加热温度对60#弹簧钢表面脱碳影响规律的实验研究.pdf
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1、弹簧钢在热加工过程中容易发生脱碳现象,使得弹簧钢表面形成一层脱碳层,降低弹簧钢产品的疲劳性能和使用寿命,严重影响相关产品的质量。根据钢材脱碳规律及主要影响因素设计了脱碳试验平台,制定了加热温度对脱碳过程影响的实验方案,针对6 0#弹簧钢在不同加热温度下的脱碳实验结果进行了分析总结。结果表明,弹簧钢加热温度在7 0 0-110 0 时均会发生脱碳过程,但在不同温度下弹簧钢的脱碳类型不同,在8 50 以下时为全脱碳层,当加热温度超过8 50 后开始发展为半脱碳层,9 50 以后脱碳层基本都为部分脱碳层。实验过程随着弹簧钢加热温度的升高,C原子扩散系数增大,扩散速率加快,钢坏总脱碳层厚度随着加热温度
2、的增加而增大,其脱碳层深度的增长速率随温度升高而增加,与加热温度大致成指数关系。关键词:弹簧钢;脱碳;加热温度中图分类号:TF704.5Experimental Study on Effect of Heating Temperature on Surface Decarburization of 6O#Spring Steel2.School of Energy and Environmental engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China)Abstract:The spring
3、steel is prone to decarburization during Hot working,which forms a decarburization layer on the surface of spring steel,reduces the fatigue performance and service life of spring steel products,and seriously affects the quality of related products.designs a decar-burization test plaform based on the
4、 decarburization laws and main influencing factors of steel is designed,and an experimental plan for the in-fluence of heating temperature on the decarburization process is developed.The decarburization experimental results of 60#spring steel at dif-ferent heating temperatures are analyzed and summa
5、rized.The results show that decarburization occurs in spring steel at heating temperaturesranging from 700 to 1 100 C,but the decarburization types of spring steel vary at different temperatures.Below 850 C,it is a fully decar-burized layer,and when the heating temperature exceeds 850 ,i t b e g i n
6、 s t o d e v e l o p i n t o a s e mi d e c a r b u r i z e d l a y e r.A f t e r 9 50 ,t h e d e c a r-burization layer is basically a partially decarburized layer.As the heating temperature of the spring steel increases,the diffusion coefficient ofC atoms increases and the diffusion rate accelerat
7、es.The total decarburization layer thickness of the steel billet increases with the increase ofheating temperature,and the growth rate of the decarburization layer depth increases with the increase of temperature,which is roughly expo-nential with the heating temperature.Key Words:spring steel;decar
8、burization;heating temperature弹簧在使用过程中要经历高周次的交变载荷,因此对疲劳性能要求特别高。弹簧的疲劳性能除取决于材料本身的疲劳性能外,还取决于弹簧的表面状态。制造弹簧通常是在加热条件下加工成形,随后进行淬火及回火处理。弹簧的加工成形以及淬火处理往往在加热炉中进行,炉内气氛和钢材表面所存在的碳势差收稿日期:2 0 2 2-0 7-15基金项目:国家重点研发计划“冶金、化工炉窑及系统节能减排关键技术 资助(2 0 18 YFB0605900)作者简介:蒋国强(19 6 9 一),男,首席工程师,主要从事轧钢加热炉和热处理炉热工工艺开发工作:文献标志码:AJIAN
9、G Guoqiang,MO Jiehui,SUN Yingjun,SU Fuyong”(1.Baowu Jiefuyi Special Steel Co.Ltd.,Shaoguan 512123,China;文章编号:10 0 2-16 39(2 0 2 3)0 6-0 0 0 1-0 4会导致弹簧钢表面发生脱碳现象1-4。而弹簧钢表面脱碳将严重损害弹簧的疲劳性能,特别是表面出现铁素体的全脱碳时,弹簧钢的疲劳极限可降低50%。而且全脱碳层与部分脱碳层之间的过渡区在交变应力作用下容易产生微裂纹,引起弹簧的失效或断裂。从本质上看,脱碳实际上是碳原子在钢材内部扩散的结果,加热温度影响了碳原子的扩散速
10、度,从而对脱碳层的厚度产量了影响5-8 。研究结果表明,加热温度一定时,钢材脱碳层深度随着保温时间的增加而增加9-1氧化速度小于脱碳速度时,脱碳层深度随着加热温度的增加而增加12 。这是由于保温时间一定时,碳原子的扩散系数随着温度的增加而增加;温度一定时,随着工業加熟.2.INDUSTRIALHEATING保温时间的增加,碳原子向外扩散与炉气反应越多。本文针对6 0#弹簧钢在不同加热温度下的脱碳现象进行研究,得到了加热温度对6 0#弹簧钢脱碳层的厚度影响规律,为优化弹簧钢的加热工艺奠定了一定的基础。1实验装置及实验方案本文搭建了弹簧钢脱碳实验平台,实验过程中通组分浓度设置电脑及监控信号钢坏温精
11、密多组分加热度信号配气系统程序设置信号N2双柱塞泵高压气瓶去离子水2实验材料的选取和试样加工本文所使用的实验材料为某厂生产的规格为直径30mm的6 0#弹簧钢棒材。首先利用线切割将原材料切成大小为10 mm10mm15mm的小长方体,然后材料w(C)60#0.6283实验方案本实验以温度对6 0#弹簧钢脱碳的影响作为研究目的,分析不同温度热处理后试样的脱碳情况。加热气氛采用含有1%H,0(g)的氮气,实验过程中氮气流速为9.9 L/min,水蒸气含量通过双柱塞泵控制。保温时间恒定为40 min,加热温度分别为:7 0 0、7 50、8 0 0、850、9 0 0、9 50、10 0 0、10
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