東莞市三箭金屬材料有限公司

執(zhí)行標準:EN 10089-2002.

1.1  特性

51CrV4(1.8159)彈簧鋼良好的力學性能和工藝性能，淬透性較高，加入釩使鋼的晶粒細化，降低過熱敏感性，提高了強度和韌性，具有高的疲勞強度，屈服比也較高，但焊接性差，冷因變形塑性低。

1.2  用途

51CrV4是一種較高級彈簧，用作較大截面的高負荷重要彈簧及工作溫度< 300 ℃的閥門彈簧、活塞彈簧、安全閥彈簧。

2  物理性能

2.1  化學成份

碳 C ：0.47～0.55

硅 Si：≤0.40

錳 Mn：0.70～1.10

硫 S ：≤0.030

磷 P ：≤0.030

鉻 Cr：0.90～1.20

鎳 Ni：≤0.35

銅 Cu：≤0.25

釩 V ：0.10～0.25

2.2  力學性能

抗拉強度 σb (MPa)：≥1274(130)

屈服強度  σs (MPa)：≥1127(115)

伸長率 δ5 (%)：≥10

斷面收縮率 ψ (%)：≥40

硬度 ：熱軋，≤321HB 冷拉+熱處理，≤321HB

2.3  熱處理規(guī)范及金相組織

熱處理規(guī)范：淬火850℃±20℃，油冷 回火500℃±50℃(特殊需要時，±30℃)。

●交貨狀態(tài)：熱軋鋼材以熱處理或不熱處理狀態(tài)交貨，冷拉鋼材以熱處理狀態(tài)交貨。

60Si2Mn與51CrV4兩者都是彈簧鋼，機械性能相近。

60Si2Mn力學性能：σs≥1176Mpa，σb≥1274Mpa，δs≥5%，ψ≥25%

51CrV4力學性能：σs≥1175Mpa，σb≥1500Mpa，δs≥6%，ψ≥40%，剪切和扭轉許用應力≥1050Mpa。疲勞壽命達到300萬次；剪切和扭轉許用應力≥1050Mpa。

51CrV4的工作溫度可達300攝氏度，60Si2Mn只達250度。另外，60Si2Mn多用于板簧、蝸卷簧和30mm線徑以下彈簧的制造，51CrV4多用于直徑較大的彈簧制造。

3  焊接性能

3.1  氬弧焊對焊工藝

為了減小電極的消耗，選擇直流正接進行線材的對焊試驗，即選用直流電源，線材接電源的正極，鎢極接電源的負極。

含1%或2%氧化釷的鎢極發(fā)射電子效率高，電流承載能力好，且抗污染性能好，引弧容易并且電弧比較穩(wěn)定。為了便于操作，選擇直徑為2 mm的較細的釷鎢極，并且電極前端磨尖。

由于氬氣較低的電弧電壓特性對于薄板和線材的手弧焊特別有益，因此選擇氬氣做保護氣體。

試驗選用直流手工氬弧焊機，焊接前，將鋼絲兩端頭仔細磨平，為防止焊點產生氣孔，用丙酮將端頭油污清洗干凈。將兩端磨平的線材放在平整潔凈的對正板，使兩端頭對正，接頭處不留間隙，用壓鐵壓住接頭兩側。將線材接焊機正極，鎢極接負極，分別將電流調至20 A，15 A，10 A，8 A進行焊接。焊接時，在接頭旁邊引燃點弧并使之燃燒穩(wěn)定，將電弧移至接頭處使接頭金屬熔化后迅速將電弧熄滅，同時輕微施加頂鍛力，冷卻后即完成焊接過程，焊接過程中不使用填充焊絲。

試驗發(fā)現(xiàn)，當焊接電流為20 A時，電弧燃燒劇烈，接頭處金屬飛濺嚴重，焊點塌陷嚴重。當電流調至15 A時，電弧燃燒較平穩(wěn)，熔池飛濺少，但焊縫仍有塌陷。但電流降至10 A時，引弧容易，電弧燃燒穩(wěn)定，焊縫處沒有塌陷現(xiàn)象。圖2為焊接電流10 A時，用數(shù)碼相機在Leica MZ6型體視顯微鏡下拍下的焊接接頭形狀。可以看出，接頭的圓柱度較好，將其打磨后能滿足線鋸的要求。當電流調至8 A以下時，引弧困難且電弧不穩(wěn)定，難以完成焊接過程。

3.2  焊接接頭試驗

由于51crv4鋼具有過熱傾向，因此焊接熱影響區(qū)對接頭的力學性能影響很大。直徑0.7 mm的65Mn鋼絲經氬弧焊對焊后接頭處非常硬脆，輕輕折彎焊點處，就會在熔合線或焊縫處脆斷，斷口呈明顯的脆性斷裂形貌。所得接頭由焊縫和熱影響區(qū)組成，沿接頭軸線測試從焊縫中心至母材各個區(qū)域的顯微硬度。測量結果表明，從母材到熱影響區(qū)及焊縫中部，顯微硬度急劇增加，焊縫中部硬度達HV 1 060，這說明熱影響區(qū)及焊縫中部生成了硬脆組織。對于這種具有硬脆組織的接頭，為了提高其韌性和塑性，降低其硬度，獲得硬度、強度、塑性和韌性的適當配合，必須