60Si2Mn彈簧鋼相變規律研究

羅 敏

（萍鄉萍鋼安源鋼鐵有限公司，江西 萍鄉 337000）

60Si2Mn彈簧鋼是一種工業機械設備基礎元件中重要的的制造材料，可以用于汽車制造、航空航天以及鐵路等眾多交通領域，并且60Si2Mn彈簧鋼的需求量遠比其它型號的彈簧鋼大[1]。在生產、制造60Si2Mn彈簧鋼的過程中，充分了解60Si2Mn彈簧鋼的相變情況可以更加快速的確定采用何種工藝流程,同時對于優化生產產品的質量具有更加重要的意義。為了對鋼材生產廠鋼材產品進行整體工藝上的集成和優化，進一步將鋼材市場打開，提高60Si2Mn彈簧鋼的生產品質[2]。鑒于此，通過實驗的方式研究60Si2Mn彈簧鋼的相變情況，最終得出規律。

1 資料與方法

1.1 實驗材料

選取某鋼材生產廠的60Si2Mn彈簧鋼作為實驗對象，60Si2Mn彈簧鋼中共包含8中不同的化學成分，表1為8中構成60Si2Mn彈簧鋼的成分占比。

表1 化學成分的占比

實驗中選擇的60Si2Mn彈簧鋼最終的加工長度為86.50mm，橫截面圓形半徑為3.5mm，整體成均勻的圓柱體結構。

1.2 實驗流程

采用熱模擬試驗機，通過測量60Si2Mn彈簧鋼材料熱循環過程的相變與外界施加壓力之間的關系，首先得到60Si2Mn彈簧鋼在靜止狀態下的應力范圍，并測定60Si2Mn彈簧鋼的靜止狀態下的彈性限度曲線[3]。對冷卻變化曲線研究，根據60Si2Mn彈簧鋼在工廠生產中的加工特點，確定測量方案為：在保證實驗環境處于真空狀態下，將60Si2Mn彈簧鋼試件以20°C/s的加熱速度加熱到1000°C，當試件中的層片狀奧氏體完全后，再將其運輸到潔凈區域軋制[4]。此時溫度應維持在1000°C，持續5min，讓式樣得到充分的奧氏體化，再將試件通過50N、100N、150N、200N、250N、300N、350N、400N、450N、500N不同的外力作用使試件產生應力相變。將完成上述操作的式樣切割處理，利用FUWF 600型號電子顯微鏡觀察橫截面變化[5]。同時，利用CW525-CJ243全自動電子顯微硬度計計算出式樣橫截面在不同外力施加狀態下的彈性相變量。

2 實驗結果

完成實驗，將實驗過程中產生的彈性相變量、應力大小等數據記錄，并繪制成如圖1所示的60Si2Mn彈簧鋼試件自身應力與外界施加壓力的曲線關系。

圖1 60Si2Mn鋼不同冷卻速度下的顯微組織

2.2 完成實驗

試件自身應力

圖2 試件自身應力與外界施加壓力曲線圖

完成實驗，將實驗過程中產生的彈性相變量、應力大小等數據記錄，并繪制成如圖2所示的60Si2Mn彈簧鋼試件自身應力與外界施加壓力的曲線關系。

由圖2可以看出，隨著60Si2Mn彈簧鋼試件受到的外界施加壓力增加，試件整體應力呈上升狀態，在Fd處應力消失。

3 實驗結論分析

根據實驗結果看出，試件自身的應力在第一階段Fh處于直線上升狀態，其上升斜率較大；在第二階段Fx也出現上升狀態，但斜率與第一階段相比明顯減小；在第三階段Fd虛線部分是由于外界施加壓力過大造成了試件出現了斷裂現象，試件斷裂處的應力消失。根據彈性限度計算公式計算出60Si2Mn彈簧鋼試件在不同狀態下的應力。公式為：

公式中，Ft表示為60Si2Mn彈簧鋼試件的彈性限度，r表示為試件橫截面半徑長度；l表示為試件最終加工長度；Fn表示為外界施加的壓力大小。通過上述公式可以計算出60Si2Mn彈簧鋼試件的彈性限度大小為273.8N。

通過實驗得出60Si2Mn彈簧鋼試件的相變規律為：當Fn＜Ft時，60Si2Mn彈簧鋼試件處于穩定的平衡狀態，即當施加的外界壓力撤消時，60Si2Mn彈簧鋼試件又恢復穩定狀態；當Fn=Ft時，60Si2Mn彈簧鋼試件處于形變狀態，即當施加的外界壓力與60Si2Mn彈簧鋼試件的彈性限度相同時，試件為了保持其平衡狀態，自身會發生形變；當Fn＞Ft時，60Si2Mn彈簧鋼試件的自身應力消失，即當施加的外界壓力超過60Si2Mn彈簧鋼試件自身彈性限度，由于試件無法承受此時的壓力，不僅會發生形變，還會造成試件被施加壓力位置斷裂。

4 結語

本文開展了對60Si2Mn彈簧鋼想變規律的研究，最終目的是為鋼材生產廠加工出更加高質量的60Si2Mn彈簧鋼方案設計提供幫助，從而達到整個生產流程技術與工藝的集成優化，進一步促進鋼材生產行業的發展。60Si2Mn彈簧鋼主要以圓柱體和球體為主，本文針對圓柱體60Si2Mn彈簧鋼進行了詳細的相變規律研究，在后續的研究中還將針對不同型號、規格的彈簧鋼進行更加深入的研究。