[发明专利]合金弹簧钢超细化马氏体热处理淬火强化工艺

说明书

技术领域

本发明涉及材料主要为65Si₂MnWA、60Si₂MnA、65Si₂CrVA、70Si₃MnA弹簧钢的热处理工艺强化方法，在同一种材质同一种形状规格的弹簧上，该发明可显著提高弹簧材料的抗拉伸强度和屈强比，提高弹簧的弹性。

背景技术

弹簧材料65Si₂MnWA、60Si₂MnA、65Si₂CrVA、70Si₃MnA钢的传统热处理强化工艺方法是：先将弹簧材料通过热处理加热炉(如箱式电炉、盐浴炉、真空炉等)加热至880℃±10℃保温一段时间后，弹簧油冷，然后弹簧回火400℃±20℃，保温90-120分钟，水冷(回火设备可以是井式回火炉、硝盐回火炉、真空回火炉等)。由于弹簧材料65Si₂MnWA在880℃奥氏体化时，随着奥氏体晶粒内的合金元素均匀化，奥氏体晶粒不可避免要发生长大，在随后的淬火油冷中，在奥氏体晶粒内形成片状马氏体，初生成的片状马氏体长度与奥氏体晶粒大小成正比，片状马氏体的大小是由奥氏体晶粒度大小所决定，通过一般热处理强化工艺方法对奥氏体晶粒度加以改善和细化，较为常见的热处理奥氏体晶粒细化工艺方法有二种：一种是原材料预先进行正火，称之为正火状态细化奥氏体晶粒。第二是控制并适当降低奥氏体化温度，以得到晶粒度细小的奥氏体晶粒。弹簧材料65Si₂MnWA、60Si₂MnA、65Si₂CrVA、70Si₃MnA按常规的热处理淬火工艺并经过回火后的弹簧，其抗拉伸强度、屈强比、弹性、疲劳强度、韧性和塑性一般固定在一个范围内，通过以上两种常规的奥氏体晶粒细化工艺方法对以上性能指标的提高有限，效果不是十分显著。

发明内容

为了通过超强细化奥氏体晶粒，进而提高弹簧材料的抗拉伸强度、屈强比、弹性、疲劳强度、韧性和塑性指标，本发明提供一种全新的合金弹簧材料超强细化马氏体热处理淬火强化工艺方法，该工艺方法是在弹簧材料奥氏体化后，奥氏体向马氏体转变前，某一等温温度段孕育生核生成的下贝氏体将奥氏体晶粒分隔成若干个奥氏体小区域，达到了细化奥氏体晶粒的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术工艺方案是：

将材料为65Si₂MnWA、60Si₂MnA、65Si₂CrVA、70Si₃MnA钢的成型弹簧通过热处理加热设备(如盐浴炉、箱式电阻炉、真空炉等)升温至880℃，根据弹簧截面积大小保温一定时间后，将弹簧淬入硝盐槽中，硝盐槽温度为280℃±10℃，弹簧在硝盐槽中保温60分钟至90分钟，保温结束后，又将弹簧转入水中冷却，冷却时间1-2分钟，然后，弹簧转入硝盐回火炉中(或井式电阻炉等)回火，回火温度280℃～300℃，回火保温时间为90分钟至120分钟。回火结束后弹簧水冷，冷却时间1-2分钟，整个热处理强化工序结束。

65Si₂MnWA、60Si₂MnA、65Si₂CrVA、70Si₃MnA钢普通传统的马氏体热处理淬火强化机理为：压缩弹簧材料加热淬火，经880℃奥氏体化后，金相上获得奥氏体组织，在保温过程中，碳原子和合金元素在奥氏体晶粒内扩散，使弹簧钢的奥氏体得到均匀化，以提高弹簧钢的淬透性和力学性能。保温结束。弹簧淬入32号机械油(或普通淬火油)中，进行快速冷却，在油中冷却5至10分钟后完成淬火，进入下一道工序——回火。弹簧在回火中，所获得的金相组织为回火屈氏体，参见图1A，该组织以针状铁素体为基体，并分布有弥散片状渗碳体的混合组织。其中片状渗碳体是中温回火弹簧钢中的主要强化相。弹簧零件中温回火后钢中内应力显著减少，因此，可使钢保持高的弹性极限，较高强度和高的疲劳极限以及足够的韧性。回火结束后进行水冷却，材料金相组织被固定下来。