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。

3 设计说明3.1加工工艺流程65Si2MnWA弹簧钢的热处理工艺设计的热加工工艺流程经过许多次改进形成如下的工艺流程: 下料→锻造→预备热处理(去应力退火)→渗碳→油淬火+低温回火→平磨→组装。

65Si2MnWA弹簧钢属于中碳钢，其成分[1]如下表1.表1 65Si2MnW A弹簧钢的化学成分（质量分数，%）C Mn P S Cr Ni W Si0.61～0.69 0.70～1.00≤0.035≤0.030≤0.35≤0.350.80～1.200.17～0.37成分分析：Mn是良好的脱氧剂和脱硫剂。

它能消除或减弱由于硫所引起的钢的热脆性，从而改善钢的热加工性能。

Mn和Fe形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度，经固溶处理后有良好的韧性，当受到冲击而变形时，表面层将因变形而强化，具有高的耐磨性；同时又是碳化物形成元素，进入渗碳体中取代一部分铁原子。

Si能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度。

硅能提高钢的弹性极限、屈服强度和屈服比(σs/σb),以及疲劳强度和疲劳比(σ-1/σb)等。

硅能促使铁素体晶粒粗化，降低矫顽力。

3.2具体热处理65Si2MnWA弹簧钢的热处理包括初期的锻造和预先热处理，以减少坯料的硬度为方便后面的机加工，也为后续渗碳、淬火、回火提供优良的原始组织。

65Si2MnWA弹簧钢的热处理工艺分析：①由于65Si2MnWA弹簧钢的含碳量较高，所以这种材料做成的弹簧钢具有刚强度和高耐磨的特性，那么65Si2MnWA弹簧钢在生产使用过程中极大的满足了人们的需求。

②通过锻造和随后的退火，形成硬度较低的原始坯料，为后续的切削加工提供有利的方便。

③渗碳是通过对其表面更加的硬度能够更大程度的提升，保证质量。

④为了碎化、细化共晶碳化物，把粗大的枝晶状共晶碳化物打碎、提高碳化物分布的均匀性，细化碳化物的粒度，一般65Si2MnWA弹簧钢使用时都需要进行锻造和预先热处理, 以减少碳化物的不均匀分布, 为后续淬火、回火提供优良的原始组织[4]。

3.2.1预备热处理工艺退火是将偏离平衡状态的金属坯料或零件加热至较高温度，保持一定的时间后通常以相当缓慢的速度冷却，以得到接近于平衡状态组织的各种工艺方法。

退火的目的是：a消除钢锭的成分偏析，使成分均匀化。

b消除因铸、锻、焊引起的组织缺陷。

c降低硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工。

d细化晶粒，均匀组织，为后续热处理做组织准备。

e消除钢中的内应力，以防止变形与开裂[5]。

3Ac1图1 65Si2MnWA弹簧钢去应力退火工艺曲线加热温度：400~460℃；保温时间：t=20~30min[8]3.2.2机械加工由于我们专业并不怎么涉及机加工方面的知识，因此此处我们不予涉及讨论。

3.2.3渗碳工艺渗碳是将工件放入渗碳气氛中，并在900~950℃的温度下加热、保温，使其表面层增碳的一种工艺操作。

渗碳的目的在于使工件在继续经过相应热处理后表面具有高硬度和耐磨性，而心部任保持一定的强度和较高的任性。

固体渗碳工艺如图2[6]所示。

h图2 65Si2MnWA弹簧钢的渗碳工艺曲线3.2.4油淬火+低温回火热处理工艺①油淬火淬火是将钢加热至临界温度点Ac3或Ac1以上一定的度，保温后以大于临界冷却速度的速度冷却得到马氏体（或下贝氏体）的热处理工艺叫做淬火。

其目的是使奥氏体化后的工件获得尽量多的马氏体，然后配以不同温度回火获得各种需要的性能。

钢的理想淬火冷却曲线如图3.4[7]所示图3②低温回火回火是将淬火钢加热到A1以下某一温度，经过保温，然后以一定的冷却方法冷至室温的热处理操作。