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51CrV4(1.8159)弹簧钢

51crv4

51CrV4(1.8159)弹簧钢良好的力学性能和工艺性能,淬透性较高,加入钒使钢的晶粒细化,降低过热敏感性,提高了强度和韧性,具有高的疲劳强度,屈服比也较高,但焊接性差,冷因变形塑性低。

用途

51CrV4是一种较高级弹簧,用作较大截面的高负荷重要弹簧及工作温度<300 ℃的阀门弹簧、活塞弹簧、安全阀弹簧。

物理性能

化学成份

C :0.47~0.55

Si:≤0.40

Mn:0.70~1.10

S :≤0.030

P :≤0.030

Cr:0.90~1.20

Ni:≤0.35

Cu:≤0.25

V :0.10~0.25

力学性能

抗拉强度 σb (MPa):≥1274(130)

屈服强度 σs (MPa):≥1127(115)

伸长率 δ5 (%):≥10

断面收缩率 ψ (%):≥40

硬度 :热轧,≤321HB;冷拉+热处理,≤321HB

热处理规范及金相组织

热处理规范:淬火850℃±20℃,油冷; 回火500℃±50℃(特殊需要时,±30℃)

交货状态:热轧钢材以热处理或不热处理状态交货,冷拉钢材以热处理状态交货。

60Si2Mn51CrV4两者都是弹簧钢,机械性能相近。

60Si2Mn力学性能:σs≥1176Mpaσb≥1274Mpaδs≥5%ψ≥25%

51CrV4力学性能:σs≥1175Mpaσb≥1500Mpaδs≥6%ψ≥40%,剪切和扭转许用应力≥1050Mpa。疲劳寿命达到300万次;剪切和扭转许用应力≥1050Mpa

51CrV4的工作温度可达300摄氏度,60Si2Mn只达250度。另外,60Si2Mn多用于板簧、蜗卷簧和30mm线径以下弹簧的制造,51CrV4多用于直径较大的弹簧制造。

焊接性能

氩弧焊对焊工艺

为了减小电极的消耗,选择直流正接进行线材的对焊试验,即选用直流电源,线材接电源的正极,钨极接电源的负极。

1%2%氧化钍的钨极发射电子效率高,电流承载能力好,且抗污染性能好,引弧容易并且电弧比较稳定。为了便于操作,选择直径为2 mm的较细的钍钨极,并且电极前端磨尖。

由于氩气较低的电弧电压特性对于薄板和线材的手弧焊特别有益,因此选择氩气做保护气体。

试验选用直流手工氩弧焊机,焊接前,将钢丝两端头仔细磨平,为防止焊点产生气孔,用丙酮将端头油污清洗干净。将两端磨平的线材放在平整洁净的对正板,使两端头对正,接头处不留间隙,用压铁压住接头两侧。将线材接焊机正极,钨极接负极,分别将电流调至20 A15 A10 A8 A进行焊接。焊接时,在接头旁边引燃点弧并使之燃烧稳定,将电弧移至接头处使接头金属熔化后迅速将电弧熄灭,同时轻微施加顶锻力,冷却后即完成焊接过程,焊接过程中不使用填充焊丝。

试验发现,当焊接电流为20 A时,电弧燃烧剧烈,接头处金属飞溅严重,焊点塌陷严重。当电流调至15 A时,电弧燃烧较平稳,熔池飞溅少,但焊缝仍有塌陷。但电流降至10 A时,引弧容易,电弧燃烧稳定,焊缝处没有塌陷现象。图2为焊接电流10 A时,用数码相机在Leica MZ6型体视显微镜下拍下的焊接接头形状。可以看出,接头的圆柱度较好,将其打磨后能满足线锯的要求。当电流调至8 A以下时,引弧困难且电弧不稳定,难以完成焊接过程。

焊接接头试验

由于51crv4钢具有过热倾向,因此焊接热影响区对接头的力学性能影响很大。直径0.7 mm65Mn钢丝经氩弧焊对焊后接头处非常硬脆,轻轻折弯焊点处,就会在熔合线或焊缝处脆断,断口呈明显的脆性断裂形貌。所得接头由焊缝和热影响区组成,沿接头轴线测试从焊缝中心至母材各个区域的显微硬度。测量结果表明,从母材到热影响区及焊缝中部,显微硬度急剧增加,焊缝中部硬度达HV 1 060,这说明热影响区及焊缝中部生成了硬脆组织。对于这种具有硬脆组织的接头,为了提高其韧性和塑性,降低其硬度,获得硬度、强度、塑性和韧性的适当配合,必须对焊接接头进行适当的回火处理。热处理后,应将热影响区的脆性消除,同时应能使母材保持一定的强度和弹性。回火在箱式电阻炉内进行,回火工艺见表1。将回火后的钢丝焊接接头处仔细打磨,使其直径与母材直径大致相等,再在WE-50拉伸试验机上进行拉伸试验。每种回火处理的试样取三根,取其拉力的平均值。

由试验可以看出,330℃以上热处理后,母材弹性基本消失,且断裂均发生在母材处,而不发生在焊点及其热影响区,这说明热处理后虽然热影响区的脆性完全消失,但母材的强度被大大削落(经试验,所用母材的抗拉强度为1 663 MPa)260℃保温10 min时,虽然材料弹性基本不变,但热影响区的脆性不能消除。当加热温度为280℃,保温10 min时效果最好,热影响区的抗拉强度只比母材降低20%左右,而母材的弹性消失较小。将280℃回火处理的焊头沿轴线方向测试纵剖面上各个区的显微硬度,发现焊缝处的最高硬度值降低到HV 500左右,比未处理时的硬度降低大约1倍。 焊好的环形钢丝不但应能满足一定的强度和弹性要求,而且具有一定的疲劳强度。


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