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彈簧鋼脫碳研究
彈簧表面存在脫碳層,其存在嚴重影響彈簧的各項性能,特別是疲勞性能,致使彈簧失效加劇,目前對脫碳層的研究主要通過實驗進行定性分析,理論研究較少,特別是對脫碳層深度的數值計算,尚不能對熱處理后脫碳層深度進行預測。
彈簧廠主要對脫碳層深度數值計算模型、彈簧表面狀況工藝改進和脫碳層無損檢測方法進行了研究。依據原子擴散理論和菲克定律,通過碳原子在固體中擴散的機理分析,總結碳原子在固體中擴散的宏觀規律和微觀機制,借助非穩態半無限長物體的擴散的模型,以此為基礎推導出脫碳層深度數值計算模型,采用實驗和理論結合的方法對彈簧鋼60Si2MnA脫碳層深度計算結果進行驗證,實驗結果表明在加熱溫度800℃-1050℃之間,加熱時間90min內,實際結果和理論結果偏差小于10%。根據彈簧鋼熱處理工藝要求,研究現有彈簧鋼熱處理工藝,改進熱處理加工工藝,提出一次加熱采用中頻感應加熱工藝,二次加熱采用防氧化、脫碳熱處理工藝的改進方案,并用脫碳層計算模型進行預測計算,證明改進方案可行。
理論預測直徑36.2mm,60Si2MnA彈簧鋼在改進工藝后脫碳層降到0.05mm滿足符合鐵標要求。將改進方案推廣到其他型號彈簧鋼,在保證性能符合要求的情況下,結果表明脫碳層深度平均下降50%。依據物質守恒定律和金屬組織體積變化規律,對脫碳層深度和彈簧鋼件熱處理前后尺寸變化關系進行了研究,利用所得關系提出一種對彈簧鋼脫碳層深度進行無損檢測的方法,并從微觀組織變化角度進行了理論研究和通過彈簧鋼試樣熱處理實驗進行實驗驗證。結果表明,圓柱形彈簧鋼脫碳層由0.1mm增加到0.4mm,其直徑增加了0.0545mm。
