弹簧的淬火和回火

弹簧的淬火和回火

1.弹簧的淬火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

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

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

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。