65号钢热处理工艺设计 - 图文(2)

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3 选材及性能分析

3.1 弹簧钢选材原则

首先满足功能要求，其次是强度要求，最后才考虑经济性。

碳素弹簧钢是弹簧钢中用途广泛，用量最大的钢类。钢中含0.60%～0.90%的碳和0.3%～1.20%的锰，不再添加其它合金元素，使用成本相对较低。碳素弹簧钢丝经适当的加工或热处理，可以获得很高的抗拉强度，足够的韧性和良好的疲劳寿命。但碳素钢丝的淬透性低，抗松弛性能和耐蚀性能差，弹性模量的温度系数较大(高达300×10-6/℃)，适用于制造截面较小，工作温度较低(120℃>)的弹簧。

合金弹簧钢一般含0.45%～0.70%的碳和一定量的Si，Mn，Cr，V，W及B等合金元素。合金元素的加入改善弹簧钢的抗松弛性能，提高钢的韧性，同时显著提高钢的淬透性和使用温度，适用于制造较大截面，较高温度下使用的弹簧。

3.2 碳素弹簧钢钢丝标准

碳素弹簧钢丝现行国家和行业推荐标准分两种类型： 3.2.1 冷拉弹簧钢丝

一类是冷变形强化钢丝，又称冷拉弹簧钢丝。冷拉碳素弹簧钢丝首先经铅淬火处理获得索氏体组织，然后表面磷化，以很大减面率拉拔到成品尺寸，钢丝组织呈纤维状，有很高的抗拉强度和弹性极限，良好的弯曲和扭转性能。冷拉弹簧钢丝尺寸精度高，表面光洁，无氧化和脱碳缺陷，疲劳寿命比较稳定，是使用最广泛的弹簧钢丝。 3.2.2 油淬火回火钢丝

碳素弹簧钢丝的另一类型是马氏体强化钢丝，又称油淬火回火钢丝。碳素钢丝通过淬回火处理，可获得良好的综合力学性能，当钢丝规格较小时（υ≤2.0mm），油淬

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火回火钢丝的各项强度指标比索氏体化处理后冷拉钢丝要低。当钢丝规格较大时（υ≥6.0mm）索氏体化的钢丝不可能采用很大减面率来获得所要求的强度指标，而油淬火回火钢丝只要完全淬透就可以获得比冷拉钢丝更高的性能。在抗拉强度相同条件下，马氏体强化钢丝比冷变形强化钢丝具有更高的弹性极限。冷拉钢丝金相组织呈纤维状，各向异性明显，油淬火回火钢丝金相组织为均匀的回火马氏体，几乎是各向同性的。同时油淬火回火钢丝的抗松弛性能优于冷拉钢丝，使用温度（150～190℃）也高于冷拉钢丝（≤120℃）。近年来中大规格油淬火、回火钢丝大有取代冷拉钢丝趋势。

3.3 弹簧钢的牌号及性能特点

根据GB/T 13304《钢分类》标准，按照基本性能及使用特性，弹簧钢属于机械结构用钢；按照质量等级，属于特殊质量钢，即在生产过程中需要特别严格控制质量和性能的钢。按照我国习惯，弹簧钢属于特殊钢 ，制作弹簧钢的时候技术要求比较高，技术的过硬直接决定品质的高低。 3.3.1 性能要求

由于弹簧是在弹簧范围内工作，不允许产生永久变形。弹性好坏可用应变能或弹性比功（U）表示，根据应力应变曲线U?σ2eE或U??τ2G，根据工件的硬度要求，查

阅弹簧热处理工艺手册，可以得到牌号为65，85，55Si2Mn，55Si2MnB，55CrMn，60Si2Mn等都能符合要求[1]。 3.3.2 牌号及主要用途

进一步查阅手册，分析各种钢的主要用途。见表3-2。

表3-2 弹簧钢的性能特点与用途举例

牌号 65 性能特点 用途举例 经热处理或冷作硬化后具有应用广泛，多用于工作温度第 4 页

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较高硬度与弹性，冷变形苏不高、尺寸较小的弹簧，或醒地，淬透性不好，承受动不太重要的较大尺寸弹簧，载和疲劳载荷的能力低，一如汽车。拖拉机、铁道车辆般采用油淬，大截面部件采及一般机械用的弹簧等。 用水淬，油淬或正火处理。 85 具有很高的强度、硬度和去用于火车、汽车、拖拉机等伏笔，但淬透性差，耐热性变形弹簧，圆形螺旋弹簧及不好，承受动载荷疲劳载荷一般机械用弹簧等。 的能力差。 55Si2Mn 55Si2MnB 有较高的强度和弹性极用于高应力、高交表在和条限，较高的抗松弛能力，抗件下工作的较大尺寸的螺旋回火稳定性好，脱碳倾向弹簧、减震弹簧、碟形簧、大。 汽封簧，还用于250℃以下55Si2MnB因含硼，淬透性工作的耐热弹簧。 明显改善。 55CrMn 有较高的强韧性，淬透性用作重载荷、高应力条件下好，热加工性能、抗脱碳性工作的大型弹簧，如汽车、能亦好，过热敏感性比锰钢拖拉机、机车的大截面板低而比硅锰钢高，对回火脆簧，直径较大的螺旋弹簧性较敏感，焊接性差。 60Si2Mn 等。 由于硅含量高，其强度和弹用途很广，主要用在汽车，性极限均比55Si2Mn高，机车，拖拉机的减震板簧，抗回火稳定性好，淬透性不螺旋弹簧，气缸安全阀簧，高，易脱碳和石墨化。 止回阀簧，也用于制作承受交变载荷及高应力下工作的重要弹簧、抗磨损弹簧。 综合性能要求和经济性考虑，初选定65#钢为使用钢材，所用材料为轧制态的65#商品钢。

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3.3.3 65号钢的元素含量及临界温度

表3-3 65号钢元素含量及临界温度表 元素含量% C Si Mn Cr S ≤Cu ≤P ≤Ni ≤Ms 280 临界温度℃ Ac1 727 Ac2 752 0.62~0.70 0.17~0.37 0.50~0.80 ≤0.25 0.035 0.25 0.035 0.25 3.4 淬透性校核

淬透性：指钢在淬火时能够获得M的能力，它是钢材本身的一种属性。它主要与钢的过冷A的稳定性与临界淬火冷却速度有关。

表示方法：U曲线法，临界直径法和顶端淬火法。

我采用的是[1]根据淬透性曲线确定钢的临界淬透直径：借助于三个图①碳含量与半马氏体区硬度的关系图；②钢的淬透性曲线；③确定淬透性的线解图。

先根据65#钢的含碳量，得到其半马氏体硬度，然后通过65#钢的淬透性曲线得到其距水冷端距离，再通过圆棒直径及截面上的位置与端淬试样上至水冷短距离的关系得到65#钢的临界淬透半径。

表3-4 含碳量与力学性能

含碳量 0.62%~0.70%

硬度/HRC 距水冷端距离 6mm 临界半径 22mm 35~48 第 6 页

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65#钢的距水端距离由图3-1和图3-2确定，使用热处理手册[2]得到临界半径尺寸，由查阅热处理技术数据手册[3]得知，65#钢的有关参数如下表所示：

图3-1 硬度与至水冷端距离曲线 图3-2 马氏体含量与硬度曲线

表3-5 强度及力学性能

强度级别 II σb/Mpa 1000 硬度/HRC 35~48 推荐的回火温度/℃ 320~420 由上表可知，所选材料完全可以满足设计要求，所以选材是正确的。

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