技术领域
[0001] 本
发明属于金属
热处理领域，更具体地，涉及一种制备双组织60Si2CrVA弹簧的方法。
背景技术
[0002] 随着高
铁、动车等先进动车组的相继问世，中国在快速轨道交通领域己跻身世界前列。其中，
转向架减振弹簧用于削弱和消除列车高速运行引起的复杂振动，在保障列车安全运行和舒适乘坐体验等方面发挥着重要作用。
[0003] 如图1所示，弹簧两端
支撑段和中间工作段的实际服役状态明显不同：中间工作段在弹性范围内振动；两端支撑段最外
匝安装在底座上、保持静止，第二匝连接着静止部件和振动工作段，属于动静结合处。随着轨道交通的快速发展，比如预研的600km/h超快高铁，车体在运行中的振动和冲击将变得更加复杂，对减振弹簧提出了更加苛刻的要求且具有鲜明的部位差异性——支撑段动静结合部需要具有更好的塑性，工作段需要具有更高的强度。
[0004] 60Si2CrVA
钢是目前Si-Cr-V系
合金钢中综合性能最好的、最成熟的合金之一。该材料通过“850℃奥氏体化-淬火-410℃中温回火”工艺得到屈氏体(也称作回火
马氏体)组织，具有高强度的特点、但塑性较低。根据金属学，该材料也可通过“910℃完全奥氏体化-275℃等温转变”工艺得到
贝氏体组织，显著提高材料塑性、但损失部分强度。那么，按照现有整体热处理制备弹簧的传统工艺，无论所得组织是屈氏体还是贝氏体，均无法满足弹簧不同部位的不同材料需求。因此，研究并制定一种新的、多组织—功能性的微观相组织调控技术即热处理工艺是非常有必要的。
发明内容
[0005] 本发明针对60Si2CrVA
弹簧钢现有整体热处理工艺不能满足弹簧不同部位的不同材料需求，提供了一种制备双组织60Si2CrVA弹簧的方法。与传统弹簧整体热处理工艺不同，本方法对60Si2CrVA钢弹簧不同部位——如两端支撑段和中间工作段——施加不同热处理，从而在支撑段得到了具有更高塑性的贝氏体组织，同时在工作段得到了具有更高强度的细化屈氏体组织。该发明公开的方法通
过热处理工艺，实现了弹簧不同部位具有不同组织的设计，进而同时提高了弹簧两端支撑段的塑性和中间工作段的强度。
[0006] 根据本发明的一方面，提供了一种制备双组织60Si2CrVA弹簧的方法，包括如下步骤：
[0007] 1)对60Si2CrVA弹簧进行整体奥氏体化处理，然后油冷至室温、进行淬火处理；
[0008] 2)对经过淬火处理后的60Si2CrVA弹簧两端的支撑段施加局部完全奥氏体化处理；
[0009] 3)对经过局部完全奥氏体化处理后的60Si2CrVA弹簧整体进行短时屈氏体化处理，随后进行等温贝氏体转变处理；
[0010] 4)随后空冷至室温，制成双组织60Si2CrVA弹簧。
[0011] 在一些
实施例中，步骤1)中，所述整体奥氏体化处理可以为加热到850±10℃并保温30±5分钟。
[0012] 在一些实施例中，步骤2)中，所述局部完全奥氏体化处理可以为加热到910±10℃并保温15±5分钟。
[0013] 在一些实施例中，步骤3)中，所述短时屈氏体化处理可以为400±10℃盐浴30±5分钟。
[0014] 在一些实施例中，步骤3)中，所述等温贝氏体转变处理可以为275±5℃盐浴8±0.5小时。
[0015] 根据本发明的另一方面，提供了一种根据上述方法制备的双组织60Si2CrVA弹簧，所述60Si2CrVA弹簧两端的支撑段具有细化贝氏体组织，其断裂延伸率为12-15％，断口收缩率为30-35％；所述60Si2CrVA弹簧中间的工作段具有细化屈氏体组织，其断裂强度为1900MPa级，
屈服强度为1700MPa级。
[0016] 在一些实施例中，所述60Si2CrVA弹簧各端可以包括1～2匝支撑段。
[0017] 根据本发明的另一方面，提供了一种根据上述方法制备的双组织60Si2CrVA弹簧的用途，所制备的双组织60Si2CrVA弹簧用于先进动车组的转向架减振弹簧、大型机械设备
减振器和其他减振装备的弹性元件。
[0018] 本发明的有益效果：
[0019] 1)由于本发明是在不进行合金化设计的前提下、仅利用热处理工艺在弹簧不同部位制备不同微观组织，实现了同时显著提高弹簧两端支撑段的塑性和中间工作段的强度的综合目标，所以本发明所制弹簧产品的表面耐蚀性能与相应的
表面处理需求基本不变，因而大部分加工环节可以移植传统工艺流程，实现快速的产业化推广与应用，具有经济效益性。
[0020] 2)本发明通过双组织设计，同时显著提高了弹簧两端支撑段的塑性和中间工作段的强度，具体地：由本发明制备的弹簧两端支撑段具有精细的贝氏体组织，相较于传统弹簧整体热处理工艺，其断裂延伸率从8-10％提高到12-15％，断口收缩率从20-25％提高到30-35％；由本发明所述方法制备的弹簧中间工作段具有细化屈氏体组织，相较于传统弹簧整体热处理工艺，其断裂强度从1800MPa级提高到1900MPa级，屈服强度从1600MPa级提高到
1700MPa级。
[0021] 3)由于本发明处理的弹簧
工件符合《铁路客车转向架用钢制
螺旋弹簧暂行技术条件》(TJ/CL 334-2013)、《
机车车辆
悬挂装置钢制螺旋弹簧》(TB/T 2211-2010)等高速轨道列车标准，并具有高塑性支撑段和高强工作段的特征，因而具有应用在下一代快速轨道列车减震弹簧的潜
力，具有先进性。
附图说明
[0022] 图1为60Si2CrVA弹簧钢件的示意图，其中示出了弹簧钢件不同部位的不同服役行为。
[0023] 图2为本发明的制备双组织60Si2CrVA弹簧的方法示意图。
[0024] 图3为本发明的短时屈氏体化保温时间对60Si2CrVA弹簧钢件两端支撑段的断裂延伸率和断口收缩率与中间工作段的断裂强度、屈服强度的影响。
[0025] 图4(a)和(b)分别60Si2CrVA弹簧钢经现有弹簧整体热处理工艺处理后中间工作段和两端支撑段的微观组织
电子扫描图像。
[0026] 图5(a)和(b)分别为60Si2CrVA弹簧钢经本发明的双组织弹簧制备工艺处理后中间工作段和两端支撑段的微观组织电子扫描图像。
具体实施方式
[0027] 下面结合附图和实施例进一步描述本发明，应该理解，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
[0028] 由于金属材料微观组织对热处理过程非常敏感，所以60Si2CrVA弹簧钢的屈氏体组织处理工艺和贝氏体处理工艺，在原理、环节、
温度、时间等方面均存在显著的矛盾性。因此，如何调和60Si2CrVA弹簧钢的屈氏体和贝氏体处理工艺在环节、温度、时间等方面的差异、实现不同部位不同组织的设计、且使相互影响最小化，并综合考虑工艺性、经济性、环境友好等因素，是本发明多组织—功能性的微观相组织调控的技术难点。
[0029] 本发明通过对60Si2CrVA弹簧钢进行整体奥氏体化、淬火、局部完全奥氏体化、短时屈氏体化、等温贝氏体转变处理的热处理过程，成功调和了以上矛盾，在弹簧的不同部位制备了不同相组织，实现了同时显著提高弹簧两端支撑段的塑性和中间工作段的强度的综合目标。
[0030] 特别地，为确定整体奥氏体化、局部完全奥氏体化、短时屈氏体化、等温贝氏体转变处理等各个环节的温度和时间等关键技术参数，本发明进行了多次设计和相应实验。以下仅以短时屈氏体化保温时间为例，说明本发明所述工艺参数的确定方法。
[0031] 图3示出了本发明所述工艺中短时屈氏体化保温时间对60Si2CrVA弹簧钢件两端支撑段的断裂延伸率和断口收缩率与中间工作段断裂强度、屈服强度的影响。从图中可以看出，随着保温时间延长，中间工作段的断裂强度和屈服强度均呈现单调降低，这是因为随着中温回火的
进程，淬火钢件中马氏体逐步分解和
碳化物逐渐析出并长大；两端支撑段的断裂延伸率和断口收缩率呈现出先不变后降低的规律，这是因为，当中温回火时间过长，奥氏体中析出一定数量的上贝氏体组织，对材料的塑性是不利的。综合考虑到淬火马氏体的塑性差、必须进行中温回火的需求。因此，优选地，本发明的短时屈氏体化保温时间为30±5分钟。
[0032] 下面以本发明的具体实施例和对比例来对本发明的制备方法作进一步详细说明。
[0033] 在具体实施例和对比例中均使用含有以下重量百分数元素的60Si2CrVA弹簧钢材料：0.56-0.64％C、1.40-1.80％Si、0.40-0.70％Mn、0.90-1.20％Cr、0.10-0.20％V，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
[0034] 在本实施例中，将60Si2CrVA棒材热卷制备60Si2CrVA弹簧件，进行30分钟850℃保温的整体奥氏体化处理，然后油冷至室温、进行淬火处理；对弹簧件两端1～2匝支撑段施加15分钟910℃保温的局部完全奥氏体化处理；接着对整件进行30分钟400℃盐浴的短时屈氏体化处理，随后进行8小时275℃盐浴的等温贝氏体转变处理；随后空冷至室温。
[0035] 对比例为利用现有弹簧整体热处理工艺处理制备弹簧工件，其热处理工艺为：将60Si2CrVA弹簧钢加热至850℃，保温30分钟；然后油冷至室温，形成具有淬火马氏体组织的淬火钢件；将淬火钢件进行410℃/90分钟的中温回火处理，随后空冷至室温。
[0036] 由图4(a)和(b)可见，对比例的经现有弹簧整体热处理工艺处理后的弹簧中间工作段和两端支撑段的微观组织均为典型的屈氏体组织；而由图5(a)和(b)可见，本发明的具体实施例的经本发明制备工艺处理后的弹簧中间工作段和两端支撑段的微观组织分别为细化屈氏体和贝氏体。
[0037] 根据金属材料室温拉伸试验方法，从上述实施例和对比例所得弹簧钢的工作段和支撑段上分别截取3个样品，检测两者中间工作段的断裂强度、屈服强度和两端支撑段的断裂延伸率和断口收缩率，结果见表1和表2。
[0038] 表1为实施例和对比例所制弹簧中间工作段的断裂强度和屈服强度
[0039]
[0040] 表2为实施例和对比例所制弹簧两端支撑段的断裂延伸率和断口收缩率[0041]
[0042] 由上述结果可知，由本发明制备的60Si2CrVA弹簧两端支撑段具有精细的贝氏体组织，相较于传统弹簧整体热处理工艺，其断裂延伸率从8-10％提高到12-15％，断口收缩率从16-20％提高到30-35％；由本发明制备的60Si2CrVA弹簧中间工作段具有细化屈氏体组织，相较于传统弹簧钢整体热处理工艺，其断裂强度从1800MPa级提高到1900MPa级，屈服强度从1600MPa级提高到1700MPa级。很显然，本发明制备的60Si2CrVA弹簧钢材料满足了弹簧不同部位的不同材料性能需求，即，中间工作段1900MPa级断裂强度和1700MPa级屈服强度、两端支撑段断裂延伸率>12％和断口收缩率>30％，各项性能均符合使用要求、且优于传统弹簧整体热处理工艺所得工件，具有创新性、经济效益性和先进性。
[0043] 对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本
申请创造构思的前提下，还可以对本发明的实施例做出若干变型和改进，这些都属于本申请的保护范围。
