【摘 要】
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碟形弹簧（又称碟簧）是一种可以沿其轴向静态或动态承载的锥形弹簧,因其结构简单且承载能力强,近年来在军工、机械、能源等领域得到了广泛的应用。然而国内目前自主生产的碟簧在强韧性上仍然较国外水平有一定的差距。先进高强钢因综合了高强度和高韧性的优点成为了近年来研究的热点,因此本课题结合先进高强钢的设计理念,设计了一种新型淬火-配分-等温淬火（Q-P-A）热处理工艺,对60Si2Mn碟簧进行强化。Q-P-A
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碟形弹簧（又称碟簧）是一种可以沿其轴向静态或动态承载的锥形弹簧,因其结构简单且承载能力强,近年来在军工、机械、能源等领域得到了广泛的应用。然而国内目前自主生产的碟簧在强韧性上仍然较国外水平有一定的差距。先进高强钢因综合了高强度和高韧性的优点成为了近年来研究的热点,因此本课题结合先进高强钢的设计理念,设计了一种新型淬火-配分-等温淬火（Q-P-A）热处理工艺,对60Si2Mn碟簧进行强化。Q-P-A工艺主要包括奥氏体化、淬火、以及配分处理三个阶段,其中在配分阶段,通过调整配分温度（260、230和200℃）和配分时间（0.5、3、6、9、12和15h）来确定最佳工艺参数。随后采用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电镜（TEM）、电子背散射衍射（EBSD）和Image-pro Plus图像分析软件对新型淬火-配分处理后的碟簧进行显微组织观察和分析,并通过硬度、抗拉强度、压缩实验和疲劳实验来讨论碟簧的强韧性能与显微组织之间的关系。之后将Q-P-A工艺最佳参数下的碟簧与2款较高性能碟簧进行显微组织与力学性能的对比分析。最后探究在Q-P-A工艺下60Si2Mn碟簧的相变机理以及其强化机制。新型淬火-配分工艺处理后的碟簧的多相显微组织主要由透镜状先形成马氏体（PM）,细针状贝氏体型铁素体（BF）和残余奥氏体（RA）组成。进一步观察,在PM周围,形成由宽度在100nm以下的细针状BF和薄膜状RA组成的纳米结构（BF+RA（+C））nano。随着配分时间的延长,BF数量不断增多,RA数量呈现下降的趋势,且由块状RA转变为膜状RA。碟簧的力学性能表明,相比于较高的配分温度（260℃）,在较低配分温度（200、230℃）下可以获得更高的强度。然而200℃的配分温度过低,导致C扩散不充分,碟簧压缩性能下降,不满足国标标准。在230℃配分时,随着时间的延长,碟簧的硬度、抗拉强度以及压缩性能呈现上升趋势,且在230℃配分12h获得最佳的强韧性。与2款高性能碟簧（DH-2、DH-3）相比,在Q-P-A工艺最佳参数下的碟簧（DH-1）获得更好的力学性能,硬度为58.5±0.3HRC,抗拉强度为2206±15MPa,压缩性能满足国标规定,并且满足军工企业规定的1500次疲劳循环。Q-P-A工艺处理后的碟簧具有良好的强韧性,其来自多个强化机制的共同作用,其中最主要的是显微组织的多相协同强化韧化作用,此外,裂纹增韧强化也是重要的提升强韧性的机制。总的来说,多相微纳结构碟簧在设计的热处理工艺下获得的超高强韧性是多种强化韧化机制共同作用的结果,其强化效果是细晶强化、析出强化、加工硬化、膜状组织等共同强化的作用。同时,这种新型淬火-配分工艺为生产高性能碟簧提供了可行性的工艺方案。
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