弹簧钢脱碳研究

发布时间：2017-03-20 11:00

  本文关键词：弹簧钢脱碳研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 弹簧表面存在脱碳层,其存在严重影响弹簧的各项性能,特别是疲劳性能,致使弹簧失效加剧,目前对脱碳层的研究主要通过实验进行定性分析,理论研究较少,特别是对脱碳层深度的数值计算,尚不能对热处理后脱碳层深度进行预测。本文主要对脱碳层深度数值计算模型、弹簧表面状况工艺改进和脱碳层无损检测方法进行了研究。 依据原子扩散理论和菲克定律,通过碳原子在固体中扩散的机理分析,总结碳原子在固体中扩散的宏观规律和微观机制,借助非稳态半无限长物体的扩散的模型,以此为基础推导出脱碳层深度数值计算模型,采用实验和理论结合的方法对弹簧钢60Si2MnA脱碳层深度计算结果进行验证,实验结果表明在加热温度800℃-1050℃之间,加热时间90min内,实际结果和理论结果偏差小于10%。 根据弹簧钢热处理工艺要求,研究现有弹簧钢热处理工艺,改进热处理加工工艺,提出一次加热采用中频感应加热工艺,二次加热采用防氧化、脱碳热处理工艺的改进方案,并用脱碳层计算模型进行预测计算,证明改进方案可行。理论预测直径36.2mm,60Si2MnA弹簧钢在改进工艺后脱碳层降到0.05mm满足符合铁标要求。将改进方案推广到其他型号弹簧钢,在保证性能符合要求的情况下,结果表明脱碳层深度平均下降50%。 依据物质守恒定律和金属组织体积变化规律,对脱碳层深度和弹簧钢件热处理前后尺寸变化关系进行了研究,利用所得关系提出一种对弹簧钢脱碳层深度进行无损检测的方法,并从微观组织变化角度进行了理论研究和通过弹簧钢试样热处理实验进行实验验证。结果表明,圆柱形弹簧钢脱碳层由0.1mm增加到0.4mm,其直径增加了0.0545mm。
【关键词】：脱碳 脱碳层 弹簧钢 扩散 热处理
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TG156.8
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 绪论11-20
• 1.1 课题的来源11
• 1.2 弹簧钢脱碳研究的背景11-13
• 1.3 国内外研究现状13-18
• 1.3.1 国内外弹簧钢标准脱碳的规定13-15
• 1.3.2 国内外脱碳相关研究现状15-18
• 1.4 本研究的目标、意义和内容18-20
• 1.4.1 本研究的目标、意义18
• 1.4.2 本研究的内容18-20
• 2 脱碳中碳扩散规律的研究20-38
• 2.1 扩散定律和宏观规律20-24
• 2.1.1 扩散第一定律20
• 2.1.2 扩散第二定律20-22
• 2.1.3 扩散定律的解22-24
• 2.2 扩散微观机制和理论24-34
• 2.2.1 原子跳动和扩散距离25-26
• 2.2.2 原子跳动和扩散系数26-29
• 2.2.3 扩散的微观机制29-32
• 2.2.4 扩散激活能32-34
• 2.3 影响扩散的因素34-37
• 2.3.1 温度34-35
• 2.3.2 成分35-36
• 2.3.3 晶体结构36-37
• 2.4 本章小结37-38
• 3 脱碳数学计算模型研究38-53
• 3.1 脱碳数学模型38-44
• 3.1.1 扩散方程38-39
• 3.1.2 初始条件与边界条件39
• 3.1.3 工艺过程参数39-40
• 3.1.4 参数讨论40-43
• 3.1.5 脱碳数学计算模型43-44
• 3.2 计算求解方法44-48
• 3.2.1 差分方法基本概念44-45
• 3.2.2 差分方程45-46
• 3.2.3 三角方程的求解46-48
• 3.2.4 脱碳层的判定48
• 3.3 各因素对碳浓度分布的影响48-51
• 3.3.1 形体的影响48-49
• 3.3.2 温度的影响49-50
• 3.3.3 加热时间的影响50
• 3.3.4 气氛碳势的影响50-51
• 3.3.5 基材含碳量的影响51
• 3.4 本章小结51-53
• 4 脱碳实验研究与验证53-65
• 4.1 加热温度影响53-55
• 4.1.1 实验步骤53
• 4.1.2 实验结果与分析53-55
• 4.2 加热时间影响55-58
• 4.2.1 实验步骤55-56
• 4.2.2 实验结果与分析56-58
• 4.3 加热气氛影响58-60
• 4.3.1 实验步骤58
• 4.3.2 实验结果与分析58-60
• 4.4 脱碳层计算模型修正60-64
• 4.4.1 氧化过程60-62
• 4.4.2 脱碳层深度计算的修正62-64
• 4.5 本章小结64-65
• 5 弹簧制造工艺研究65-72
• 5.1 弹簧制造工艺65-68
• 5.1.1 现有生产工艺65-67
• 5.1.2 现有工艺下脱碳层深度67-68
• 5.2 工艺分析和讨论68-69
• 5.3 工艺改进69-70
• 5.4 生产实践验证70-71
• 5.5 本章小节71-72
• 6 脱碳层检测方法研究72-79
• 6.1 理论推导72-74
• 6.2 实验74-75
• 6.2.1 实验步骤74-75
• 6.2.2 实验结果75
• 6.3 分析与讨论75-77
• 6.3.1 分析75-76
• 6.3.2 讨论76-77
• 6.4 本章小结77-79
• 7 结论79-80
• 参考文献80-82
• 作者简历82-84
• 学位论文数据集84

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 徐东;祭程;唐正友;朱苗勇;;SCM435钢贝氏体中碳原子的扩散行为[J];过程工程学报;2013年01期

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中国博士学位论文全文数据库 前1条

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本文编号：257631