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弹簧钢脱碳研究


弹簧表面存在脱碳层,其存在严重影响弹簧的各项性能,特别是疲劳性能,致使弹簧失效加剧,目前对脱碳层的研究主要通过实验进行定性分析,理论研究较少,特别是对脱碳层深度的数值计算,尚不能对热处理后脱碳层深度进行预测。
弹簧厂主要对脱碳层深度数值计算模型、弹簧表面状况工艺改进和脱碳层无损检测方法进行了研究。依据原子扩散理论和菲克定律,通过碳原子在固体中扩散的机理分析,总结碳原子在固体中扩散的宏观规律和微观机制,借助非稳态半无限长物体的扩散的模型,以此为基础推导出脱碳层深度数值计算模型,采用实验和理论结合的方法对弹簧钢60Si2MnA脱碳层深度计算结果进行验证,实验结果表明在加热温度800℃-1050℃之间,加热时间90min内,实际结果和理论结果偏差小于10%。根据弹簧钢热处理工艺要求,研究现有弹簧钢热处理工艺,改进热处理加工工艺,提出一次加热采用中频感应加热工艺,二次加热采用防氧化、脱碳热处理工艺的改进方案,并用脱碳层计算模型进行预测计算,证明改进方案可行。

理论预测直径36.2mm,60Si2MnA弹簧钢在改进工艺后脱碳层降到0.05mm满足符合铁标要求。将改进方案推广到其他型号弹簧钢,在保证性能符合要求的情况下,结果表明脱碳层深度平均下降50%。依据物质守恒定律和金属组织体积变化规律,对脱碳层深度和弹簧钢件热处理前后尺寸变化关系进行了研究,利用所得关系提出一种对弹簧钢脱碳层深度进行无损检测的方法,并从微观组织变化角度进行了理论研究和通过弹簧钢试样热处理实验进行实验验证。结果表明,圆柱形弹簧钢脱碳层由0.1mm增加到0.4mm,其直径增加了0.0545mm。

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