弹簧的热处理

2018年11月06日

根据弹簧的尺寸不同,成形与热处理方法也不同。1.冷成形弹簧直径较细或厚度较薄的弹簧一般应冷拉弹簧钢丝或冷轧弹簧钢带制成。钢丝可用60、70、65Mn、T7A、T8A和T9A等钢。按GB/T4357-1989,碳素弹簧钢丝分为B、C、D三组。B组抗拉强度在1080~2800MPa,用于一般低应力弹簧及其他用途;C组抗拉强度在1270~3140 MPa,用于中等应力弹簧;D组抗拉强度在1520~3240 MPa,用于高应力弹簧。同一组中,钢丝直径越细小,强度越高。冷成形弹簧钢丝按制造工艺不同可分为三类。①铅浴等温处理冷拉钢丝这种生产工艺的主要特点是,钢丝在冷拉过程中经过一定的快速等温冷却的工序,然后冷拉成所要求的尺寸。以T8A钢为例,先将正火态钢丝酸洗,经过三次冷拉拔,使总的拉拔量为50%,然后钢丝以3.5m/min的速度经过加热炉,加热到890~920℃奥氏体化温度,在500~550℃的铅浴中等温分解成索氏体组织,然后经多次拉拔至所需要直径。这类钢丝主要是60、70、65Mn牌号,最高强度可达3000 MPa以上,且有较高的塑性。用此类钢丝冷卷弹簧,只需在200~300℃下进行去除应力回火,以消除应力并使弹簧定形。摩托车减震弹簧φ6.0×φ35×280,材料是铅浴淬火回火的55SiCrA钢丝绕制,成型后经250℃×2h低温退火,使用强度达到1680MPa左右,硬度约为46-48HRC。②油淬回火钢丝这类钢丝是指冷拔到规定的尺寸后,进行油淬火和回火。钢丝的抗拉强度不如铅浴等温处理冷拉钢丝,但它的性能比较均匀一致,强度的波动范围较小,广泛用于制造各种动力机械阀门弹簧。这类钢丝冷卷成弹簧后,也只需进行消除应力回火,不需再经淬火回火处理。如车辆上的柱塞弹簧、进油针阀弹簧等,材料65Mn钢。经油淬回火处理的钢丝,直径0.8~1.5mm,在冷圈时均会产生冷作硬化,具有较高的强度,必须进行消除应力回火,200~250℃×1h。而对于70钢扭簧及拉簧,需再进行端部的卷制加工,所以还要进行第二次回火。第一次200~250℃×1h;第二次回火温度180~200℃×1h空冷。去应力回火的温度要适当。温度过低,不能充分消除应力;温度过高,由于回火软化作用,使抗拉强度和弹性极限降低。表1为几种钢丝冷卷弹簧后的去应力回火温度范围,时间一般为30~60min,时间过长也不能使性能改善。③ 退火状态供应的合金弹簧钢丝用这种钢丝制成的弹簧都需要淬火回火处理,才能达到所需要的力学性能。这类钢丝有50CrVA钢丝、60Si2Mn钢丝和55SiMnB钢丝等。2.热成形弹簧弹簧钢丝直径或弹簧钢板厚度大于10~15mm的螺旋弹簧或板弹簧,一般在加热淬火时成形。弹簧的制造工艺大致如下(以板簧为例):扁钢切断→加热到淬火温度压弯后专用夹具夹持直接淬火+中温回火→喷丸→装配。此时的淬火温度比平常高出50~80℃,成形后利用余热立即淬火,也可在盐浴炉中加热,在油中冷至100~150℃时即可取出进行中温回火。回火温度根据弹簧的使用性能要求加以选择,一般是在450-500℃范围内,回火后的硬度大约在38~52HRC之间。板簧回火后的硬度为39~47HRC,螺旋弹簧回火后为44~50HRC,受剪切应力较大的弹簧回火后为47~52HRC。 某钢铁公司连铸机滑动水口弹簧,最高使用温度500℃。圆柱螺旋弹簧线径φ12.6mm、内径φ116mm,耐高温硬度为45-55HRC,材料30W4Cr2VA,用圆柱空心芯棒(材料:Q235)套住弹簧进行加热固定,使用设备B84T真空气淬炉,先用850℃×120min对流预热,提高低温加热均匀性,缩短加热时间,缩小工件温差,以减少淬火变形;再用1050-1070℃×70min真空加热,升温速率均采用10℃/min,加压气淬,气淬压力为5×105pa,把弹簧冷至约80℃左右出炉,如装炉量大,可适当提高淬火压力。必须及时回火,回火同样在此真空炉中进行,碳现象出现,检测硬度48-51HRC。弹簧的表面质量对使用寿命影响很大,因为微小的表面缺陷(如脱碳、裂纹、夹杂、毛刺和斑疤等)即可造成应力集中,使弹簧的疲劳强度下降。为了提高弹簧的疲劳强度,在淬火和回火后可对弹簧进行喷丸处理,以消除表面缺陷和由表面硬化产生的应力。试验证明,采用喷丸处理后60Si2Mn钢弹簧使用寿命提高5~6倍。弹簧可进行等温淬火,主要用在热处理机变形小以及希望获得良好塑性及韧性的场合。当硬度相同时,等温淬火+中温回火具有更高的塑性及韧性,不过弹性极限相应低些。近年来,弹簧钢热处理方面应用等温淬火、形变热处理等一系列新工艺,对其性能进一步提高,取得了一定的成效,值得大力提倡。另外,弹簧在长期应力作用下可能产生微量塑性变形,从而降低弹性和精度,这对要求很高的弹簧是不许可的。为解决这一问题需对弹簧进行“强压处理”,即将弹簧加以压力,使其各圈相互接触保持24h,这一工序可使弹簧塑性变形预先发生,从而避免了在服役中出现塑性变形而影响弹性和尺寸精度。、强压处理方法有:①冷强压处理,即在室温下,强压处理几小时到几十个小时;②热强压处理,将强压装置放入温度为一定的恒温炉中,保持适当时间后,取出卸载并快冷到室温;③磁场强压处理,即将强压弹簧装置放入周围有磁场的浴炉中处理;④电强压处理,即将强压弹簧装置放入两极板间通电加热较短时间后,取出快冷。经强压处理的弹簧不出现松弛率较大的第一阶段,只出现松弛率较小的第二阶段,这就有效地改善了弹簧的抗应力松弛性能,使弹簧工作10年的载荷损失率小于5%左右。

来源:上海先企弹簧五金制造厂
上海先企弹簧五金制造厂
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