一种60Si2CrVA弹簧钢应力辅助回火的方法技术

本发明专利技术公开了一种60Si2CrVA弹簧钢应力辅助回火的方法，包括如下步骤：将60Si2CrVA弹簧钢加热至850℃并保温30分钟，然后油冷至室温进行淬火处理；对经过淬火处理的60Si2CrVA弹簧钢施加恒定应力，并在保载条件下使60Si2CrVA弹簧钢随炉升温到回火温度，保载保温一段时间，进行应力辅助回火处理；应力卸载，随后空冷至室温。本方法降低了60Si2CrVA弹簧钢的回火温度，由此抑制了α相和碳化物发生长大，从而达到了通过微观组织晶粒细化而实现强韧化设计的目的。相较于传统回火方法，本发明专利技术提供的方法可同时提高弹簧钢的强度和塑性。

A Stress-assisted Tempering Method for 60Si2CrVA Spring Steel

【技术实现步骤摘要】
一种60Si2CrVA弹簧钢应力辅助回火的方法
本专利技术涉及金属热处理领域，更具体地，涉及一种60Si2CrVA弹簧钢应力辅助回火的方法。
技术介绍
随着高铁、动车等先进动车组的相继问世，中国在快速轨道交通领域己跻身世界前列。提速运行引起复杂而剧烈的车体振动，对转向架减振弹簧提出了苛刻的要求。具有良好综合机械性能的60Si2CrVA弹簧钢材料在先进动车组减振弹簧中得到了成功的应用和长足的发展。随着轨道交通的快速发展，比如预研的600km/h超快高铁，车体在运行中的振动和冲击将变得更加复杂，对减振弹簧提出了更加苛刻的要求，迫切需求进一步提高60Si2CrVA马氏体钢的综合性能。根据GB/T1222-1984，60Si2CrVA钢的标准热处理制度为850℃奥氏体化处理+油淬+中温回火，得到回火屈氏体；其由板条状α相和弥散渗碳体相组成，主要的强化机制为晶粒细化强化，也被认为是第二相(α相)强化和弥散析出(碳化物)强化的综合作用。将油淬钢件进行中温回火的目的是减小或消除钢件内应力同时调整材料微观组织，显著改善其延性和塑性。根据金属学原理，考虑到60Si2CrVA钢马氏体中碳元素的过饱和程度及其扩散能力，为促进马氏体的分解和碳化物的析出、并得到良好的微观组织，将回火温度定在410℃。然而，这个较高的回火温度造成60Si2CrVA钢马氏体中α相和碳化物发生长大、且α相中淬火位错的动态回复而泯灭。这与微观组织晶粒细化强化的设计初衷相悖，会导致材料强度显著下降，比如断裂强度从2100MPa级减低到1800MPa级，屈服强度从1800MPa级降低到1600MPa级。因此，针对下一代快速轨道列车减震弹簧需求，研究并制定一种在较低温度下实现微观相组织调控、并实现材料强韧化设计的回火工艺是非常有必要的。
技术实现思路
本专利技术针对60Si2CrVA弹簧钢上述现有回火工艺对其性能的影响，提供了一种60Si2CrVA弹簧钢应力辅助回火的方法。与传统无应力保载—较高温度回火工艺不同，本方法对油淬60Si2CrVA弹簧钢施加了应力保载—较低温度回火工艺：首先，回火中保载应力与淬火内应力会发生耦合作用，引起后者快速释放；其次，施加应力可以显著提高马氏体中间隙固溶碳元素的化学势，即，提高碳元素的过饱和程度；另外，施加应力可以促进碳元素的定向扩散行为。因此，本专利技术使60Si2CrVA弹簧钢马氏体的分解和碳化物的析出在更低的温度发生，即，降低了60Si2CrVA弹簧钢的回火温度，由此抑制了α相和碳化物发生长大，从而达到通过微观组织晶粒细化而实现强韧化设计的目的。根据本专利技术的一方面，提供了一种60Si2CrVA弹簧钢应力辅助回火的方法，包括如下步骤：1)将60Si2CrVA弹簧钢加热至850℃并保温30分钟，然后油冷至室温进行淬火处理；2)对经过淬火处理的60Si2CrVA弹簧钢施加恒定应力，并在保载条件下使弹簧钢随炉升温到回火温度，保载保温一段时间，进行应力辅助回火处理；3)应力卸载，随后空冷至室温。在一些实施例中，所述恒定应力可以为200-350Mpa的压应力。在一些实施例中，所述恒定应力可以为200-350Mpa的拉应力。在一些实施例中，步骤2)中，回火温度可以为370±10℃。在一些实施例中，步骤2)中，保载保温时长可以为50-70min。特别地，应力辅助回火处理处理后的60Si2CrVA弹簧钢的断裂延伸率为10-15％，断口收缩率为30-40％。特别地，应力辅助回火处理处理后的60Si2CrVA弹簧钢的断裂强度为1900MPa级，屈服强度为1700MPa级。特别地，应力辅助回火处理处理后的60Si2CrVA弹簧钢具有细化的微观相组织。本专利技术的有益效果：1)由于本专利技术采用的回火工艺具有更短的处理时间和更低的回火温度，因而不仅有效抑制了α相和碳化物发生长大，达到通过微观组织晶粒细化而实现强韧化综合设计的目的，而且大幅度降低了生产成本，节省了能源消耗的费用，具有环境友好的特性。2)由于本专利技术处理的弹簧钢的微观组织为细化板条状α相—弥散渗碳体组织，因而其强度和塑性同时得到改善，断裂强度从1800MPa级提高到1900MPa级，屈服强度从1600MPa级提高到1700MPa级，断裂延伸率从8-10％提高到10-15％，断口收缩率从20-25％提高到30-40％。3)由于本专利技术处理的弹簧钢符合《铁路客车转向架用钢制螺旋弹簧暂行技术条件》(TJ/CL334-2013)、《机车车辆悬挂装置钢制螺旋弹簧》(TB/T2211-2010)等高速轨道列车标准，并具有更优异的强韧综合性能，因而具有应用在下一代快速轨道列车减震弹簧的潜力。4)由于本方法是在不进行合金化设计的前提下、仅利用应力辅助回火处理方式细化微观组织实现了强韧化综合设计，所以所制弹簧产品的表面耐蚀性能与相应的表面处理需求基本不变，因而大部分工艺环节可以移植传统工艺流程，实现快速的产业化推广与应用，具有显著的经济效益性。附图说明图1为本专利技术的应力辅助回火工艺的示意图。图2为本专利技术的60Si2CrVA油淬弹簧钢件在410℃下保载2小时的蠕变应变随保载应力的变化而变化的散点图。图3为本专利技术的60Si2CrVA油淬弹簧钢件在200MPa保载60分钟回火处理后的断裂强度、屈服强度、断裂延伸率和断口收缩率随回火温度的变化而变化的散点图。图4(a)和(b)分别为经传统410℃/90分钟中温回火处理后的60Si2CrVA弹簧钢的微观组织透射电镜明场图像和透射电镜选区衍射斑点图像。图5(a)和(b)分别为本专利技术的应力辅助回火处理后的60Si2CrVA弹簧钢的微观组织透射电镜明场图像和透射电镜选区衍射斑点图像。具体实施方式下面结合附图和实施例进一步描述本专利技术，应该理解，以下所述实施例旨在便于对本专利技术的理解，而对其不起任何限定作用。在本专利技术的应力辅助回火工艺中，如果保载应力选择过大，材料在回火过程中将发生一定程度的塑性变形，影响钢件尺寸的精确调控，同时，如果回火温度选择不合理，则无法实现微观组织的调控和强韧化综合设计。为确定以上两个关键技术参数，本专利技术进行了如下实验。首先针对保载应力的确定，本专利技术进行了60Si2CrVA钢油淬钢件的410℃蠕变实验，经测定，60Si2CrVA钢油淬钢件在410℃的屈服强度为900MPa级。根据金属学原理，材料在恒定温度和低于弹性极限的恒定载荷作用下发生缓慢的塑性变形称之为蠕变行为。以压应力为例，图2示出了60Si2CrVA钢油淬钢件在410℃下保载2小时的蠕变应变随保载应力的变化而变化的散点图，从图中可以看出，当应力小于400MPa时，材料不发生蠕变塑性形变。根据金属细晶材料力学行为的拉—压对称原则，因此，优选地，本专利技术的保载拉应力或压应力为200-350MPa。其次针对回火温度的确定，图3示出了60Si2CrVA钢油淬钢件在200MPa的保载应力下保载60分钟进行回火处理后的断裂强度、屈服强度、断裂延伸率和断口收缩率随回火温度的变化而变化的散点图。由图可知，随着回火温度的升高，材料的塑性逐步提高，同时伴随着强度的下降。这种“牺牲强度以改善塑性”的现象是马氏体钢回火工艺的共性，主要原因是温度升高导致了α相和碳化物发生长大、且α相中淬火位错的动态回复而泯灭。考虑到强韧化综合设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种60Si2CrVA弹簧钢应力辅助回火的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将60Si2CrVA弹簧钢加热至850℃并保温30分钟，然后油冷至室温进行淬火处理；2)对经过淬火处理的60Si2CrVA弹簧钢施加恒定应力，并在保载条件下使60Si2CrVA弹簧钢随炉升温到回火温度，保载保温一段时间，进行应力辅助回火处理；3)应力卸载，随后空冷至室温。

【技术特征摘要】
1.一种60Si2CrVA弹簧钢应力辅助回火的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将60Si2CrVA弹簧钢加热至850℃并保温30分钟，然后油冷至室温进行淬火处理；2)对经过淬火处理的60Si2CrVA弹簧钢施加恒定应力，并在保载条件下使60Si2CrVA弹簧钢随炉升温到回火温度，保载保温一段时间，进行应力辅助回火处理；3)应力卸载，随后空冷至室温。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述恒定应力为200-350Mpa的压应力。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述恒定应力为200-350Mpa的拉应力。4.根据权利要求1-3之一所述的方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：茹毅，于万欣，杜博暄，郭中耀，范启航，裴延玲，李树索，付永领，宫声凯，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11