由于Al2O3脆性夹杂物是影响材料疲劳性能的 重要因素之一[7] ,因此在成分设计时要求(质量分数):≤01030%Al、≤010050%O、≤010100%N。成分 分析结果表明,试验用钢中的C、Cr元素在欧洲标准 的成分范围上限,Mn、V等元素均在中限,Al、S、P、O、N等含量均较低,完全满足EN10089:2002标准要求。 表1 试验用51CrV4钢的化学成分(质量分数,%) Table1 Chemicalcompositionofthetested51CrV4springsteel(wt%) 51CrV4钢 CSiMnCrVAlSPONFe 试验钢 01540127 0199 1114011701018 010036 010100 010005 010070 EN10089标准 0147～0155 ≤01400170～11100190～1120 0110～0125 —≤01025≤01025—— 余量   在Formastor2F型相变仪上进行试验用钢相变点 Ac1、Ac3、Ar1和Ar3的测试,试样以0105℃/s升温至980℃,保温600s,然后以0105℃/s冷却至室温。测定升温和冷却过程中的膨胀量与温度随时间变化的曲线,采用切线法确定相变点。在相变点测试的基础上,结合EN10089标准,制定了试验钢的热处理工艺,在SRJX28213型热处理炉中进行热处理,选取一系列回火温度以重点研究回火温度对钢的显微组织和力学性能的影响。用ZeissAxiovert200MAT型金相显微镜观察钢的显微组织,用MatsuzawaDXT23型洛氏硬度计测试洛氏硬度。在ShimadzuAG2100kNG型电子万能试验机上进行室温拉伸试验,在JB230B型冲击试验机上进行室温和低温冲击试验。为了进一步研究回火温度对材料力学性能的影响,利用HitachiS23400N型扫描电镜(SEM),对拉伸试验和冲击试验的断口形貌进行了观察。 2 试验结果和讨论 相变点测试结果表明,试验用钢弹簧材料的相变点Ac1为715℃,Ac3为780℃,Ar3为714℃,Ar1为643℃。结合EN10089和已有的研究结果 [8] ,制定热 处理中的淬火温度为850℃,选取450、460、470、480、 490和500℃进行回火,保温时间30min,空冷至室温,以研究热处理工艺对不同直径高速列车用钢弹簧材料的显微组织和力学性能的影响。211 回火温度与硬度 EN13298:2003“Railwayapplications2Suspension components2Helicalsuspensionsprings,steel”标准 [9] 规定,钢弹簧表面硬度须在45～51HRC范围内,且心部与表面硬度差不超过3HRC。对不同直径的A和B试样进行热处理,测试了试验用钢在不同回火温度下横截面上从心部至近表面处的硬度,测得的平均硬度值及近表面处和心部的硬度值随回火温度的变化见图1。 图1 51CrV4钢的硬度与回火温度的关系 (a)试样A(<30mm);(b)试样B(<41mm) Fig11 Hardnessvstemperingtemperatureofthetested 51CrV4steel (a)sampleA(<30mm);(b)sampleB(<41mm) 研究结果表明,在450～480℃回火时,A和B试样的硬度均随回火温度的升高略有下降;在490℃回火时硬度下降明显,490～500℃回火时硬度基本不变。在450～500℃的范围内回火时,A试样的表面附近硬度为4617～4916HRC,心部与表面硬度差为1～3HRC;B试样的表面附近硬度4611～5011HRC,心部与表面硬度差在3HRC以内。因此,在以上热处理制度下,A试样和B试样的硬度及分布基本符合EN13298标准要求。212 显微组织 51CrV4钢试样A和B在450～500℃回火后的组织形貌如图2所示。组织观察分析结果表明,在450～500℃回火后,试验用钢的组织均为单一的回火马氏体组织