都有意义。传统的60Si2CrVA弹簧钢的热处理工艺为：860℃奥氏体化→油淬→410±50℃回火。其主要组织为回火屈氏体+少量的残余奥氏体。由于其淬火温度较低，而回火温度比较高，材料中增加韧性的残余奥氏体大量分解，使得最终其韧性不高，表现出明显的脆性。而回火过程中马氏体转变为回火屈氏体使得最终的强度值降低。总之，传统热处理工艺存在以下问题：1、油淬温度难以控制，导致经过传统工艺热处理后60Si2CrVA弹簧钢的力学性能不稳定。2、经过传统工艺处理过后60Si2CrVA弹簧钢的表现出明显的脆性特征，塑韧性不高。3、传统工艺在油淬过程中产生的大量油烟以及不慎滴落在地面的油滴，使得热处理车间的工作环境恶劣。故现有热处理工艺处理后的60Si2CrVA弹簧钢综合性能较差。
发明内容：
本发明的目的在于，提供一种60Si2CrVA弹簧钢新型热处理工艺。本发明工艺处理后的60Si2CrVA弹簧钢综合性能好，特别是强度和塑韧性均比较好。处理过程中不会产生的油烟，改善了工人的工作环境，保证了工作车间清洁。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案实现：一种60Si2CrVA弹簧钢新型热处理工艺，将60Si2CrVA弹簧钢加热、保温进行奥氏体化，然后进行短时高温水冷淬火，配分处理，水冷至室温，即可。
前述的60Si2CrVA弹簧钢新型热处理工艺中，具体包括以下步骤：
1.将60Si2CrVA弹簧钢加热到860℃-920℃，保温20-40min进行奥氏体化，得A品；
2.A品进行短时高温水冷淬火，得B品；
3.B品配分处理，得C品；
4.C品水冷至室温，即可。
前述的60Si2CrVA弹簧钢新型热处理工艺中，所述步骤2中采用常压下，50-100℃的水作为淬火介质。
前述的60Si2CrVA弹簧钢新型热处理工艺中，所述步骤2中淬火温度为50℃-100℃，保温20s-50s。
前述的60Si2CrVA弹簧钢新型热处理工艺中，所述淬火温度为90-100℃。
前述的60Si2CrVA弹簧钢新型热处理工艺中，所述步骤3为：将淬火后的B品立即在高于Ms点270℃-320℃下配分处理30-120min。
前述的60Si2CrVA弹簧钢新型热处理工艺中，所述步骤3为：将淬火后的B品立即在高于Ms点270℃-320℃下配分处理80-100min。
发明人对弹簧钢的热处理工艺进行了大量的研究，先前发明人采用以下工艺(传统的弹簧钢热处理工艺)对弹簧钢进行热处理：860℃奥氏体化→油淬→410±50℃回火。发明人发现，这样处理后弹簧钢的主要组织为回火屈氏体+少量的残余奥氏体。主要原因是由于其淬火温度较低(室温)，而回火温度比较高，材料中增加韧性的残余奥氏体大量分解，使得其韧性不高，表现出明显的脆性。而回火过程中马氏体转变为回火屈氏体使得最终的强度值降低。此外，该传统工艺进行处理过程中采用油淬火，油淬过程中会产生的大量油烟以及不慎滴落在地面的油滴，使得热处理车间的工作环境恶劣，且工作车间卫生难以保证。后来，发明人经过大量的试验研究发现，采用本发明方法对60Si2CrVA弹簧钢进行热处理，这样处理后材料的最终组织为板条马氏体+下贝氏体+一定数量的残余奥氏体，使60Si2CrVA弹簧钢的强度、塑性和韧性均得到了显著提高。同时，本发明采用水淬，抛弃了传统的油淬处理工艺，热处理过程中不会产生油烟，改善了工人的工作环境，保证了工作车间清洁。
此外，现有技术中，水淬时，淬火介质广泛采用室温水，申请人发现，采用室温水作为介质进行淬火时，材料的综合性能不能满足本发明的要求。申请人经过大量试验发现，按照本发明方法，将水温严格控制在50-100℃范围内(即将弹簧钢材料冷却到50-100℃)时，才能保证材料的综合性能满足本发明要求。水的最佳温度在90-100℃，即是大陆上主要海拔高度下水的沸点，便于不同海拔高度地区工业上大规模生产时，能够精确控制淬火温度，由于工业生产是连续作业，50-100℃的淬火冷却水在刚开始生产的时候需要借助加热设备对其加热，但是一旦连续生产开始，每次经过高温奥氏体化的弹簧钢就会对冷却水进行加热，因此50-100℃温度的水很容易保持，从节约能源、控制温度精度等方面都非常有优势。
且采用本发明热处理工艺处理弹簧钢，以50-100℃的水作为淬火介质时，弹簧钢材料完全冷却到设定的温度范围(50-100℃)，所需的淬火冷却时间较短，仅为20-50s。而现有弹簧钢在进行淬火处理时，要求材料完全冷却到室温，冷却时间大大超过本发明中所设定的淬火冷却时间(20-50s)。
申请人进行了下列实验，可证明本发明具有有效的效果；
实验例1性能研究
1测试项目
1.160Si2CrVA弹簧钢1，按实施例1进行处理。
1.260Si2CrVA弹簧钢2：传统工艺进行处理，即：860℃奥氏体化→室温油淬→410±50℃回火，即得。
2测试方法和结果
分别取60Si2CrVA弹簧钢1和60Si2CrVA弹簧钢2，分别对屈服强度、抗拉强度、断面收缩率、延伸率和硬度进行测试，各测试10次，结果取平均值，结果见表1。
表1屈服强度、抗拉强度、断面收缩率、延伸率和硬度测试结果
由表可知，本发明新型热处理工艺之后的60Si2CrVA弹簧钢1较传统工艺处理后的60Si2CrVA弹簧钢2屈服强度提高了1.8％，抗拉强度提高了11.7％，断面收缩率提高了35％，延伸率提高了14.56％。故，本发明工艺处理后的60Si2CrVA弹簧钢综合性能优于传统工艺处理后的60Si2CrVA弹簧钢的综合性能。
实验例2金相组织观察
1测试项目
1.160Si2CrVA弹簧钢1：按实施例1进行处理。
1.260Si2CrVA弹簧钢2：同实验例1。
2测试方法和结果
分别取60Si2CrVA弹簧钢1和60Si2CrVA弹簧钢2，分别观察金相组织，结果见图1和图2。
结果：其中图1为观察60Si2CrVA弹簧钢1所得到的金相组织，图2为观察60Si2CrVA弹簧钢2所得到的金相组织。60Si2CrVA弹簧钢1的金相组织图主要为板条状马氏体+下贝氏体+一定量的残余奥氏体。60Si2CrVA弹簧钢2的金相组织图主要组为回织火屈氏体+少量的残余奥氏体。由于传统工艺经过410±50℃回火，所以有颗粒状碳化物的析出，且其组织相比于60Si2CrVA弹簧钢1明显粗大。本发明热处理工艺相对于传统工艺或现有热处理工艺，由于淬火温度较高，冷却速度较传统工艺慢，室温下保留的残余奥氏体含量较多。在材料拉伸过程中，薄膜状的残余奥氏体与马氏体板条有一定的共格关系，因此能够吸收一部马氏体的位错，阻止材料中的裂纹扩展，在拉应力下转变为马氏体。由于残余奥氏体的吸收位错效应(DARA)、相变诱发塑性(TRIP)效应和阻碍裂纹扩展(BPC)效应，使得薄膜状残余奥氏体的存在能够提高材料的塑韧性。由于本发明热处理工艺采用270-320℃配分代替传统的410±50℃回火，避免了材料在高温回火过程中组织粗大，马氏体中位错密度的减小，渗碳体的形成及生长，使得最终得到的材料相较于传统热处理工艺所得到的材料强度韧性皆有所提高。
本发明具有以下有益效果：
1.本发明处理后的60Si2CrVA弹簧钢具有良好的强度和塑韧性。水冷淬火温度为50℃-100℃，淬火时间为20s-50s，在高于Ms点270℃-320℃范围内进行配分处理，配分时间为80-100min，这一工艺可以对马氏体、贝氏体、残余奥氏和碳化物进行准确控制，避免了材料在高温回火过程中组织粗大，马氏体中位错密度的减小，渗碳体的形成及生长，能够根据需要在提高强度的同时显著提高60Si2CrVA弹簧钢的塑韧性。
2.本发明采用水淬，处理过程中不会产生油烟，改善了工人的工作环境，保证了工作车间清洁。
3.本发明处理工艺采用50-100℃的水作为淬火介质，可以提高淬火冷却工艺的一致性，特别是当选择淬火温度为90-100℃(水的沸点)时组织性能一致性更好。热处理后60Si2CrVA弹簧钢的力学性能稳定。
附图说明：
图1是采用本发明热处理工艺处理60Si2CrVA弹簧钢所得的金相组织图；
图2是采用传统热处理工艺处理的60Si2CrVA弹簧钢所得的金相组织图。
下面结合实施例对发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
具体实施方式：
实施例1.
一种60Si2CrVA弹簧钢新型热处理工艺，具体包括以下步骤：
1.将60Si2CrVA弹簧钢加热到860℃-920℃，保温30min进行奥实体化，得A品；
2.A品采用常压下，90-100℃的水作为淬火介质进行水冷淬火，淬火温度为90℃-100℃，保温40s，得B品；
3.B品在高于Ms点270℃-320℃下配分处理80min，得C品；
5.C品水冷至室温，即可。
实施例2.
一种60Si2CrVA弹簧钢新型热处理工艺，具体包括以下步骤：
1.将60Si2CrVA弹簧钢加热到860℃-920℃，保温40min进行奥实体化，得A品；
2.A品采用常压下，50-60℃的水作为淬火介质进行水冷淬火，淬火温度为50℃-60℃，保温50s，得B品；
3.B品在高于Ms点270℃-320℃下配分处理90min，得C品；
5.C品水冷至室温，即可。
实施例3.
一种60Si2CrVA弹簧钢新型热处理工艺，具体包括以下步骤：
1.将60Si2CrVA弹簧钢加热到860℃-920℃，保温20min进行奥实体化，得A品；
2.A品采用常压下，60-80℃的水作为淬火介质进行水冷淬火，淬火温度为60℃-80℃，保温20s，得B品；
3.B品在高于Ms点270℃-320℃下配分处理100min，得C品；
5.C品水冷至室温，即可。

Claims (7)

1.一种60Si2CrVA弹簧钢新型热处理工艺，其特征在于：将60Si2CrVA弹簧钢加热、保温进行奥氏体化，然后进行短时高温水冷淬火，配分处理，水冷至室温，即可。
2.如权利要求1所述的60Si2CrVA弹簧钢新型热处理工艺，其特征在于：具体包括以下步骤：
(1)将60Si2CrVA弹簧钢加热到860℃-920℃，保温20-40min进行奥氏体化，得A品；
(2)A品进行短时高温水冷淬火，得B品；
(3)B品配分处理，得C品；
(4)C品水冷至室温，即可。
3.如权利要求2所述的60Si2CrVA弹簧钢新型热处理工艺，其特征在于：所述步骤(2)中采用常压下，50-100℃的水作为淬火介质。
4.如权利要求2所述的60Si2CrVA弹簧钢新型热处理工艺，其特征在于：所述步骤(2)中淬火温度为50℃-100℃，保温20s-50s。
5.如权利要求4所述的60Si2CrVA弹簧钢新型热处理工艺，其特征在于：所述淬火温度为90-100℃。
6.如权利要求2所述的60Si2CrVA弹簧钢新型热处理工艺，其特征在于：所述步骤(3)为：将淬火后的B品立即在高于Ms点270℃-320℃下配分处理30-120min。
7.如权利要求6所述的60Si2CrVA弹簧钢新型热处理工艺，其特征在于：所述步骤(3)为：将淬火后的B品立即在高于Ms点270℃-320℃下配分处理80-100min。
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