60Si2Mn弹簧钢相变规律研究

罗 敏

（萍乡萍钢安源钢铁有限公司，江西 萍乡 337000）

60Si2Mn弹簧钢是一种工业机械设备基础元件中重要的的制造材料，可以用于汽车制造、航空航天以及铁路等众多交通领域，并且60Si2Mn弹簧钢的需求量远比其它型号的弹簧钢大[1]。在生产、制造60Si2Mn弹簧钢的过程中，充分了解60Si2Mn弹簧钢的相变情况可以更加快速的确定采用何种工艺流程,同时对于优化生产产品的质量具有更加重要的意义。为了对钢材生产厂钢材产品进行整体工艺上的集成和优化，进一步将钢材市场打开，提高60Si2Mn弹簧钢的生产品质[2]。鉴于此，通过实验的方式研究60Si2Mn弹簧钢的相变情况，最终得出规律。

1 资料与方法

1.1 实验材料

选取某钢材生产厂的60Si2Mn弹簧钢作为实验对象，60Si2Mn弹簧钢中共包含8中不同的化学成分，表1为8中构成60Si2Mn弹簧钢的成分占比。

表1 化学成分的占比

实验中选择的60Si2Mn弹簧钢最终的加工长度为86.50mm，横截面圆形半径为3.5mm，整体成均匀的圆柱体结构。

1.2 实验流程

采用热模拟试验机，通过测量60Si2Mn弹簧钢材料热循环过程的相变与外界施加压力之间的关系，首先得到60Si2Mn弹簧钢在静止状态下的应力范围，并测定60Si2Mn弹簧钢的静止状态下的弹性限度曲线[3]。对冷却变化曲线研究，根据60Si2Mn弹簧钢在工厂生产中的加工特点，确定测量方案为：在保证实验环境处于真空状态下，将60Si2Mn弹簧钢试件以20°C/s的加热速度加热到1000°C，当试件中的层片状奥氏体完全后，再将其运输到洁净区域轧制[4]。此时温度应维持在1000°C，持续5min，让式样得到充分的奥氏体化，再将试件通过50N、100N、150N、200N、250N、300N、350N、400N、450N、500N不同的外力作用使试件产生应力相变。将完成上述操作的式样切割处理，利用FUWF 600型号电子显微镜观察横截面变化[5]。同时，利用CW525-CJ243全自动电子显微硬度计计算出式样横截面在不同外力施加状态下的弹性相变量。

2 实验结果

完成实验，将实验过程中产生的弹性相变量、应力大小等数据记录，并绘制成如图1所示的60Si2Mn弹簧钢试件自身应力与外界施加压力的曲线关系。

图1 60Si2Mn钢不同冷却速度下的显微组织

2.2 完成实验

试件自身应力

图2 试件自身应力与外界施加压力曲线图

完成实验，将实验过程中产生的弹性相变量、应力大小等数据记录，并绘制成如图2所示的60Si2Mn弹簧钢试件自身应力与外界施加压力的曲线关系。

由图2可以看出，随着60Si2Mn弹簧钢试件受到的外界施加压力增加，试件整体应力呈上升状态，在Fd处应力消失。

3 实验结论分析

根据实验结果看出，试件自身的应力在第一阶段Fh处于直线上升状态，其上升斜率较大；在第二阶段Fx也出现上升状态，但斜率与第一阶段相比明显减小；在第三阶段Fd虚线部分是由于外界施加压力过大造成了试件出现了断裂现象，试件断裂处的应力消失。根据弹性限度计算公式计算出60Si2Mn弹簧钢试件在不同状态下的应力。公式为：

公式中，Ft表示为60Si2Mn弹簧钢试件的弹性限度，r表示为试件横截面半径长度；l表示为试件最终加工长度；Fn表示为外界施加的压力大小。通过上述公式可以计算出60Si2Mn弹簧钢试件的弹性限度大小为273.8N。

通过实验得出60Si2Mn弹簧钢试件的相变规律为：当Fn＜Ft时，60Si2Mn弹簧钢试件处于稳定的平衡状态，即当施加的外界压力撤消时，60Si2Mn弹簧钢试件又恢复稳定状态；当Fn=Ft时，60Si2Mn弹簧钢试件处于形变状态，即当施加的外界压力与60Si2Mn弹簧钢试件的弹性限度相同时，试件为了保持其平衡状态，自身会发生形变；当Fn＞Ft时，60Si2Mn弹簧钢试件的自身应力消失，即当施加的外界压力超过60Si2Mn弹簧钢试件自身弹性限度，由于试件无法承受此时的压力，不仅会发生形变，还会造成试件被施加压力位置断裂。

4 结语

本文开展了对60Si2Mn弹簧钢想变规律的研究，最终目的是为钢材生产厂加工出更加高质量的60Si2Mn弹簧钢方案设计提供帮助，从而达到整个生产流程技术与工艺的集成优化，进一步促进钢材生产行业的发展。60Si2Mn弹簧钢主要以圆柱体和球体为主，本文针对圆柱体60Si2Mn弹簧钢进行了详细的相变规律研究，在后续的研究中还将针对不同型号、规格的弹簧钢进行更加深入的研究。