50CrVA彈簧鋼具有脫碳傾向小、淬透性較強的特點,廣泛應(yīng)用于制造重型汽車半軸制造,為提高50CrVA一次合格率,降低檢驗成本,在熱處理工藝選擇過程中引人正交試驗設(shè)計方法,確定淬火加熱溫度、淬火保溫時間、回火加熱溫度、回火保溫時間4個因素,采用L(3*)正交表4因素3水平的9組方案進(jìn)行試驗,并由此獲得了50CrVA合金彈簧鋼的最佳熱處理制度,產(chǎn)品-次合格率大大提高。

從近期批量初驗不合格的5OCrVA中選取1爐進(jìn)行試驗,爐號3105188,規(guī)格48 mm,取兩支試樣,代號分別為a、b,兩支試樣的光譜成分見表1。

執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn):GB/T 3077—1999合金結(jié)構(gòu)鋼。機(jī)械性能指標(biāo)要求下屈服強度≥1 130 MPa,斷后伸長率≥10% ,抗拉強度≥1 280 MPa,斷面收縮率≥40%。熱處理工藝參數(shù):淬火溫度(860± 15)℃,淬火采用油為冷卻劑,回火溫度(500±50)℃,回火采用水或油為冷卻劑。

初驗不合格的5OCrVA多為韌性參數(shù)不合格，因此熱處理冷卻介質(zhì)均選擇油冷,在化學(xué)成分固定,淬火冷卻介質(zhì)、回火冷卻介質(zhì)確定的條件下,機(jī)械性能的下屈服強度、抗拉強度、斷后伸長率、斷面收縮率4項指標(biāo)受淬火溫度A、淬火保溫時間B、回火溫度C、回火保溫時間D共4個因素影響,根據(jù)熱處理工藝參數(shù)范圍,對每個因素確定3個水平,構(gòu)成了L(3*)正交表4因素3水平的9組試驗方案,如表2所示。

按照試驗方案安排試驗,整個熱處理試驗過程采用同一淬火用箱式電阻爐和同一回火用箱式電阻爐,為盡量減少人為因素的影響,試驗由專人操作,試驗結(jié)果見表3。與標(biāo)準(zhǔn)中各機(jī)械性能的指標(biāo)比對,只有試驗方案6的檢驗結(jié)果各指標(biāo)均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求?？梢姳緺t的最佳熱處理工藝為:淬火溫度860 ℃,保溫75 min,油冷;回火溫度460 ℃,保溫時間120 min,油冷1。

根據(jù)試驗結(jié)果做各機(jī)械性能指標(biāo)的極差分析，見表4。按極差大小排列出各性能的影響因素主次順序,下屈服強度:C>D>B>A;抗拉強度:C>D>B>A;斷后伸長率:C>D>A>B;斷面收縮率:D>B>A>C。由此,可看出各機(jī)械性能指標(biāo)中,除斷面收縮率外其他3個指標(biāo)的主要影響因素均為因素C,由因素與指標(biāo)關(guān)系圖中可以看出因素A、B、C對斷面收縮率的影響程度相差不大,因此綜合考慮,4個因素的影響主次順序為C>D>B>A。

根據(jù)因素與指標(biāo)關(guān)系圖確定出的各因素最優(yōu)組合。抗拉強度:A;B;CIDr;屈服強度:A,BiCD;斷后伸長率:AB;CsDs;斷面收縮率:A-B,C,D。

從因素與指標(biāo)關(guān)系圖看,因素A對下屈服強度、抗拉強度和對斷后伸長率、斷面收縮率的影響趨勢是相互矛盾的,AA條件下均不能同時滿足4個機(jī)械性能指標(biāo)要求,故選擇Az為淬火溫度的最優(yōu)水平;因素B在Bs條件下為斷后伸長率和斷面收縮率的最優(yōu)水平,B為下屈服強度和抗拉強度的最優(yōu)水平,但從因素與指標(biāo)關(guān)系圖上看Bs與B,對下屈服強度和抗拉強度的影響相差不大,因此選擇B,為淬火保溫時間的最優(yōu)水平;由極差分析可得因素C對下屈服強度、抗拉強度、斷后伸長率的影響最大,但對斷面收縮率的影響最小,因此優(yōu)先考慮前3個指標(biāo)的水平,C為下屈服強度和抗拉強度的最優(yōu)水平,C為斷后伸長率的最優(yōu)水平,為保證最多指標(biāo)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,因此選擇C,為回火溫度的最優(yōu)水平;因素D對下屈服強度﹑抗拉強度和對斷后伸長率、斷面收縮率的影響趨勢是相互矛盾的,D、D;條件下均不能同時滿足性能指標(biāo)要求,且因素D對各機(jī)械性能指標(biāo)的影響較大,故選擇D;為回火保溫時間的最優(yōu)水平。因此確定50CrVA各機(jī)械性能指標(biāo)的最優(yōu)水平組合為ABsC,D,即淬火溫度860℃,淬火保溫時間75 min,回火溫度460℃,回火保溫時間120 min。

根據(jù)試驗結(jié)果確定的最優(yōu)熱處理工藝對生產(chǎn)的50CrVA隨機(jī)抽取10爐進(jìn)行檢驗,所有機(jī)械性能指標(biāo)全部滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,初驗合格率100%。

由此可見,該熱處理工藝可以作為5OCrVA機(jī)械性能檢驗的首選熱處理工藝,若遇有化學(xué)成分波動等因素造成初驗不合格,可以根據(jù)各因素水平對機(jī)械性能各指標(biāo)的影響程度調(diào)節(jié)熱處理工藝,以提高產(chǎn)品合格率。

生產(chǎn)50CrVA彈簧鋼的最優(yōu)熱處理工藝為:淬火溫度860℃,淬火保溫時間75 min,油冷;回火溫度為460 ℃,回火保溫時間120 min,油冷。在熱處理制度的選擇和制定過程中引入正交試驗方法是可行的,可以有效減少試驗次數(shù),降低檢驗成本,提高產(chǎn)品的檢驗合格率,對生產(chǎn)和實踐有一定的指導(dǎo)作用。

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