汽车悬架弹簧钢脱碳规律的研究
Research on Laws of Decarburization of Automobile Suspension Spring Steel
悬架弹簧钢作为悬架系统的重要减震弹性元件,在周期性交变应力下工作,要求较高的弹性极限和松弛抗力.同时,在使用过程中,弹簧钢横截面上的应力沿径向从中心到边缘逐渐增加,导致表面所受的冲击载荷最大.弹簧钢由于碳含量较高,在高温条件下表面容易出现严重的脱碳现象,脱碳明显影响钢的硬度、抗疲劳性能、使用寿命.如果钢表面出现完全脱碳层,会降低弹簧钢疲劳寿命的50%.脱碳程度是汽车悬架弹簧钢的一个严格的指标,因此脱碳层深度和脱碳类型的控制是研究弹簧钢脱碳的一个重要问题,并且是生产高优质弹簧钢难以解决的问题之一.本文以弹簧钢55Si Cr V和60Si2Mn为实验材料,研究了加热温度、保温时间、冷却速度、冷却方式和加热介质对弹簧钢脱碳的影响以及淬火温度对轧后脱碳钢脱碳的影响.将实验材料加工成?6*9 mm的试样,进行脱碳实验.用金相镶嵌机将实验后的试样镶嵌成金相试样,金相试样经过一系列的粗磨、精磨、抛光、腐蚀等过程后,利用金相显微镜和Image J图像处理软件测量表面脱碳层深度.同时,利用菲克定律和高温氧化动力学公式,建立脱碳层深度关于加热温度和保温时间的脱碳数学模型.研究结果表明,较高的加热温度和较长的保温时间对弹簧钢脱碳现象的产生都有促进作用,加热温度在750~1100℃范围内,弹簧钢的脱碳层深度随加热温度的升高呈先增大后减少的趋势,55Si Cr V在1000℃左右出现峰值,60Si2Mn在1050℃左右出现峰值.保温时间在20~100 min范围内,弹簧钢的脱碳层深度随保温时间的延长呈增加趋势,但增加的幅度逐渐减小.含Cr、V元素的弹簧钢与不含Cr、V元素的弹簧钢相比,脱碳层深度明显减少.冷却速度的增加能够有效地降低脱碳层深度,当冷却速度大于10℃/s时,弹簧钢表面无脱碳层产生.不同的冷却方式和加热介质对脱碳层深度也有显著的影响,水冷可以明显降低弹簧钢表面脱碳层深度,还原性气氛对脱碳层的产生有阻碍作用.淬火温度的提高有利于脱碳钢脱碳层深度的降低.利用脱碳数学模型,分析在有氧化反应时加热温度、保温时间对脱碳的影响.利用实验数据进行验证,可以提高模型的可靠性,可为生产工艺的制定提供理论基础.
- 作者：
- 陈被被
- 学位授予单位：
- 安徽工业大学
- 专业名称：
- 材料工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2016年
- 导师姓名：
- 陈其伟；于同仁
- 中图分类号：
- TG142.41；TG161
- 关键词：
- 弹簧钢；脱碳；交变应力；完全脱碳；硬度
- Spring steel; Decarburization; Alternating stress; Complete decarburization; Hardness;