彈簧鋼用材有鋼和非鐵金屬,大部分是鋼材。原材料狀態(tài)有棒料、絲料、板料和帶料;有些是在熱軋、冷軋、冷拔后進(jìn)行退火、淬火回火或貝氏體等溫淬火狀態(tài)供貨,制成彈簧鋼后再進(jìn)行最終熱處理。
1預(yù)備熱處理
1.1退火
熱成形彈簧鋼用的各種圓鋼及硬鋼絲等,為了便于進(jìn)一步冷拔或切削,需進(jìn)行軟化退火(球化退火),以降低材料硬度,改善其切削性能、提高冷塑性變形能力。彈簧鋼鋼材料退火應(yīng)在有保護(hù)氣氛的爐內(nèi)進(jìn)行加熱,以防止表面嚴(yán)重氧化脫碳。退火組織應(yīng)為球狀珠光體。硬度約在180HBW左右。
1.2正火
對(duì)于某些彈簧鋼,如汽車(chē)扭桿彈簧鋼,在熱加工時(shí)容易引起組織和性能不均勻,殘留較大的內(nèi)應(yīng)力。采用正火可以使彈簧鋼鋼組織均勻細(xì)小,消除內(nèi)應(yīng)力,便于加工成形。
2最終熱處理
2.1淬火
彈簧鋼淬火加熱時(shí),要特別注意防止表面脫碳、過(guò)熱和過(guò)燒、晶界氧化等缺陷,必須在有保護(hù)氣氛的加熱爐內(nèi)加熱,或在彈簧鋼上涂保護(hù)涂料后在爐中加熱,然后根據(jù)鋼種采用水或油冷卻。
如汽車(chē)用內(nèi)孔φ12、φ16mm的波形彈簧鋼墊圈,為防止氫脆現(xiàn)象65Mn改用65#和70#鋼制造,技術(shù)要求43-47HRC。使用設(shè)備SY-805-4無(wú)馬弗連續(xù)式網(wǎng)帶爐生產(chǎn)線,加熱溫度820℃±5℃,網(wǎng)帶轉(zhuǎn)速35min,碳勢(shì)控制在0.62%-0.65%;回火溫度410℃±10℃,出爐用水冷,檢測(cè)硬度值為43-45HRC。操作注意事項(xiàng),裝爐時(shí)要保證加料均勻,高度為3-4個(gè)墊圈厚度,不要堆積過(guò)厚或零散堆放,造成加熱不勻或過(guò)熱現(xiàn)象,淬入快速淬火油中,不要開(kāi)攪拌機(jī),以免造成變形量過(guò)大?;鼗鸷蟪鰻t用水快速冷卻,以防止第二類(lèi)回火脆性。
生產(chǎn)上已廣泛采用馬氏體分級(jí)淬火或貝氏體等溫淬火,也可以在進(jìn)行貝氏體等溫淬火時(shí),保溫較短時(shí)間,未達(dá)到貝氏體轉(zhuǎn)變終止線,保留一部分奧氏體,再繼續(xù)冷至室溫,使這部分奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體,在組織上兼有貝氏體和奧氏體,在性能上兼有較高強(qiáng)度和較好韌性,是強(qiáng)韌化的一種方法。這種處理方法還需要進(jìn)行一次回火,只有截面小的彈簧鋼才能采用這種淬火工藝。
2.2回火
彈簧鋼淬火后應(yīng)及時(shí)回火,淬火后的停留時(shí)間應(yīng)不大于4小時(shí),以防止淬火開(kāi)裂,有利于提高塑性和韌性,降低淬火的內(nèi)應(yīng)力?;鼗鸺訜釕?yīng)均勻,容易出現(xiàn)第二類(lèi)回火脆性的彈簧鋼鋼,回火后應(yīng)快速冷卻。
2.3低溫退火(去應(yīng)力回火)
琴鋼絲、冷拔硬鋼絲、不銹彈簧鋼鋼絲或磷青銅等非鐵金屬絲通常都是冷成形彈簧鋼材料;淬火-回火鋼絲、形變熱處理鋼絲和熱處理鋼帶也屬于冷成形彈簧鋼材料。用這些材料繞制的各種彈簧鋼,內(nèi)部都產(chǎn)生較高的內(nèi)應(yīng)力,必須進(jìn)行低溫退火(去應(yīng)力回火)以去除繞制時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。低溫退火(去應(yīng)力回火)的加熱溫度一般在再結(jié)晶溫度以下,保溫適當(dāng)時(shí)間后,出爐空冷。這樣做不僅可以部分消除彈簧鋼中的存在的內(nèi)應(yīng)力,穩(wěn)定形狀和尺寸,還能有效地改善力學(xué)性能,如提高硬度(2~3HRC)、抗拉強(qiáng)度、屈強(qiáng)比、彈性極限、抗疲勞性及抗應(yīng)力松弛性。
2.4沉淀硬化
沉淀硬化工藝包括將合金加熱到相變點(diǎn)以上,獲得某種元素的過(guò)飽和固溶體,然后急冷的固溶熱處理,將彈簧鋼及其鋼絲加熱到合金溶解度曲線以上某一適當(dāng)溫度,保溫適當(dāng)時(shí)間,使過(guò)飽和固溶體中沉淀出均勻分布的細(xì)硬質(zhì)相顆粒的時(shí)效處理。這種熱處理方法可使彈簧鋼材料達(dá)到所需要的強(qiáng)韌性的彈性。彈簧鋼制造中所用的沉淀硬化材料大致有07Cr17Ni7Al(0Cr17Ni7Al)、Be-Cu合金、Fe-Ni基高彈性合金、Ni73Cr15Fe7NbTi (lnconellX-750)和lnconell-718等。
2.5形變熱處理
60Si2Mn和55SiMnB鋼板彈簧鋼采用高溫形變熱處理,可以提高板簧的強(qiáng)韌性和疲勞壽命,同時(shí)還能提高制作板簧的勞動(dòng)生產(chǎn)率,降低勞動(dòng)強(qiáng)度和成本。汽車(chē)鋼板彈簧鋼的加工制造就是在加熱狀態(tài)將板簧用壓力彎曲機(jī)彎曲,并在彎曲狀態(tài)淬火入油中淬火,并中溫回火。