摘 要

本次研究主要针对某公司用51CrV4弹簧钢发生失效断裂进行研究，找出了其具体原因并提出在生产过程中的一些建议和改进措施。首先，对弹簧钢进行了金相组织观察，并对其各种组织进行了分析，判断所用钢的晶粒度、带状组织、夹杂物以及脱碳层是否符合标准，其次，对弹簧钢观察了淬火组织的形态，并对其淬火组织做了分析，最后，我们对弹簧钢进行了硬度测试。

实验结果表明：造成弹簧断裂的主要原因，包括1、材料的热处理不当导致的组织异常，该弹簧钢主要是淬火温度过高，材料晶粒长大，导致晶粒度等级较低，马氏体组织粗大，同时高温导致弹簧钢表面脱碳严重，表面脱碳引起的失效；2、轧制过程中终轧温度太低，导致形变诱导相变发生，铁素体相变提前，导致带状组织较严重^[1]；3、回火温度高， 高温回火得到的是回火索氏体，而弹簧钢需要的是回火屈氏体，导致弹簧钢硬度减弱；4、原材料中非金属夹杂物等级较高，导致材料产生裂纹致使材料最后的失效。不充分的腐蚀防护等多种因素也会造成弹簧的失效。

关键词：弹簧；51CrV4弹簧钢；失效机制

Abstract

In this paper, the failure mechanism of a company with 51CrV4 spring steel is studied, and the concrete reason of spring fracture is found out and its reason is analyzed. Firstly, the microstructure of the spring steel was observed, and its various organizations were analyzed to determine whether the grain size, ribbon structure, inclusions and decarburized steel of the steel used were in accordance with the standard. Secondly, The the form of quenching organization was observed, and its quenching organization was analysied, and finally, we have a spring steel hardness test.

The experimental results show that the main causes of spring breakage including 1, the improper heat treatment caused abnormal organization, the spring steel is mainly quenched temperature is too high, the material grain grows, resulting in lower grain size,crude martensite.2, during the rolling process, the finish rolling temperature is too low, leading to deformation induced phase transition occurs, the ferrite phase transition ahead of time, leading to the bandage of the organization.3, Tempering temperature is high, high temperature tempering is tempered sorbite, and spring steel needs to temper tempered body, resulting in weakened spring steel hardness.4,The non-metallic inclusions in the raw material are higher, leading to material cracks caused by the final failure of the material. Other factors can also cause the failure of the spring.

Key words: spring；51CrV4 spring steel；failure mechanism

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第1章 绪论 1

1.1 弹簧钢研究现状及意义 1

1.1.1 51CrV4弹簧钢的特点 1

1.1.2 弹簧钢概况 1

1.2 夹杂物简介 2

1.3 钢中带状组织的研究 2

1.3.1 带状组织产生的原因 2

1.3.2 带状组织对材料性能的影响 3

1.4 弹簧钢的脱碳研究 3

1.4.1 脱碳的原因及其测脱碳层深度的方法 3

1.4.2 化学元素对脱碳的影响 4

1.4.3 防止完全脱碳的方法 4

1.5 研究的内容及目标 5

第2章 实验内容和步骤 6

2.1 实验用材料 6

2.2 实验仪器和设备 6

2.3 实验过程 6

第3章 实验结果及分析 8

3.1 淬火组织的观察及分析 8

3.2 带状组织观察及其分析 8

3.3 夹杂物分析 9

3.4 晶粒度分析 11

3.5 脱碳层分析 13

3.6 回火硬度测试 14

结论 15

参考文献 16

致谢 17

第1章 绪论

1.1 弹簧钢研究现状及意义

1.1.1 51CrV4弹簧钢的特点

由于弹簧本身在工作中需要反复的拉伸、压缩，承受周期性交变载荷，它的这种工作要求的特殊性使得弹簧需要非常高的综合性能^[2]，因此开发弹簧新材料，改进弹簧生产技术，提高弹簧生产质量至关重要。

51CrV4弹簧钢回火后仍然具备高的疲劳强度，屈服强度也比较高，在高温下机械机能稳定，淬透性较高。所以51CrV4弹簧钢目前常常用来制造受应力较高的弹簧，主要用于高强度机械部件的制造，例如：齿轮，杆，轴，衬套，心轴，凸轮，杠杆，弹性部件和板簧^[3]。

51CrV4弹簧钢中含有1%左右的Cr元素，Cr元素的存在可以通过提高固溶体的电极电位来提高弹簧钢的耐腐蚀性。Cr是碳化物形成元素，可以防止回火进程中M₃C的发展长大，从而使得钢的回火稳定性上升。铬元素还是增强51CrV4弹簧钢淬透性的主要元素，铬含量还可以改善塑性变形的能力，此外，Cr可以使钢中的碳活性下降，提高碳钢的扩散活化能，从而缓解钢的脱碳趋向。V 是强碳化物形成元素，钒能够细化组织，在51CrV4弹簧钢回火稳定性的升高中钒起着主要作用。同时钒还能使钢的过热敏感性减弱，进而使钢的强度值和韧度值升高，显著提升了钢的疲劳性能。碳是51CrV4钢中起主要强化作用的元素^[4]。

1.1.2 弹簧钢概况