哈工大热处理原理与工艺大作业-螺旋弹簧热处理

喷丸后弹簧表面呈均匀分布的圆形弹坑
5.质量检查事项和方法
1.硬度—硬度计进行硬度测试
2.金相组织—最终热处理金相组织检验参见GB3782
3.喷丸质量检验—圆柱螺旋弹簧按JB/Z255的具体规定进行检验 4.力学性能检验—落锤式冲击试验、冷卷弹簧钢丝应作缠绕试 验、弯曲试验、扭转试验 5.探伤—磁粉探伤、荧光探伤，探后退磁、超声波探伤 6.表面质量—耐蚀检验
6.热处理缺陷及解决方法
3、热处理裂纹
热处理工艺不当、工装未调试妥当、操作人员失误等
热处理工艺不当是指弹簧加热温度过高、保温时间过长,使得弹簧 组织中的奥氏体晶粒粗化,淬火后马氏体针粗大,导致弹簧内应力与 脆性增大,从而形成热处理裂纹。
6.热处理缺陷及解决方法
3、热处理裂纹 解决方法：
控制好保温时间,直接油淬,清洗后及时回火, 则可有效地解决弹簧产生的热处理裂纹缺陷。
4.加工工序和热处理工艺
冷成形：强化后成形。 成型 方法 热成形：成形后强化。
适用于小型弹簧
适用于大型弹簧
4.加工工序和热处理工艺
冷成型典型实例——50CrVA
1) 加工工序 钢材—轧制—中间热处理（退火、或正火或焙燉处理）—冷拉—油淬火 +铅浴回火—卷簧—去应力退火—磨平端面、倒角—喷丸处理—精磨端 面—抛光—涂防锈油、成品检验
4.加工工序和热处理工艺
热卷温度的确定
晶粒尺寸与温度的关系
4.加工工序和热处理工艺
3）两种热处理（淬火+回火）工艺
a.常规热处理
定义：弹簧热卷成形和淬火工艺 分开进行，即二次加热淬 火法。 优点：弹簧淬火质量稳定 缺点：操作繁杂，能耗多，生产 周期长等。且无保护气体 加热时钢材表面脱碳严 重，显著降低弹簧的疲劳 寿命。
6.热处理缺陷及解决方法
1、硬度异常 2、氧化和脱碳 3、热处理裂纹
6.热处理缺陷及解决方法
1、硬度异常
1）硬度偏低 a、加热温度偏低或保温时间不足 →A中碳和合金元素含量不足,残存未转变P或未溶F b、加热温度过高,或保温时间过长 →表面脱碳、晶粒粗大 2）硬度偏高 回火温度偏低或保温时间较短
断裂失效
应力腐蚀断裂：拉伸应力+腐蚀介质
失效 方式
腐蚀疲劳断裂：交变应力+腐蚀介质
应力松弛 ：高温、长期恒应变 （变形）
一般忽略
2.服役条件、失效方式和性能要求
1、高的弹性极限、屈服极限
力学性能
2、高的疲劳强度、良好的抗应力松弛性能 3、高的冶金质量
性能 要求
1、良好的耐热性、耐腐蚀性
理化性能
2、较高的低温冲击韧度、较低的脆性转化温度 3、高导电、无磁性、不产生火花或恒弹性等
3）加热和冷却时的临界点和热加工温度 材料 60Si2M n Ac1 755 Ac3 810 Ar 1 70 0 Ar3 Ms 卷簧加热温度 淬火温度 900-950 880 回火温度 370-430
770 260
4.加工工序和热处理工艺
4）两种热处理（淬火+回火）工艺
a.常规热处理
定义：弹簧热卷成形和淬火工艺 分开进行，即二次加热淬 火法。 优点：弹簧淬火质量稳定 缺点：操作繁杂，能耗多，生产 周期长等。且无保护气体 加热时钢材表面脱碳严 重，显著降低弹簧的疲劳 寿命。
4.加工工序和热处理工艺
b.成形余热淬火
定义：热卷、整形、淬火工艺合 并完成，即一次加热淬 火法。 优点：减少一次高温加热，故表 现氧化脱碳少、节约能源、 生产率高 缺点：必须在短时间内完成卷簧 和整形（尺寸要求），才 能保证温度不会降到Ac3 以下。
4.加工工序和热处理工艺
回火温度的确定
60Si2MnA弹簧钢不同温度回火保温90min的显微组织 ( a) 3700C ( b) 4000C ( c) 4300C (d) 4600C
螺旋弹簧的热处理工艺研究
By：黄娇平、张孟孟、姚绵懿、马玉平、高雪、刘芳
目录
1.分类 2.服役条件、失效方式和性能要求 3.零件用材料 4.加工工序和热处理工艺 5.质量检查事项和方法
6.热处理缺陷及解决方法
1.分类
螺旋弹簧：即用弹簧钢丝绕制成的螺旋状弹簧。广泛应 用于各类机械设备、仪器仪表等。 1）按工作时受载荷的特性不同 压缩弹簧、拉伸弹簧和扭转弹簧。
OM组织：碳化物点状、弥散匀布在铁素体上 TEM组织：板条状回火马氏体
4.加工工序和热处理工艺
c.去应力退火
T：380~400℃
保温时间：τ=30min
冷却速度：随炉缓冷 组织：回火M（去应力退火不改变组织）
4.加工工序和热处理工艺
热成型
适用范围： ★ 适用于合金弹簧钢，不适用于碳素弹簧钢。 ★ 圆截面材料直径大于12mm、矩形截面材料边长大于10mm、 板厚大于8mm的螺旋弹簧一般采用热成形法制造。
4.加工工序和热处理工艺
热成型典型实例—60Si2MnA
1）成形弹簧钢材 钢材检查--切削料--加热钢棒，热卷弹簧--整形--淬火--热整形--回火 --断面磨削--喷丸处理--探伤--喷漆--检验--包装
4.加工工序和热处理工艺
2）化学成分 元素 含量 C 0.58 Si 1.77 Mn 0.79 Cr 0.15 P 0.015 S 0.005
钢中的碳与介质中的氧作用而形成CO被燃烧掉或是生成非金属碳化物
由于生产中加热炉以空气作为介质,难免含有O2,CO2,HO2(水汽),H2等 气体,因此上述反应就会发生,产生氧化、脱碳现象,而且加热温度越 高、保温时间越长,氧化脱碳现象就越严重。
6.热处理缺陷及解决方法
2、氧化和脱碳
解决方法：
改箱式电阻炉为网带炉,控制簧片加热温度和 传送带速度(对应于簧片保温时间),并采用滴 入丙烷控制炉内气氛等措施。
3.零件用材料
二、合金弹簧钢
1、含碳量：0.45%C-0.7%C
2、主加元素：Si, Mn ★ 提高淬透性 ★ 提高钢的弹性极限 ★ 提高钢的回火稳定性 ▲ Si促进钢的石墨化倾向，并使钢在加热时易于脱碳 ▲ Mn增加钢的过热敏感性
3、辅加元素：Cr, W, V等
★ 主要是为了克服Si, Mn带来的缺点 ★ Cr还可进一步提高淬透性，W, V等提高回火稳定性 4、代表钢种：50CrVA、60Si2Mn等
4.加工工序和热处理工艺
特殊处理：喷丸
目的：减轻或消除弹簧表面缺陷（如小裂纹、凹凸、缺口及表面脱
碳等）的有害作用，在其表面产生Байду номын сангаас环的塑形变形、加工硬化和有
益的残余压应力，从而有效地提高弹簧的疲劳极限和使用寿命。经 喷（抛）丸处理的弹簧使用寿命可提高一倍以上。
4.加工工序和热处理工艺
实例：对于直径为3~6mm钢丝制作的中型压缩弹簧，采用直径为0.7mm钢丸
工艺性能
1、相应的淬透性，较小的过热敏感 性和表面脱碳倾向小
2、足够的塑形和良好的弯曲、扭转及缠绕性能
3.零件用材料
弹簧钢常见的是碳素弹簧钢和合金弹簧钢 一、碳素弹簧钢
1、含碳量：0.8%C-0.9%C ★ 含碳量较高，以保证高的弹性极限和疲劳极限。 ▲ 淬透性差，抗应力松弛性能不好，耐蚀性差，弹性模量温 度系数大 2、代表钢种：85等。
4.加工工序和热处理工艺
2）化学成分
3）热处理工艺
4.加工工序和热处理工艺
a.完全退火
T：830~840℃（Ac3+20~30） 升温速度：100~200℃/h 保温时间：τ=8.5+Q/4(Q为装炉量) 冷却速度：100℃/h，随炉缓冷至 600℃，后空冷 组织：先共析F+P
4.加工工序和热处理工艺
b.淬火-铅浴回火
T：880~900℃，细化晶粒配合电接触
加热可达1000摄氏度 保温时间：τ=5~15min
冷却介质：循环油冷，油温在40~70℃
组织：匀细板条M
4.加工工序和热处理工艺
油淬火-回火弹簧钢丝热处理生产线布置简图
4.加工工序和热处理工艺
淬火马氏体组织（细条状的碳化物）
4.加工工序和热处理工艺
3）同一批次的硬度不均匀 工艺、设备、弹簧堆放方式等
6.热处理缺陷及解决方法
1、硬度异常
解决方法：
合理控制加热温度和保温时间,且在淬火后要 对应对进行检查,防止出现回火硬度。
改箱式电阻炉为网带炉,解决同一批次弹簧的
硬度不均匀问题
6.热处理缺陷及解决方法
2、氧化和脱碳
1）氧化 钢中的铁与介质中的氧化合,形成一层氧化铁皮 1）脱碳
2）按制作方法
冷成形弹簧和热成形弹簧。
1.分类
压缩螺旋弹簧
拉伸螺旋弹簧
扭转螺旋弹簧
2.服役条件、失效方式和性能要求
弹性范围内工作
应力状态
交变载荷条件下长期工作
服役 条件
一般为常温，部分工作于高温或低温下长 期工作
工作环境
部分与腐蚀介质下工作
2.服役条件、失效方式和性能要求
脆性断裂：低温、冲击 疲劳断裂：交变应力
b.淬火-铅浴回火
T：400~430℃ 保温时间：回火：30min 冷却介质：空冷 组织：回火M
4.加工工序和热处理工艺
抗拉强度、断面收缩率、硬度随回火温度的变化曲线
4.加工工序和热处理工艺
油淬火回火弹簧钢丝( 50CrVA) 的金相组织
a. OM 组织( x 1 000) b.TEM 组织( x45 000)