Heat Treatment of a 56SiCr7 Spring Steel

Abstract

This bachelor’s thesis deals with the heat treatment of 56SiCr7 spring steel with emphasis on the relationship between processing parameters, transformation behaviour, resulting microstructure, and mechanical properties. The work focuses on the effect of quenching and tempering conditions and on the comparison between industrially processed material and laboratory-treated dilatometric specimens. The experimental part included characterization of the as-received material for leaf spring production, proposal of selected quenching and tempering regimes, dilatometric analysis, hardness testing, optical microscopy, transmission electron microscopy, and chemical analysis by EDX in SEM. In addition, cooling simulations were used as a supportive tool for interpreting the expected transformation tendency under different cooling rates. The results showed that the laboratory heat treatment conditions led predominantly to martensitic and tempered martensitic microstructures, while the lower cooling rate increased the tendency to local heterogeneity with the occurrence of Widmanstätten ferrite. The comparison of tempered specimens confirmed the expected effect of tempering temperature on hardness and microstructural appearance. Metallographic and EDX analyses further showed that local chemical heterogeneity, especially silicon enrichment in segregated regions, played an important role in the formation of high-temperature ferrite particles and in the overall transformation behaviour. A clear difference was observed between the industrially processed main part and the laboratory-treated specimens. This indicates that industrial heat treatment data may not always fully represent the actual thermal history of the material. The thesis confirms that proper evaluation of 56SiCr7 spring steel requires a combined interpretation of process, structure, and properties, with attention to local segregation and real heat treatment conditions.

Tato bakalářská práce se zabývá tepelným zpracováním pružinové oceli 56SiCr7 se zaměřením na vztah mezi parametry zpracování, transformačním chováním, výslednou mikrostrukturou a mechanickými vlastnostmi. Práce je zaměřena na vliv podmínek kalení a popouštění a na porovnání průmyslově zpracovaného materiálu s dilatometrickými vzorky tepelně zpracovanými v laboratorních podmínkách. Experimentální část zahrnovala charakterizaci výchozího materiálu určeného pro výrobu listových pružin, návrh vybraných režimů kalení a popouštění, dilatometrickou analýzu, měření tvrdosti, světelnou mikroskopii, transmisní elektronovou mikroskopii a lokální chemickou analýzu metodou EDX v SEM. Kromě toho byly jako podpůrný nástroj pro interpretaci očekávané transformační tendence při různých rychlostech ochlazování použity simulační výpočty ochlazování. Výsledky ukázaly, že laboratorní podmínky tepelného zpracování vedly převážně ke vzniku martenzitické a popuštěné martenzitické mikrostruktury, zatímco nižší rychlost ochlazování zvýšila sklon k lokální heterogenitě s výskytem Widmanstättenova feritu. Porovnání popuštěných vzorků potvrdilo očekávaný vliv teploty popouštění na tvrdost a vzhled mikrostruktury. Metalografické analýzy a analýzy EDX dále ukázaly, že lokální chemická heterogenita, zejména obohacení segregovaných oblastí křemíkem, hrála významnou roli při vzniku částic vysokoteplotního feritu a v celkovém transformačním chování materiálu. Mezi průmyslově zpracovanou hlavní částí listové pružiny a laboratorně zpracovanými vzorky byl pozorován zřetelný rozdíl. To naznačuje, že údaje o průmyslovém tepelném zpracování nemusí vždy plně odpovídat skutečné tepelné historii materiálu. Práce potvrzuje, že správné hodnocení pružinové oceli 56SiCr7 vyžaduje kombinovanou interpretaci procesu, struktury a vlastností se zohledněním lokální segregace a skutečných podmínek tepelného zpracování.