1、本科毕业论文（20 届）60Si2Mn 弹簧钢热处理工艺及组织性能研究所在学院专业班级 材料成型及控制工程学生姓名指导教师完成日期诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 60Si2Mn 弹簧钢热处理工艺及组织性能研究 1课题意义及目标 学生应通过本次毕业设计，运用所学过的金属学及热处理等专业知识，了解60Si2Mn 钢的概况；熟悉 60Si2Mn 钢的热处理工艺方法；认识 60Si2Mn 热处理前后金相组织；找出热处理对 60Si2Mn 钢组织和力学性能的影响规
2、律，为优化热处理工艺提高零件质量提供一定的理论依据。2主要任务（1）制定 60Si2Mn 钢热处理工艺，进行热处理实验。（2）制备金相试样，观察分析 60Si2Mn 钢热处理前后的显微组织。（3）测定 60Si2Mn 钢热处理前后力学性能，包括拉伸性能、硬度、冲击韧性等。（4）分析热处理工艺、组织结构与力学性能之间的关系。(5）撰写毕业论文。结构完整，层次分明，语言顺畅；避免错别字和错误标点符号；格式符合太原工业学院学位论文格式的统一要求。3主要参考资料1 杨凌平. 60Si2Mn 的应用及热处理 J. 模具工程，2005，（6）：1-5.2 程尔泽. 60Si2Mn 弹簧钢热处理工艺与性能的
3、关系J. 理化检验-物理分册，1997 ，33（3）：24-30. 3 金宝安，杨霄，朱国辉，等. 60Si2Mn 弹簧钢碳化物快速球化工艺研究 J. 安徽工业大学学报，2011，28（1）：16-18. 4 崔忠圻，覃耀春.金属学与热处理M. 北京，机械工业出版社，2007：230-308.4进度安排设计各阶段名称 起 止 日 期1 查阅文献，了解研究目的意义，制定实验方案 3 月 3 日3 月 23 日2 完成热处理实验 3 月 24 日4 月 13 日3 完成试样制备及显微组织观察 4 月 14 日5 月 4 日4 完成力学性能测定及实验结果分析 5 月 5 日6 月 1 日5 完成撰写
4、及答辩工作 6 月 2 日6 月 22 日审核人： 年 月 日I60Si2Mn 弹簧钢热处理工艺及组织性能研究摘要:通过对同 60Si2Mn 弹簧钢进行不同的热处理，测定强度、硬度、塑韧性的变化情况，对比真空条件和普通条件下热处理结果分析我们可以得到，真空条件下的热处理可以有效的改善硅锰钢容易脱碳的缺陷，真空球化热处理后，材料的硬度比普通热处理高。不同条件下进行热处理的结果表明：对 60Si2Mn 弹簧钢进行球化退火+870淬火（油淬）+350中温回火的热处理，60Si2Mn 的综合力学性能是最好的，在现有条件下是一种理想的热处理工艺。关键词：60Si2Mn 弹簧钢，热处理，力学性能Heat
5、treatment process and structure property research of 60Si2Mn spring steel Abstract：60Si2Mn spring steel with different heat treatments and test the change of strength 、 hardness 、 plasticity and toughness . we can get the result that the heat trement under acuum conditiovn can defects decarburizatio
6、n of silicon manganese steel by comparing to acuum conditiovn and normal condition heat treatment . materials hardness is higher than the ordinary heat treatment after spheroidizing under vacuum heat treatment. the results of different heat treatments show that the 60Si2Mn spring steels comprehensiv
7、e mechanical property is the best with spheroidizing annealing ，quenching under 870 in oil and tempering under 350. Under. It is a kind of ideal heat treatment process in present conditions .Keywords: 60Si2Mn spring steel , Heat treatment , Mechanical propertyII目录1 绪论 .11.1 研究 60Si2Mn 弹簧钢的目的和意义 .11.
8、2 60Si2Mn 弹簧钢国内外研究进展 .11.3 60Si2Mn 弹簧钢热处理研究的内容 .21.3.1 弹簧钢的定义 .21.3.2 弹簧的服役条件 .31.3.3 常见弹簧钢的化学成分特点 .31.3.4 常见弹簧钢的分类 .42 热处理过程 .62.1 热处理 .62.1.1 热处理的定义 .62.1.2 热处理的作用 .62.1.3 热处理的条件 .72.1.4 弹簧钢的热处理方法 .72.2 常用热处理工艺的概念及目的 .82.2.1 退火 .82.2.2 正火 .82.2.3 淬火 .92.2.4 回火 .92.3 热处理工艺的制定 .92.3.1 热处理过程 .122.4 热
9、处理前后显微组织观察 .152.4.1 金相试样的制备 .152.4.2 各热处理条件下的金相组织 .172.5 热处理后的力学性能 .242.5.1 硬度的测定 .242.5.2 冲击韧性的测定 .25III2.5.3 拉伸实验 .263 实验结果与分析 .283.1 热处理实验结果 .283.2 热处理实验结果的分析 .304 结论 .31参考文献 .31致 谢 .3211 绪论1.1 研究60Si2Mn 弹簧钢的目的和意义新中国成立以来，我国在各个方面取得了重大突破，一九七八年拉开的改革序幕，将我国与世界紧密的联系在了一起。随着改革的深入，我国在政治、文化经济等各领域取得了举世瞩目的成绩
10、，尤其是我国的经济，经过三十多年的发展，人们的生活水平得到显著地提高，汽车成为了人们生活中必不可少的交通工具，我国是汽车产销大国，弹簧作为汽车的零部件具有非常重要的作用。弹簧的用途非常广泛，是工业生产中 必不可少的机械零件，无论是飞机、火车等庞然大物，还是非常精密的仪表都离不开它，当受到外力冲击时，弹簧发生形变吸收能量达到缓冲的目的，这就要求做弹簧的材料具有高的弹性极限。实际工作过程中弹簧一般要经受反复的冲击，是在交变应力条件下工作的，这样的工作条件就决定了弹簧必须具有高的疲劳极限和抗拉强度。生活当中，我们有多种形式的弹簧，最常见的螺旋弹簧，板簧、碟簧以及各种弹性零件，他们形状各异，为了便于制
11、造，弹簧钢必须具有良好的塑性。1.2 60Si2Mn 弹簧钢国内外研究进展在工艺生产上要求弹簧钢有良好的淬透性、不易脱碳、表面质量好等。制造弹簧钢所用主要材料是 60Si2Mn1 。60Si2Mn 弹簧钢属于合金钢，Si、Mn 是主要的合金元素。硅锰加入钢中能够显著强化铁素体 2。Si 元素在钢中能显著的提高钢的强硬度、疲劳强度和屈服强度，但加入较多的硅会造成脱碳倾向和石墨化，热处理时必须注意。Mn 元素能改善钢的淬透性和增强耐磨性，除此之外经适当的加工和热处理后，可提高弹性极限，使屈服比近似于 1，60Si2Mn 弹簧钢具有很好的综合力学性能，故一般直径稍大的弹簧多用硅锰钢制造。硅锰元素在自
12、然界中广泛存在，60Si2Mn 钢价格较为低廉，是一种应用比较广泛的弹簧钢。60Si2Mn 作为重要的工业原料有非常广泛的用途，但是它在热处理时会出现一2些问题，大量的科研工作者通过大量的实验给出了他们的解决方法。当尺寸规格为25mm 时不能按照常规的方法进行热处理，否则会造成严重的淬火裂纹缺陷 3。其他尺寸可以按常规的热处理方法进行而在实际生产中。为了解决这一问题，耿志江等人给出了分级淬火，形变热处理等方法 4。该方法能有效提高 60Si2Mn 弹簧钢的强韧性和使用寿命。马鸣图等人通过实验得知，一定形变量的高温热处理 5。同样能使 60Si2Mn 的综合力学性能得到显著的提高。王月祥等人通过
13、金相检验，宏观及微观端口分析等方法得出:造成材料力学性能检验不合格的原因之一是材料内部的氢扩散不出去 6，造成偏析缺陷。目前我国研制成功一批无铬新弹簧钢，钢中加入少量的钼、微量的硼可以提高钢的淬透性，加入铌和钒可以细化晶粒从而提高韧性，为了降低脱碳敏感性，需要适当的降低硅的含量。 1.3 60Si2Mn 弹簧钢热处理研究的内容常见的金属材料组成元素不同，力学性能不同，即使组成元素相同，但各元素不同亦会造成力学性能的不同。在实际生产当中，有的材料在加工的过程当中需要提高强度硬度，有的需要降低，有的机械零件要求表具有高的强硬度，内部具有良好的塑韧性。大多数的金属材料需要经过热处理调整自身的力学性能
14、才能满足实际的要求，对金属进行合适的热处理可以充分挖掘材料潜在的能力，在不需要开发新材料、节约开销的情况下保证零件的强度、硬度，韧性，满足生产要求。热处理是将金属材料加热到合适的温度，然后保温一定的时间后，以适当的方式冷却的一种工艺 。根据材料的特点正确选择热处理工艺参数是保证热处理工艺顺利进行，从而获得所需力学性能的前提条件，合适的热处理可以化腐朽为神奇。1.3.1 弹簧钢的定义弹簧钢是用于制造各种弹簧或减震元件的材料 7。弹簧钢经过合适温度的淬火+合适温度的中温回火后具有高弹性极限，疲劳极限强度和接近于 1 的屈强比，常用来做螺旋弹簧，板簧，碟簧及各种弹性元件如弹簧垫，弹性挡圈等。31.3
15、.2 弹簧的服役条件弹簧是非常重要的机械零件，应用广泛，弹簧主要在动载荷条件下工作，当遇到周期变化的循环载荷或者遇到冲击、振动时能够起到缓冲、减震、储存能量，从而使机械设备平稳的工作，同时保证机械零件不因强烈冲击而突然断裂造成严重的事故弹簧除了上述作用外。由于弹簧实现机械动作的反复运动，比如内燃机中使用到的气阀弹簧，就是利用弹簧的这个功能。燃料燃烧产生的高压达到气阀的设定值，气阀打开，气体排出，压力减低，气阀借助弹簧的弹力复位 8。从上述工作情况我们不难得出要使弹簧平稳高效的工作，弹簧能够吸收大量变形功而不发生塑性变形，即弹性比功要大，弹性比功=e/2E,从公式中我们可以得出：提高弹性极限和降
16、低材料的弹性模量都可以提高弹性比功，但是，提高弹性极限是提高弹性比功最实际、最有效的办法。工作中板簧和螺旋弹簧分别承受着交变应力和扭转应力，反复的应力作用会使得弹簧发生疲劳失效，这就要求他必须具有高的疲劳强度。弹簧在冲击载荷条件下工作，这就决定了他还必须具有一定的冲击韧性。1.3.3 常见弹簧钢的化学成分特点弹簧钢的组分要以满足各项性能为目的，常见弹簧钢的成分见表 1-1。C 元素是保证弹簧钢获得高强度的基本元素，在通常情况下，合金钢的含碳量一般在0.50.75，碳钢的含碳量为 0.600.9，弹簧钢要求含碳量适中，碳含量太高，硬度大，塑韧性下降，不利于加工成型，同时也因缺口敏感性增大而降低了工作时的安全可靠性，含碳量太低又会造成强度下降。合金元素的加入主要是为了提高钢的弹性极限，提高钢的淬透性从而获得良好工艺性能，在钢中加入的元素常见的有Mn、Si、Cr、V、Mo、等。其中 Si、Mn 是强化铁素体的元素，可以提高钢的屈服强度，Si、Mn、Cr 都能提高钢的淬透性，淬透横截面较大额零件，使其具有良好的机械性能，除了提高淬透性，Mo、Wu 还能提高弹簧钢的回火稳定性和提高屈服强度。
