65Si2MnWA弹簧钢的热处理工艺设计

攀枝花学院

学生课程设计（论文）

题目：65Si2MnW A弹簧钢的热处理工艺设计学生姓名：

学号：

所在院(系)：材料工程学院

专业： 20 XX级材料成型及控制工程班级：材料成型及控制工程一班

指导教师： X X 职称：讲师

2013年12月15日

攀枝花学院教务处制

攀枝花学院本科学生课程设计任务书

注：任务书由指导教师填写。

课程设计（论文）指导教师成绩评定表

摘要

本课设计了65Si2MnWA弹簧钢的热处理工艺设计。其主要的工艺过程包括锻造、预备热处理（去应力退火）、渗碳、油淬火+低温回火等过程。通过各种不同的工艺过程进行恰当的处理可以获得各种性能良好的材料并且满足各项性能的要求。65Si2MnWA弹簧钢是热轧弹簧钢中合金弹簧钢的一种，钢中含碳量增加能有效的提高冷变形强化或马氏体相变强化效果，获得较高的强度和弹性极限，这是碳素弹簧钢的主要优点。但是，碳素弹簧钢的淬透性小，抗应力松弛性能不够好、耐蚀性差和弹性模量温度系数较大，只能用于制造截面积较小、工作温度不高的弹簧。为了改善上述性能，在钢中加入Si、Mn、Cr、Ni、V、W、Nb及B等合金元素制成合金弹簧钢。

关键词：65Si2MnWA弹簧钢，去应力退火，淬火，低温回火

目录

摘要 (Ⅰ)

1、设计任务 (1)

1.1设计任务 (1)

1.2设计的技术要求 (1)

2、设计方案 (2)

2.1 65Si2MnWA弹簧钢设计的分析 (2)

2.1.1工作条件 (2)

2.1.2失效形式 (2)

2.1.3性能要求 (2)

2.2钢种材料 (3)

3、设计说明 (4)

3.1加工工艺流程 (4)

3.2具体热处理工艺 (4)

3.2.1预备热处理工艺 (5)

3.2.2机械加工 (5)

3.2.3渗碳工艺 (5)

3.2.4淬火+低温回火热处理工艺 (6)

4、质量检验项目 (7)

5、分析与讨论 (8)

6、结束语 (9)

7、热处理工艺卡片 (10)

参考文献 (11)

1 设计任务

1.1设计任务

65Si2MnWA弹簧钢的热处理工艺设计

1.2设计的技术要求

65Si2MnWA弹簧钢是一种低合金钢材料，由于它的含碳量高(在0.61-0.69%之间)所以，硬度比较高。同时其中含量Si（1.50-2.00%）、Mn （0.70-1.00%）、Cr（≤0.35%）、W（0.8-1.20%）。弹簧的服役条件是指它工作的环境（温度和介质）及应力状态等因素。工作温度可分为低温（室温一下）、室温、较高温度（120-350℃）、高温（400℃以上）几个档次。工作环境介质有空气（干空气和潮湿气）、水蒸气、雨水、燃烧产物、油及酸碱水溶液等。应当指出，工作持续时间也是一个值得考虑的重要因素。由于弹簧服役条件的复杂性和苛刻性，其失效形式有多种多样，主要有断裂失效和应力松弛（变形）失效两大类。在断裂失效中又可分为脆性断裂和塑性断裂，其中突发性的的脆性断裂的危害性最大。在断裂失效中又可分为脆性断裂、疲劳断裂、应力腐蚀断裂及腐蚀疲劳断裂。此外，还有氢脆、镉脆及黑脆等。

在对65Si2MnWA弹簧钢进行热处理时，即去应力退火，淬火和低温回火时应严格按照卡片所列出的时间进行保温以及其它操作的要求。

2 设计方案

2.1 65Si2MnWA弹簧钢设计的分析

2.1.1工作条件

由于是65Si2MnWA弹簧钢，因此其工作环境较为恶劣，要考虑弹簧的负荷特性。弹簧的负荷特性由弹簧变形时载荷与变形之间的关系表示。常见者有三类：直线型、渐增型、不重合型。弹簧载荷有动载荷（振动、扭转、弯曲等）和静载荷，有些重要弹簧承受复杂的交变载荷。应力状态是设计弹簧、选材及热处理的一个极其重要的参数。在外力作用下，弹簧材料内部往往产生不同的应力：如弯曲应力、扭转应力（切应力）或弯扭复合应力等。

2.1.2失效形式

主要失效形式为断裂失效和应力松弛（变形）。

断裂失效：疲劳断裂。弹簧在使用过程中，在腐蚀介质中工作的弹簧，其表层金属与腐蚀介质发生化学或电化学反应，弹簧表层逐渐被腐蚀，易造成腐蚀脆性断裂。特别是在交变应力作用下，材料的疲劳极限将显著降低，弹簧更易发生腐蚀疲劳断裂失效。疲劳断裂失效的严重危害性非常明显，故而非常被人们重视。

应力松弛（变形）。应力松弛（变形）是最为常见的失效现象，但却往往不被人关注。应力松弛是指弹簧或弹性元件在恒应变条件下的应力随工作时间的延续而减小的现象。也就是弹簧长期在室温或较高温度下工作、材料内部的微塑性变形逐渐转变为永久变形的必然结果。它是在服役时由于材料的弹性变形逐步向微塑形变形转变的结果。

2.1.3性能要求

弹簧质量好坏应包括弹簧材料、几何形状、尺寸精度和表面质量（美观）等，其中对弹簧材料的性能要求是重点。

①力学性能方面。由于弹簧是在弹性范围内工作，不允许出现永久变形。弹性好坏可用应变能或弹性比功表示，根据应力应变曲线可知，弹性应变能与材料的弹性极限的平方成正比，与弹性模量成反比。要求弹性应变能或比功较大，也就是要求弹性材料有良好的微塑性变形抗力，即弹性极限、屈服极限和屈强比要高，所以弹簧钢一般属于高强度或超高强度钢。弹簧材料的种类和热处理工艺对上述性能影响很大。相对而言，它们对钢材的弹性模量的影响较小。另一方面，许多重要弹簧是在交变载荷条件下长期工作，则要求弹簧有很高的疲劳强度，同

时要求有良好的抗应力松弛性能，减少永久变形，以便保证机电产品效率的正常发挥和仪表的工作灵敏性及可靠性。

②理化性能方面。弹簧的工况很复杂，有些弹簧是在较高或高温下长期工作的，因此要求弹性材料有良好的耐热性，即有高的蠕变极限、蠕变速率较小和较低的应力松弛率。相反，有些弹簧是在严寒地带工作，则要求材料有较高的低温冲击韧度、较低的脆性转化温度。以免发生冷脆。这方面的性能与弹簧材料的化学成分和组织状态有密切关系。

③工艺性能方面。对于要求淬火而其截面尺寸较大的弹簧，其钢材应有相应的淬透性、较小的过热敏感性和表面脱碳倾向小，才能保证弹簧表里组织和性能的均匀性。在冷、热成形时要求材料有足够的塑性和良好的弯曲、扭转及缠绕性能，以便保证或提高弹簧的制造质量。尺寸较小的弹簧热处理时变形大、难以校正和保证弹簧产品质量，宜选用已强化的弹簧材料，冷成形后不经淬火、回火，只须进行低温退火。这样更能保证大批量小弹簧的产品质量和成本低廉。

65Si2MnWA弹簧钢是一种低合金钢，其容许工作温度是350℃，强度、硬度较高，锻造、焊接和冷冲压性能良好，冷变形塑性高，通常用于制作极重要的和重载下工作的螺旋弹簧与板簧等等。

65Si2MnWA弹簧钢力学性能：抗拉强度σb (MPa)：≥1029，屈服强度σs (MPa)：≥1700，伸长率δ5/（%）：≥5，断面收缩率ψ/（%）：≥20。

2.2钢种材料

65Si2MnWA弹簧钢优质碳素结构钢的S，P杂质含量比普通碳素结构钢要低些，一般在0.035%（质量分数）以下。按碳含量由低到高可分为低碳钢，中碳钢和高碳钢；按锰含量不同可分为普通含锰量和较高含锰量两类。65Si2MnWA弹簧钢是一种中碳钢材料，它的延展性、可塑性都是比较好的，由于它的含碳量低(在0.61-0.69%之间)所以，硬度比较高。另外，由于65Si2MnWA弹簧钢的含碳量较高，对这样的材料制成的零件在进行热处理时其硬度容易达到一定的要求。