高强化和高抗弹减化是弹簧钢发展的两个重要趋势。由于硅具有强烈的固溶强化作用,同时硅能抑制渗碳体在回火过程中的晶核形成和长大,改变回火时析出碳化物的数量、尺寸和形态,提高钢的回火稳定性,显著提高弹簧钢的强度和弹减抗力,很多弹簧钢以硅为主要合金元素。硅对钢的氧化行为有明显的影响。本课题利用同步热分析仪,研究了残氧的体积分数为2%的气氛下,硅对弹簧钢氧化速率的影响。
试验材料采用65Mn和60Si2Mn热轧盘条,化学成分如表1所示。材料经900℃正火后,加工成Φ4.5mm×6mm的小样,试样初始表面不存在氧化和脱碳。经砂纸打磨并除去表面的水渍和油渍,将加热前的试样称重。利用同步热分析仪(型号STA449C)进行高温加热实验,控制氧的体积分数为2%,其他为氩气。将试样在700~1200℃保温30min,在加热和降温的过程中,都采用纯氩气保护,以避免其在此过程中的氧化。全程监控其质量的变化,利用增重方法分析其氧化过程。同时利用金相显微镜观察了氧化铁皮形貌,并测量了其厚度,利用扫描电镜观察铁皮的微观形貌和成分分析。
表1 实验材料的化学成分(质量分数,%)
钢种
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C
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Si
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Mn
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65Mn
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0.65
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0.25
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1.05
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60Si2Mn
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0.58
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1.67
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0.75
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结果表明:
(1)在氧的体积分数为2%的气氛下,硅元素在1170℃以下对弹簧钢的氧化有阻碍作用,而1200℃时对其有明显的促进作用。
(2)在1170℃及以下,60Si2Mn弹簧钢氧化层和金属基体之间有一硅酸亚铁层,而1200℃时该层呈液态,并渗入氧化铁皮中。
(3)在1170℃及以下,由于硅酸亚铁层的存在,阻碍了铁离子向外扩散,导致了氧化减慢。
(4)1200℃时,由于硅酸亚铁层为液态,促进了氧气或者氧离子向基体扩散,导致了氧化加重。(心远)
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