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關於65Mn彈簧材料的調查與分析

文章出處:www.shibosport.com責任編輯:AG手机亚游彈簧人氣:68發表時間:2016-09-05 11:25
深圳彈簧廠為您介紹材料65Mn的調查與分析
65Mn鋼具有較高的硬度,淬透性好,脫碳傾向少,價格低廉,切削性好等優點,但它有過熱敏感性,易產生淬火裂紋,並有回火脆性,65Mn鋼用途廣泛,主要生產成鋼絲,鋼帶、用於製造各種截麵較少的扁,圓彈簧,板簧和彈簧片等。65Mn鋼在汽車業,電子業,火車等交通運輸工具用量很大。它可製造圓鋸片,用以高速切削各類型鋼,鋼管和鋼筋。 
關鍵詞:65Mn 焊接 防腐 熱處理 
第一章 此種材料的牌號,成分,組織,熱處理,性能,用途介紹 
1.1 材料牌號:65Mn 美國ASTM:1566,SEA:1566(1066) 前蘇聯ГОСТ:65Г 
1.2 材料的化學成分 見表1-1 [1] 
65Mn的化學成分 
1.3 材料的組織 [2] 
1.3.1 相變溫度 見表1-2 
1.3.2 時間-溫度計-組織轉變曲線 見圖1-3 
圖1-3 65Mn鋼的等溫轉變曲線 
(用鋼成分為C=0.64%,Mn=0.92%,Si=0.18%,S=0.005%,P=0.017%。晶體度為4 ~8級。奧氏體化溫度為830℃) 
1.3.3合金組織結構: 
65Mn鋼一般是在淬火回火後使用,約450℃以下回火時為回火馬氏體,450℃以上回火時是回火索氏體. 
1.4 熱處理工藝: 
1.4.1 表麵處理工藝:采用表麵噴砂處理。65mn鋼圓鋸片預先進行齒部碳氮共滲,以增加碳氮含量,然後再進行常規熱處理,以提高齒部的回火穩定行,從而增加齒部硬度和耐磨性,提高圓鋸片的使用壽命。 
1.4.2熱處理工藝參數 見表1-4 
名稱 退火 正火 調溫回火 淬火 回火 消除應力回火(冷拉彈簧鋼絲) 
加熱溫度/℃ 810 810 680~700 810360~570 250~360 
冷卻方試 爐冷 空冷 空冷 油/水泠 空冷 空冷 
表4-1 
1.5 材料的性能 
1.5.1力學性能 [3] 
1.5.2密度 ρ=7.81克/立方厘米 
1.5.3 工藝性能 
焊接性能:差 
1.6 該材料的用途:該鋼可以冷軋成鋼板、鋼帶和鋼絲,製作彈簧。65Mn也可以製作成如鉗工的鑿子、劃針等工具。65Mn鋼可製作一般截麵尺寸為8~15mm左右的小型彈簧如各種小尺寸扁、圓彈簧,底墊彈簧、彈簧發條,也適於製作彈簧環、氣門簧、離合器簧片、刹車彈簧等。65Mnj是製作各種板彈簧,絲彈簧的材料之一,汽車、電車、火車等交通運輸工具用量很大;在儀表、家具,乃至兒童玩具等製造中也得到廣泛應用。 
1。7 Mn的影響: 
一般認為錳的鋼中是一種有益的元素。在65Mn中,錳大部分溶於鐵素體中,形成置換固溶體,並使鐵素體強化,一部分錳也溶於Fe3C中,形成合金滲碳體,錳還能增加珠光體相對量,並使它變細,從而提高鋼彈簧的強度。錳能與S化合成為MnS,以減輕S的有害作用。 
第二章 材料的腐蝕情況及防護方法 
2.1材料的腐蝕情況 
一 化學腐蝕 65Mn在高溫下的氧化與在常溫幹燥環境中受二氧化碳、二氧化硫、氧氣、氫等氣體的作用,以及在非電解質液體(如汽油,潤滑油)中引起化學作用,這是65Mn的化學腐蝕。 
二 電化學腐蝕 65Mn在工作中常與其它材料發生接觸或工件上常散落有塵土、汙物等,在這兩個不同狀態部位或兩種物質接觸的部位均會造成電位差,如果再接觸電解質或吸收二氧化硫、二氧化碳及水分等,就會造成微電池,形成電流,使為負極的金屬溶解。在工業大氣中,經常有各種塵土(含酸、堿、鹽)和汙物落入,材料很快會腐蝕壞。 
2.2材料的防腐措施 [4] 
一 防鏽蝕 防止65Mn鏽蝕,在出廠時應經過塗覆防腐劑,或經化學處理生成防護膜,或經鍍覆或包裝,然後運輸入庫,(出入時塗油的材料,如發現已有玷汙或油底鏽蝕或揮發幹涸者應予除汙去垢,重新塗油)驗收時,要按規定折箱,不要多折,驗收後,要立即恢複包裝。在存放時,庫內安放幹燥劑,以降潮,降濕度。 
二 噴塗防腐 65Mn一般是露天使用采用噴塗防腐辦法,在材料表麵噴塗防腐塗層,可使材料與空氣,雨水等腐蝕介質隔絕,消除材料在保管過程中發生電化學腐蝕機會。特別是73418防鏽油,它能在鋼材表麵形成連續的薄膜,自然幹燥後,牢固地粘附在鋼材表麵,能使鋼材一年不至鏽蝕,且成本低,使用方便。 
第三章 技術專題報告 
3.1 65Mn鋼絲的焊接:[5] 
采用鎢極氬弧焊的方法對φ0.7 mm的65Mn彈簧鋼絲進行了焊接試驗研究。研究表明:當焊接電流為10 A時可以得到外形完美的柱狀焊接接頭,但接頭非常脆硬。采用加熱溫度280℃,保溫10 min的後熱工藝可以大大降低接頭脆性及硬度。處理後的焊接接頭抗拉強度最高達1 370 MPa,並且有優良的疲勞強度。因此,若在焊好的環形鋼絲上鍍敷以金剛石磨料,有可能使之成為一種高效的切割工具。 
1 65Mn鋼絲的成分及性能 
本研究所用的鋼絲為直徑0.7 mm的65Mn冷拉鋼絲,其原始組織為索氏體和少量的鐵素體,呈纖維狀分布。65Mn的含碳量為0.62%~0.70%,Si與Mn的含量分別為0.17%~0.37%與0.9%~1.2%。Mn使鐵碳相圖中S點和E點向左下方移動,降低了A3和A1線,因此,錳鋼具有過熱傾向。65Mn鋼屬於高碳鋼,加上Mn與Si的聯合作用,使其碳當量達0.8%以上。這就使65Mn鋼具有極大的淬硬傾向,焊接性極差。 
2 65Mn鋼絲的氬弧焊對焊工藝 
為了減小電極的消耗,選擇直流正接進行線材的對焊試驗,即選用直流電源,線材接電源的正極,鎢極接電源的負極。 
含1%或2%氧化釷的鎢極發射電子效率高,電流承載能力好,且抗汙染性能好,引弧容易並且電弧比較穩定。為了便於操作,選擇直徑為2 mm的較細的釷鎢極,並且電極前端磨尖。 
由於氬氣較低的電弧電壓特性對於薄板和線材的手弧焊特別有益,因此選擇氬氣做保護氣體。 
試驗選用直流手工氬弧焊機,焊接前,將鋼絲兩端頭仔細磨平,為防止焊點產生氣孔,用丙酮將端頭油汙清洗幹淨。將兩端磨平的線材放在平整潔淨的對正板上(圖1),使兩端頭對正,接頭處不留間隙,用壓鐵壓住接頭兩側。將線材接焊機正極,鎢極接負極,分別將電流調至20 A,15 A,10 A,8 A進行焊接。焊接時,在接頭旁邊引燃點弧並使之燃燒穩定,將電弧移至接頭處使接頭金屬熔化後迅速將電弧熄滅,同時輕微施加頂鍛力,冷卻後即完成焊接過程,焊接過程中不使用填充焊絲。 
試驗發現,當焊接電流為20 A時,電弧燃燒劇烈,接頭處金屬飛濺嚴重,焊點塌陷嚴重。當電流調至15 A時,電弧燃燒較平穩,熔池飛濺少,但焊縫仍有塌陷。但電流降至10 A時,引弧容易,電弧燃燒穩定,焊縫處沒有塌陷現象。圖2為焊接電流10 A時,用數碼相機在Leica MZ6型體視顯微鏡下拍下的焊接接頭形狀。可以看出,接頭的圓柱度較好,將其打磨後能滿足線鋸的要求。當電流調至8 A以下時,引弧困難且電弧不穩定,難以完成焊接過程。 
3 焊接接頭的熱處理與強度試驗 
由於65Mn鋼具有過熱傾向,因此焊接熱影響區對接頭的力學性能影響很大。直徑0.7 mm的65Mn鋼絲經氬弧焊對焊後接頭處非常硬脆,輕輕折彎焊點處,就會在熔合線或焊縫處脆斷,斷口呈明顯的脆性斷裂形貌。所得接頭由焊縫和熱影響區組成,沿接頭軸線測試從焊縫中心至母材各個區域的顯微硬度。測量結果表明,從母材到熱影響區及焊縫中部,顯微硬度急劇增加,焊縫中部硬度達HV 1 060,這說明熱影響區及焊縫中部生成了硬脆組織。對於這種具有硬脆組織的接頭,為了提高其韌性和塑性,降低其硬度,獲得硬度、強度、塑性和韌性的適當配合,必須對焊接接頭進行適當的回火處理。熱處理後,應將熱影響區的脆性消除,同時應能使母材保持一定的強度和彈性。回火在箱式電阻爐內進行,回火工藝見表1。將回火後的鋼絲焊接接頭處仔細打磨,使其直徑與母材直徑大致相等,再在WE-50拉伸試驗機上進行拉伸試驗。每種回火處理的試樣取三根,取其拉力的平均值。 
由試驗可以看出,330℃以上熱處理後,母材彈性基本消失,且斷裂均發生在母材處,而不發生在焊點及其熱影響區,這說明熱處理後雖然熱影響區的脆性完全消失,但母材的強度被大大削落(經試驗,所用母材的抗拉強度為1 663 MPa)。260℃保溫10 min時,雖然材料彈性基本不變,但熱影響區的脆性不能消除。當加熱溫度為280℃,保溫10 min時效果最好,熱影響區的抗拉強度隻比母材降低20%左右,而母材的彈性消失較小。將280℃回火處理的焊頭沿軸線方向測試縱剖麵上各個區的顯微硬度,發現焊縫處的最高硬度值降低到HV 500左右,比未處理時的硬度降低大約1倍。 
焊好的環形鋼絲不但應能滿足一定的強度和彈性要求,而且具有一定的疲勞強度. 
4 結 論 
(1)采用非熔化極氬氣保護焊焊接φ0.7 mm的65Mn鋼絲可以得到外觀良好的焊接接頭,焊接時可不加填充金屬。焊接電流強度以10 A比較合適,電流過大會產生飛濺和塌邊現象。電流太小,則引弧困難,電弧不穩定。 
(2) 焊好的接頭非常硬脆,因此必須進行適當的熱處理。對焊接接頭采用加熱溫度280℃,保溫10 min的回火工藝,可以使接頭的抗拉強度達1 370 MPa,並且疲勞強度也較高. 
3.2 65Mn鋼彈簧支撐的熱處理工藝改進 [6] 
改進對彈簧支撐熱處理工藝,增加工藝孔,使用新的淬火掛具,采用表麵噴砂處理,解決了工件熱處理後硬度不均勻,外形變化及表麵不清潔的問題。 
65Mn鋼彈簧支撐是本公司輕型客車車身左右側支撐襯板用彈簧,要求淬火後硬度45~50HRC。針對熱處理後引起的硬度不均勻及外形畸變,且表麵不清潔、的鏽、鹽漬、不易點焊等問題,AG手机亚游改進了熱處理工藝,使用了新的淬火掛具以及表麵進行噴沙處理。實踐證明,其效果顯著。 
1 65Mn鋼彈簧支撐淬火工藝 
65Mn鋼彈簧支撐件在中溫鹽浴爐進行淬火時,淬火溫度為810~830℃,淬火工藝見圖1。經熱處理後檢驗,發現淬火硬度不均,高低相差懸殊。鹽爐所用掛具為鐵絲網製作,用兜裝件,每次裝20件。財政由於件與件之間為點麵接觸較多。易造成淬火時硬度不均,影響工件質量,彈性低或無彈性。為此時淬火掛具與工件分別進行了改進。在彈簧支撐件的邊緣5mm處(如圖2),加一?mm的工藝孔,逐件用鐵絲綁紮,件與件之間留一定間隙,每串20件,每爐裝4串,裝爐量為80件.如此,不公使工件淬火硬度均勻,而且裝爐量增為原來的4倍,提高了工作效率。 
圖1 改進前熱處理工藝
2 淬火工藝改進 
由於彈簧支撐畸變圈套影響隨後焊接,必在160℃硝鹽中保溫3-5min出爐空冷的分級淬火工藝,淬火後應力及畸變較小,硬度達58-60HRC,改進後工藝見如圖3。 
圖3 改進後的熱處理工藝
3 表麵處理 
彈簧支撐件在油淬後,表麵出現鹽漬,不易清洗,長期存放易生鏽,在下道工序點焊時不易焊裝.為解決這一問題,工件淬火回火後,下序使用點焊前,對校長支撐進行噴砂清理,使製件表麵清潔,易點焊,達到了工件的各項技術要求. 
第四章 國內國外此種材料的生產、發展現狀。 
通過試驗研究了65mn鋼圓鋸片預先進行齒部碳氮共滲,以增加碳氮含量,然後再進行常規熱處理,以提高齒部的回火穩定行,從而增加齒部硬度和耐磨性,提高圓鋸片的使用壽命。 
65mn鋼圓鋸片廣泛應用與冶金,軋鋼,機械,建材等工業領域,用以高速切割各類型鋼,鋼管和鋼筋。通過齒部預先進行碳氮共滲方法以達到提高鋸片使用壽命的目的。 
65Mn剛鋸片預滲後,沿齒行形成深為0.7~1.0mm左右的連續過共析層,最外層厚度5~10um的白亮帶狀碳氮化合層。其內側含有大量的粒狀碳氮化合物層經淬火回火後,齒部金相組織為均勻的回火屈氏體和大量的彌散分布的粒狀碳氮化合物,而基部組織僅有回火屈氏體。 
65Mn鋼屬中碳鋼,其回火穩定性較差。在為滿足鋸片基體的強韌性而實施中溫回火後(300~400℃)就會使鋸片硬度由HRC60以上明顯降至HRC44~50。而在淬火之前,對鋸片齒部進行預先碳氮共滲處理,可使鋸齒部進表層獲得過共析成分的碳和一定數量的氮原子,經淬火後,就會形成大量彌散分布的粒狀碳氮化合物,同時,固溶於基體中大量的碳氮元素也會明顯降低鋼的馬氏體轉變點,從而,獲得較多的殘餘奧氏體,這樣的組織再經中溫回火,大量存在的碳氮化合物可阻礙馬氏體的分解和已析出碳化物的聚集長大。同時,由於碳,氮元子的催化作用,而使更多的殘餘奧氏體具有進一步轉變為二次馬氏體的能力。因此,預滲處理明顯提高65Mn鋼的回火穩定性,即在同樣的回火溫度下,經預滲處理的65Mn鋼圓鋸片比未經預滲鋸片能夠保持更高的回火硬度從而提高齒部的耐磨性。 
在國內某鋼管廠進行了批量切割冷拔無縫隙鋼管的上機試驗,切割的鋼管斷口光潔無毛刺、無變形,統計結果證明,預滲處理鋸片平均使用壽命明顯高於常規熱處理的鋸片。 
65Mn鋼圓鋸片在淬火前進行預先碳氮共滲處理,可明顯提高其回火穩定性,經中溫回火後的鋸片齒部獲得大量的粒狀碳氮化合物和均勻的回火屈氏體,其硬度比常規熱處理鋸片高HRC5~8,耐磨性提高一倍左右,同時保持基體的強韌性不變。經實驗生產應用證明,預滲處理可有效提高65Mn鋼圓鋸片的使用精密彈簧壽命。 
第五章 此種材料的市場發展前景 
65Mnj是製作各種板彈簧,絲彈簧的材料之一,汽車、電車、火車等交通運輸工具用量很大;在儀表、家具,乃至兒童玩具等製造中也得到廣泛應用。這種鋼的抗疲勞強度非常好,富有極好彈性,和有相當好的塑性和硬度。又由於此鋼種價格低廉,因而這種材料的前景是光明的,它在現在和未來都會得到人們的廣泛使用。 
第六章 個人觀點 
本人認為65Mn在有油汙、雜質時,易發生微電池腐蝕,此時 
微陽極(鐵素體)上反應 
有 鐵失去2個電子生成帶2個單位正電的鐵離子 
微陰極(雜質)上反應: 
有 2(H+)+2(e-)--(H2) 
O2+4e-+H2O—2OH- 
本人認為為解決此腐蝕的方法是使(使鐵素體)微陽極變成微陰極即可 
方法 一 鍍上一種比鐵活潑的金屬(如鋅)應可消除微電池腐蝕 
第七章 個人在材料科學領域的新思路和新觀點 
對65Mn進行表麵處理可對它進行噴丸硬化處理,這是一種加工硬化處理,從而提高強度和抗腐蝕能力.這種加工硬化能引起殘餘壓應力,殘餘壓應力不但能防止應力腐蝕裂紋SCC,而且還能提高疲勞強度,如果使用旋渦射流也能得到同樣的效果,因為用旋渦射流周圍的旋渦衝擊能強化材料,也可提高疲勞強度.用旋渦射流在材料表麵引起殘餘壓應力,從而強化金屬材料,這比噴丸硬化處理好。所以用這兩種方法都可提高強度和抗腐蝕能力. 
彈簧的表麵質量對使用壽命影響很大,脫碳可造成應力集中,使彈簧的疲勞強度降低。對於脫碳可使用可控氣氛熱處理或真空熱處理來實現防止脫碳。 


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