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高强度大规格65mn弹簧钢防控表面脱碳的新方法

  高强度大规格65mn弹簧钢防控表面脱碳的新方法

  直径大于20mm棒材制作成的螺旋弹簧广泛用于铁路车辆、产业机械和工程机械。随着螺旋弹簧的反复压缩拉伸,弹簧的棒材承受着弯曲-弯曲回复的应力。应力的最大值都是出现在棒材表面,所以,螺旋弹簧棒材的表面状态对弹簧的疲劳强度有很大影响。疲劳试验后的螺旋弹簧断口的外观显示,螺旋弹簧断口的起点在弹簧内径侧的表面。

  在制作螺旋弹簧时,由于棒材直径大,弹簧的热成形,成形为螺旋弹簧后,直接进行淬火,使弹簧具有要求的强度。由于螺旋弹簧是在表面残留热处理脱碳的状态下使用,脱碳使弹簧的表面硬度减小,并由此引发疲劳强度的下降。因此,对于许多螺旋弹簧来说,抑制热成形—淬火脱碳是十分重要的问题。

  如何控制脱碳?目前采用的较为有效的措施为添加合金元素。一般是添加Sb、Sn抑制淬火脱碳。

  同样的化学成分,其中一个是添加Sb、Sn的钢(SbSn添加钢)、另一个是未添加Sb、Sn的钢(无SbSn钢)。无SbSn钢的表层C浓度约为0.2%、脱碳深度约0.3mm,而SbSn添加钢的表层碳浓度约为0.45%、脱碳深度约0.1mm。Sb、Sn抑制脱碳的作用得到确认,其原因是SbSn的添加使C的扩散系数变小、脱碳受到抑制。

  添加Sb、Sn的钢,喷丸后残余应力变大。为提高螺旋弹簧的疲劳特性,一般要对螺旋弹簧进行喷丸处理。但由于脱碳层的屈服强度显著下降,使喷丸处理赋予弹簧的残余应力显著变小。SbSn添加钢从表层到0.2mm深度范围内,最大主应力方向的压缩残余应力为―600MPa~―800MPa,而无SbSn钢的该值是―300MPa~ ―400MPa。SbSn添加钢的压缩残余应力比现行65mn弹簧钢约高出300MPa。其原因还是SbSn的添加抑制了脱碳。

  值得注意的是,合金元素对65mn弹簧钢的淬透性和其他主要特性有很大影响,因此,对实际弹簧钢来说,不能轻易改变这些元素的含量。添加微量元素可以对弹簧钢的其他特性进行抑制,因此,微量元素也可以用于其他各种钢材的特性控制,从而开发出高性能钢材以满足用户的需求。

  此技术可以有效解决,高强度大规格65mn弹簧钢使用不久发生断裂的问题。

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