60Si2CrVAT彈簧鋼表面完整性及組織控制對疲勞性能的影響.pdf

1、高速列車轉(zhuǎn)向架彈簧在工作中承受較大的動載荷和沖擊載荷，是決定安全運(yùn)行的關(guān)鍵件之一。然而國內(nèi)關(guān)鍵零部件普遍存在壽命短、可靠性差等主要問題，為此本文通過控制60Si2CrVAT彈簧鋼顯微組織和采用不同表面強(qiáng)化來研究顯微組織及表面完整性對疲勞性能的影響規(guī)律。參照彈簧熱卷制過程，利用DIL805A/T熱模擬機(jī)研究了彈簧鋼高溫拉伸變形行為；通過控制淬火冷卻速率得到不同組織，并進(jìn)行疲勞試驗(yàn)；采用車削、磨削、噴丸和超聲滾壓對兩種組織試樣進(jìn)行表面處理，

2、對比疲勞性能；使用OM、SEM、X射線應(yīng)力儀、TEM和EBSD等方法研究顯微組織和表面完整性對疲勞性能影響的機(jī)理，由此建立、完善抗疲勞制造技術(shù)在彈簧中的應(yīng)用，進(jìn)而優(yōu)化彈簧生產(chǎn)工藝，為今后彈簧生產(chǎn)提供理論依據(jù)及技術(shù)指導(dǎo)。得到以下主要結(jié)論：
　　1.彈簧鋼高溫拉伸曲線表現(xiàn)出典型的動態(tài)再結(jié)晶特征，建立了動態(tài)再結(jié)晶方程，最終得到彈簧熱卷制工藝參數(shù)為變形溫度950~1000℃，應(yīng)變速率為0.01~1s-1；建立了包含應(yīng)力σ、應(yīng)變速率??、變

3、形溫度T和變形量ε的熱變形本構(gòu)方程；由熱加工圖可知，失穩(wěn)區(qū)易發(fā)生在高應(yīng)變速率區(qū)。
　　2.彈簧鋼經(jīng)13％PAG淬火疲勞極限(781.5MPa)比油淬高(714.0MPa)的原因是：PAG淬火試樣組織中分布更多的納米孿晶；馬氏體板條塊和板條更加細(xì)化，碳化物呈均勻細(xì)小彌散分布，而油淬火碳化物較粗大的沿馬氏體板條界和原奧氏體晶界分布，且油淬火試樣小于PAG淬火試樣。
　　3. PAG淬火噴丸提高了疲勞壽命，滾壓后壽命降低；而油淬火

4、噴丸和滾壓都較明顯提高了疲勞壽命。油淬火試樣疲勞極限為714MPa，噴丸后疲勞極限提升到771MPa；PAG淬火疲勞極限為782 MPa，噴丸后疲勞極限為812MPa。疲勞斷口呈魚眼狀形貌，噴丸和滾壓將疲勞源推向試樣內(nèi)部，特別是油淬火滾壓樣疲勞源接近試樣中心，斷口成臺階狀，而PAG淬火滾壓斷口非常平整。
　　4.所有狀態(tài)表面均為殘余壓應(yīng)力，滾壓超過1000MPa，PAG淬火殘余應(yīng)力高于油淬。最大殘余應(yīng)力位于次表層約80μm處，殘余

5、應(yīng)力隨深度增加增大到最大壓應(yīng)力后開始緩慢降低直至為零，噴丸殘余應(yīng)力深度約為300μm，滾壓為700μm左右。噴丸和滾壓試樣表層組織得到細(xì)化，出現(xiàn)明顯的變形層，噴丸變形層厚度約為140μm、滾壓為280μm左右。表層組織呈現(xiàn)由表面到心部逐漸粗化的梯度分布形式，滾壓表層組織難以分辨，細(xì)化程度和層深明顯大于噴丸。
　　5.油淬火噴丸、滾壓和 PAG淬火噴丸疲勞性能的提高主要得益于表層殘余壓應(yīng)力、表層強(qiáng)化，以及梯度組織的形成。而PAG淬火