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弹簧的淬火和回火

时间:2011-05-20 16:17:59  来源:  作者:

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1.弹簧的淬火 Ik6中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

淬火就是把钢加热到临界温度Ac,或Ac:以上保温一定时间,使其奥氏体化,再以大于临界冷却速度急剧冷却,从而获得马氏体组织的热处理方法。
               
对于一般热卷螺旋弹簧、热弯板簧以及热冲压的碟形弹簧,最好是在热成形之后,利用其余热立即淬火。这样可以省去一次加热,减少弹簧的氧化脱碳程度,既经济又改善了弹簧的表面质量。例如60Si2MnA钢板弹簧目前采用的热处理工艺是在900—925C弯片之后,在850~880℃入油淬火。若受条件限制,也可在成形之后重新加热淬火。
               
冷成形的弹簧剩余应力较大,在淬火加热时,由于剩余应力的释放,变形较大。为了保证弹簧尺寸精度,可在淬火之前加一次去应力退火处理,这样可以减轻淬火加热变形程度。
 
弹簧的淬火温度可根据弹簧材料的临界温度而定。淬火后弹簧材料的金相组织中,应无自由铁素体和渗碳体,以免导致不均匀变形或疲劳强度的下降。淬火加热时,应尽量防止氧化和脱碳。为了保证弹簧的质量,在弹簧钢材的技术标准和各种金属弹簧的制造与验收技术条件中,对脱碳层的深度都有明确规定。
                
目前,大型弹簧成形加热和淬火加热,多采用火焰炉或电炉。为了防止或减轻表面氧化和脱碳,得到较高的表面质量,最好采用可控制气氛的加热炉,或使炉中气氛略带还原性,并采用高温快速加热的方法。对中小弹簧,可用脱氧良好的盐浴炉进行淬火加热。
 
弹簧淬火宜在油中冷却,以避免变形和开裂。用尺寸较大的碳钢材料制造的弹簧,当要求不高时可用水冷。
               
为了减小变形量,除了采用正确的加热和冷却方法外,有时还采用专用淬火夹具进行成形淬火,例如板簧在弯板机上淬火,中、小型螺旋弹簧装在心轴上或专用夹具上进行加热和冷却。
 
2.弹簧的等温淬火 主要应用在要求热处理变形小和希望获得良好的塑性和韧性的情况。
等温淬火就是将弹簧加热到该钢种的淬火温度,保温一定时间,以获得均匀的奥氏体组织,然后淬入Ms点以上20~50C的熔盐中,等温足够的时间,使过冷奥氏体基本上完全转变成贝氏体组织,再将弹簧取出,在空气中冷却。这种处理比普通淬火、回火处理的材料具有更高的延展性和韧性,而且弹簧极少变形或开裂。如果在等温淬火后再加一次略高于等温淬火温度的回火,则弹性极限和冲击韧性还能有所提高,而强度并没有大的变化。
                
等温淬火时,盐浴的温度是根据弹簧所要求的力学性能决定的,必须严格控制。通常是稍高于该钢种的Ms点,获得下贝氏体组织。如温度偏高,得上贝氏体组织,其硬度较前者低;如温度过低,虽能提高弹性极限,但塑性、韧性较差,以致失去等温淬火的优越性。
 
弹簧的等温淬火规范,即等温淬火温度和等温淬火保温时间,必须按照该钢号的等温转变曲线图确定。表l为几种常用弹簧钢的等温淬火规范。
表1 几种常用弹簧钢的等温淬火规范
1.jpg
表2为几种弹簧材料等温淬火与普通淬火、回火工艺的力学性能对比表。
表2 等温淬火与普通淬火、回火工艺的力学性能比较
2.jpg
3.弹簧的回火 
将淬火后的弹簧重新加热到低于Ac1的某一选定温度,并保温一定时间,然后以适宜的冷却速度冷却的工艺方法,叫做回火。回火的目的是:获得所需要的力学性能,稳定弹簧的组织和尺寸以及消除内应力。
 
各类弹簧经淬火、回火后的硬度为:一般螺旋弹簧HRC45—50;工作应力较高的弹簧(如喷油器调压弹簧)HRC47~52;钢板弹簧HRC42—47或HRC45~50;碟形弹簧HRC45~50。
               
对于淬火后变形的弹簧,可根据相变超塑性的原理(即钢由一种组织转变为另一种组织时,具有很大的塑性变形能力),在回火时,装上限形夹具,使变形在回火过程中得到回复和矫正。
对于硅铬弹簧钢和铬锰弹簧钢等回火脆性较大的钢种,回火后应立即在油中冷却或水中冷却。
 
回火的保温时间与弹簧材料的直径或厚度有关。表3所列为不同规格的硅锰和铬钒弹簧钢回火时(硝盐炉)的保温时间,供参考。
 
表3 硅锰和铬钒弹簧钢在回火温度为400~520C时的保温时间
3.jpg
回火是对弹簧使用性能有显著影响的热处理工序。一般说来弹簧钢的弹性极限在回火温度为350~450~C时出现最大值;而疲劳极限出现最大值的回火温度为450—500℃左右。此外,回火温度较高时,钢的塑性及韧性得到改善,对缺口(及裂纹)的敏感性及过载损伤的倾向性也相应减小。
弹簧淬火后应尽快进行回火,以避免由于内应力过大而产生裂纹,淬火与回火之间的时间间隔一般不超过2~4h。
 

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