汽车用弹簧钢热加工及热处理过程的组织与性能研究

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随着汽车的轻量化和高性能化,特别是货车向高速、重载方向发展,迫切要求提高汽车钢板弹簧的强度,并延长其疲劳寿命。本课题以50CrMnVA和50CrMnMoVA弹簧钢为研究对象,在充分了解两种钢的使用环境、成分体系、组织和力学性能要求等基础上,研究了两种钢在不同加热条件下的脱碳敏感性和连续冷却转变规律及50CrMnMoVA实验钢在不同变形条件下的再结晶行为,确定了两种钢的最佳热处理工艺制度,以改善两种钢的显微组织与力学性能,得出的主要结论如下:(1)在相同的加热和冷却制度下,50CrMnMoVA钢比50CrMnVA钢拥有更优良的抗脱碳性能。两种钢在700℃即发生脱碳现象,当加热温度达到1000℃时,50CrMnVA钢脱碳层深度出现峰值,随后,由于氧化速度大于脱碳速度,减缓了表面脱碳层的形成;而50CrMnMoVA钢脱碳层深度并未出现峰值,而是随温度的升高不断增加。随保温时间的延长,两种实验钢脱碳层深度均呈现线性增长趋势。随冷却速率的增加,脱碳层深度随之骤减,当冷速大于1℃/s时,两种钢均不出现全脱碳层。(2)通过对50CrMnMoVA钢的奥氏体动态再结晶行为的研究,获得了 50CrMnMoVA钢高温变形时的流变应力曲线,并研究分析了变形条件对动态再结晶行为和流变应力的影响,计算出热变形激活能Q=341.52 kJ/mol,从而确定了 Z参数。同时通过计算不同变形程度所对应的流变应力本构方程系数,建立了 50CrMnMoVA钢的修正后的变形抗力数学模型。通过lnθ-ε曲线分析法对不同的变形条件数据进行统计学分析,得到临界应变与Z参数之间的线性模型。(3)通过对50CrMnMoVA钢的奥氏体静态再结晶行为的研究,发现随着双道次变形温度的升高、道次间隔时间的延长、应变速率的增加,50CrMnMoVA钢的静态再结晶过程加速进行。当应变诱导析出发生时,静态再结晶过程被抑制,软化率曲线出现平台。通过理论计算得到了 50CrMnMoVA钢静态再结晶激活能为251.65 kJ/mol,并建立了50CrMnMoVA钢的静态再结晶动力学模型。(4)通过热膨胀法和金相法得到了两种实验钢的静态连续冷却转变规律。50CrMnMoVA钢的过冷奥氏体稳定性高于50CrMnVA钢,当冷却速率增加至2℃/s及以上时,两种钢组织主要为马氏体。(5)综合考虑强塑性最佳匹配,得到了两种钢的优化热处理工艺制度:50CrMnVA钢最佳热处理工艺为900℃/45min油淬火+400℃/120min回火,在该工艺下,其抗拉强度为1743 MPa,屈服强度为1560 MPa,延伸率为10.97%,断面收缩率为40.98%;50CrMnMoVA实验钢最佳热处理工艺为880℃/45min油淬火+400℃回火,在该工艺下,其抗拉强度为1729 MPa,屈服强度为1560 MPa,延伸率为11.63%,断面收缩率为47.02%。对比发现,两种钢热处理后的强度相差甚微,但50CrMnMoVA钢比50CrMnVA钢具有更好的塑性。最终研究表明,两种实验钢经过合理的热加工及热处理工艺,具有良好的综合力学性能,均能达到并超过预期性能指标。
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