加热温度对弹簧钢脱碳层影响实验研究

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压电陶瓷超声换能器加热温度对弹簧钢脱碳层影响实验研究
刘天强
(南京钢铁股份有限公司,江苏 南京 210035)
摘  要:
通过实验研究不同加热温度对弹簧钢脱碳层的影响,发现55SiCrA 弹簧钢脱碳层厚度随保温时间延长和温度的升高而整体上呈增加趋势。在750℃~850℃保温时出现全脱碳;850℃时总脱碳层出现局部峰值,这与全脱碳层的快速增厚有关且随着保温时间延长;950℃以上时试样以部分脱碳层为主。仅在1150℃时打磨处理的样品脱碳层厚度小于未打磨样品,其他温度下粗糙度与脱碳程度并无明显关系。
关键词:
弹簧钢;加热温度;脱碳中图分类号:TG156.8  文献标识码:A  文章编号:
11-5004(2020)14-0228-2收稿日期:
2020-07作者简介:
刘天强,男,生于1979年,汉族,湖南人,本科,工程师,研究方向:弹簧钢产品开发与技术改进、用户服务。
弹簧钢在周期性弯曲和扭转交变应力作用下,工作条件恶
劣。使用过程中弹簧截面应力是沿径向从中心向表面逐步增加的,表面所受应力最大,故而强度要求最高。而弹簧钢表面常常出现脱碳层,造成表面强度明显降低,容易产生裂纹,过早出现疲劳失效。故而弹簧钢表面脱碳层的控制具有重要意义。研究发现弹簧钢脱碳主要发生在加热和轧制两个过程中,加热温度、加热时间对钢坯脱碳影响比较明显,一般来说温度比时间影响更为显著,因此本文主要研究加热过程中温度对脱碳的影响[1]。
1 实验设计
(1)试样来源及表面处理:试验材料为55SiCrA 弹簧钢铸坯,
从铸坯上切取15*15*12(mm)金相试样若干,并采用不同目砂纸打磨试样的两个邻面,试样中0#为未打磨样品,1#为28目砂纸打磨后样品,2#为600目砂纸打磨后样品,3#为200目砂纸打磨后样品。本实验在750℃时共选择了0#,1#,2#,3#四种不同表面粗糙度的试样进行实验,850℃及之后的试样选取0#,1#两种粗糙度试样进行实验。分别进行不同工艺的热处理实验,从砂纸打磨面中间将试样切开,测量不同热处理温度及保温时间后试样截面的脱碳层厚度。以探寻热处理工艺与脱碳层的关系。
所有实验加热气氛均为空气气氛。
图1  热处理工艺曲线图
(2)热处理工艺:实验使用箱式电阻炉进行加热,保温温度
为750℃~1150℃,在低温段温度间隔区间为100℃,950℃之后温度间隔区间为50℃,保温时间分别为10min,30min,60min,
90min,120min。实验时先将电阻炉加热至实验温度,再将试样
放入炉内,开始保温计时,到达保温时间后,从炉内取出相应试样空冷至室温,未到时间的试样继续保温。电阻炉由室温升至实验温度的时间随实验温度升高大约需要0.5h ~1.5h 不等。热处理工艺曲线如下图1所示。
2 实验结果
(1)750℃实验结果。实验发现,加热温度为750℃,保温10min 时,几乎没有脱碳现象(图2),随着保温时间延长,脱碳层基本为全脱碳(图3),脱碳层厚度整体上呈逐渐增大的趋势,脱碳层厚度与试样表面粗糙度没有发现有明显的规律性关系(图4)
图2  在750℃下进行实验,
弹簧钢未出现脱碳图档案管理方法
电表集中器图3  将保温时间延长,弹簧钢出现全脱碳图
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完美分割
图4  750℃不同试样脱碳层厚度
(0#—未打磨;1#—28目砂纸打磨;2#—600目砂纸打磨;3#—200目砂纸
打磨)
(2)850℃实验结果。实验发现,加热温度为850℃时,随着
保温时间延长,脱碳层厚度明显增加,且保温时间在90min 以内时,均出现全脱碳与半脱碳现象(图5),当保温时间为120min 时,几乎没有全脱碳层(图6),全脱碳与半脱碳层厚度均呈增大趋势(图7),全部为半脱碳现象。脱碳层厚度与试样表面粗糙度没有发现有明显的规律性关系。
图5  保温时间在90min,弹簧钢出现全脱碳与半脱碳图
图6  保温时间为120min 时,弹簧钢没有出现全脱碳层图
二氧化碳保护焊
图7  850℃不同试样脱碳层厚度
(3)950℃实验结果。实验发现,加热温度为950℃时,
随着保温时间延长,脱碳层厚度明显增加,且保温时间从10min ~120min,主要都为半脱碳。经处理后的金相照片发现部分试样边缘有极薄的疑似全脱碳层区域,但经照片放大仔细辨认后该疑似全脱碳区基体组织仍为铁素体+珠光体组织,且晶粒均为等轴晶,并未出现全脱碳层典型的柱状晶区,因此可认定950℃保温时,试样均为半脱碳(图8)。并且脱碳层厚度与试样表面粗糙度没有发现有明显的规律性关系。
图8 温度为950℃保温时,弹簧钢出现半脱碳图
(4)1000℃实验结果。实验发现,加热温度为1000℃时,随保温时间的延长,脱碳层总体呈增加趋势。且除保温时间为10min 之外,其他试样均为全脱碳和半脱碳同时出现。全脱碳层与半脱碳层厚度
之间没有明显规律,脱碳层厚度与表面粗糙度也没有出现明显规律。(5)1050℃实验结果。实验发现,加热温度为1050℃时,保温时间从10min ~120min 时,脱碳层厚度随着保温时间的延长逐渐增加。(6)1100℃实验结果。保温温度在1100℃时,随保温时间延长,脱碳层的总厚度呈增加趋势。(7)1150℃实验结果。保温温度在1150℃时,随保温时间延长,脱碳层的总厚度呈增加趋势。(8)脱碳层厚度与加热温度关系趋势图见(图9、图10)。
图9  加热温度对总脱碳层厚度的影响
文件传输(28目砂纸打磨试样)
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图10  加热温度对总脱碳层厚度的影响
(未打磨试样)
3 实验结论
(1)55SiCr 弹簧钢在750℃~850℃保温时出现全脱碳,且随着保温时间延长,脱碳层厚度不断加深;850℃时,总脱碳层出现局部峰值,这与全脱碳层的快速增厚有关。(2)950℃以上时,试样以部分脱碳层为主;脱碳层厚度随保温时间延长和温度的升高而整体上呈增加趋势。(3)仅在1150℃时打磨处理的样品脱碳层厚度小于未打磨样品,其他温度下粗糙度与脱碳程度并无明显关系。
参考文献
[1]
南钢弹簧钢脱碳数值模拟和试验研究项目结题报告.北京科技大学,2018年4月:19-43.

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