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首頁(yè) > 典型彈簧的熱處理特征
根據(jù)彈簧的尺寸不同，成形與熱處理方法也不同。
1．冷成形彈簧
直徑較細(xì)或厚度較薄的彈簧一般應(yīng)冷拉彈簧鋼絲或冷軋彈簧鋼帶制成。鋼絲可用60、70、65Mn、T7A、T8A和T9A等鋼。按GB/T4357-1989，碳素彈簧鋼絲分為B、C、D三組。B組抗拉強(qiáng)度在1080～2800MPa，用于一般低應(yīng)力彈簧及其他用途；C組抗拉強(qiáng)度在1270～3140 MPa，用于中等應(yīng)力彈簧；D組抗拉強(qiáng)度在1520～3240 MPa，用于高應(yīng)力彈簧。同一組中，鋼絲直徑越細(xì)小，強(qiáng)度越高。
冷成形彈簧鋼絲按制造工藝不同可分為三類。
①鉛浴等溫處理冷拉鋼絲
這種生產(chǎn)工藝的主要特點(diǎn)是，鋼絲在冷拉過程中經(jīng)過一定的快速等溫冷卻的工序，然后冷拉成所要求的尺寸。
以T8A鋼為例，先將正火態(tài)鋼絲酸洗，經(jīng)過三次冷拉拔，使總的拉拔量為50%，然后鋼絲以3.5m/min的速度經(jīng)過加熱爐，加熱到890～920℃奧氏體化溫度，在500～550℃的鉛浴中等溫分解成索氏體組織，然后經(jīng)多次拉拔至所需要直徑。
這類鋼絲主要是60、70、65Mn牌號(hào)，最高強(qiáng)度可達(dá)3000 MPa以上，且有較高的塑性。用此類鋼絲冷卷彈簧，只需在200～300℃下進(jìn)行去除應(yīng)力回火，以消除應(yīng)力并使彈簧定形。
摩托車減震彈簧φ6.0×φ35×280，材料是鉛浴淬火回火的55SiCrA鋼絲繞制，成型后經(jīng)250℃×2h低溫退火，使用強(qiáng)度達(dá)到1680MPa左右，硬度約為46-48HRC。
②油淬回火鋼絲
這類鋼絲是指冷拔到規(guī)定的尺寸后，進(jìn)行油淬火和回火。鋼絲的抗拉強(qiáng)度不如鉛浴等溫處理冷拉鋼絲，但它的性能比較均勻一致，強(qiáng)度的波動(dòng)范圍較小，廣泛用于制造各種動(dòng)力機(jī)械閥門彈簧。這類鋼絲冷卷成彈簧后，也只需進(jìn)行消除應(yīng)力回火，不需再經(jīng)淬火回火處理。
如車輛上的柱塞彈簧、進(jìn)油針閥彈簧等，材料65Mn鋼。經(jīng)油淬回火處理的鋼絲，直徑0.8～1.5mm，在冷圈時(shí)均會(huì)產(chǎn)生冷作硬化，具有較高的強(qiáng)度，必須進(jìn)行消除應(yīng)力回火，200～250℃×1h。而對(duì)于70鋼扭簧及拉簧，需再進(jìn)行端部的卷制加工，所以還要進(jìn)行第二次回火。第一次200～250℃×1h；第二次回火溫度180～200℃×1h空冷。
去應(yīng)力回火的溫度要適當(dāng)。溫度過低，不能充分消除應(yīng)力；溫度過高，由于回火軟化作用，使抗拉強(qiáng)度和彈性極限降低。表1為幾種鋼絲冷卷彈簧后的去應(yīng)力回火溫度范圍，時(shí)間一般為30～60min，時(shí)間過長(zhǎng)也不能使性能改善。
③ 退火狀態(tài)供應(yīng)的合金彈簧鋼絲
用這種鋼絲制成的彈簧都需要淬火回火處理，才能達(dá)到所需要的力學(xué)性能。這類鋼絲有50CrVA鋼絲、60Si2Mn鋼絲和55SiMnB鋼絲等。
2．熱成形彈簧
彈簧鋼絲直徑或彈簧鋼板厚度大于10～15mm的螺旋彈簧或板彈簧，一般在加熱淬火時(shí)成形。彈簧的制造工藝大致如下（以板簧為例）：扁鋼切斷→加熱到淬火溫度壓彎后專用夾具夾持直接淬火+中溫回火→噴丸→裝配。此時(shí)的淬火溫度比平常高出50～80℃，成形后利用余熱立即淬火，也可在鹽浴爐中加熱，在油中冷至100～150℃時(shí)即可取出進(jìn)行中溫回火?；鼗饻囟雀鶕?jù)彈簧的使用性能要求加以選擇，一般是在450-500℃范圍內(nèi)，回火后的硬度大約在38～52HRC之間。板簧回火后的硬度為39～47HRC，螺旋彈簧回火后為44～50HRC，受剪切應(yīng)力較大的彈簧回火后為47～52HRC。
某鋼鐵公司連鑄機(jī)滑動(dòng)水口彈簧，最高使用溫度500℃。圓柱螺旋彈簧線徑φ12.6mm、內(nèi)徑φ116mm，耐高溫硬度為45-55HRC，材料30W4Cr2VA，用圓柱空心芯棒（材料：Q235）套住彈簧進(jìn)行加熱固定，使用設(shè)備B84T真空氣淬爐，先用850℃×120min對(duì)流預(yù)熱，提高低溫加熱均勻性，縮短加熱時(shí)間，縮小工件溫差，以減少淬火變形；再用1050-1070℃×70min真空加熱，升溫速率均采用10℃/min，加壓氣淬，氣淬壓力為5×105pa，把彈簧冷至約80℃左右出爐，如裝爐量大，可適當(dāng)提高淬火壓力。必須及時(shí)回火，回火同樣在此真空爐中進(jìn)行，碳現(xiàn)象出現(xiàn)，檢測(cè)硬度48-51HRC。
彈簧的表面質(zhì)量對(duì)使用壽命影響很大，因?yàn)槲⑿〉谋砻嫒毕荩ㄈ缑撎?、裂紋、夾雜、毛刺和斑疤等）即可造成應(yīng)力集中，使彈簧的疲勞強(qiáng)度下降。為了提高彈簧的疲勞強(qiáng)度，在淬火和回火后可對(duì)彈簧進(jìn)行噴丸處理，以消除表面缺陷和由表面硬化產(chǎn)生的應(yīng)力。試驗(yàn)證明，采用噴丸處理后60Si2Mn鋼彈簧使用壽命提高5～6倍。
彈簧可進(jìn)行等溫淬火，主要用在熱處理機(jī)變形小以及希望獲得良好塑性及韌性的場(chǎng)合。當(dāng)硬度相同時(shí)，等溫淬火+中溫回火具有更高的塑性及韌性，不過彈性極限相應(yīng)低些。
近年來，彈簧鋼熱處理方面應(yīng)用等溫淬火、形變熱處理等一系列新工藝，對(duì)其性能進(jìn)一步提高，取得了一定的成效，值得大力提倡。另外，彈簧在長(zhǎng)期應(yīng)力作用下可能產(chǎn)生微量塑性變形，從而降低彈性和精度，這對(duì)要求很高的彈簧是不許可的。為解決這一問題需對(duì)彈簧進(jìn)行“強(qiáng)壓處理”，即將彈簧加以壓力，使其各圈相互接觸保持24h，這一工序可使彈簧塑性變形預(yù)先發(fā)生，從而避免了在服役中出現(xiàn)塑性變形而影響彈性和尺寸精度。、
強(qiáng)壓處理方法有：①冷強(qiáng)壓處理，即在室溫下，強(qiáng)壓處理幾小時(shí)到幾十個(gè)小時(shí)；②熱強(qiáng)壓處理，將強(qiáng)壓裝置放入溫度為一定的恒溫爐中，保持適當(dāng)時(shí)間后，取出卸載并快冷到室溫；③磁場(chǎng)強(qiáng)壓處理，即將強(qiáng)壓彈簧裝置放入周圍有磁場(chǎng)的浴爐中處理；④電強(qiáng)壓處理，即將強(qiáng)壓彈簧裝置放入兩極板間通電加熱較短時(shí)間后，取出快冷。經(jīng)強(qiáng)壓處理的彈簧不出現(xiàn)松弛率較大的第一階段，只出現(xiàn)松弛率較小的第二階段，這就有效地改善了彈簧的抗應(yīng)力松弛性能，使彈簧工作10年的載荷損失率小于5%左右。
