彈簧鋼
彈簧鋼的特點---彈簧主要在動載荷下工作,即在沖擊、振動的條件下,或在交變應(yīng)力作用下工作,利用彈性變形來吸收沖擊能量,起緩沖作用。
由于彈簧經(jīng)常承受振動和長期在享變應(yīng)力作用下工作,主要是疲勞破壞,故彈簧鋼必須具有高的彈性極限和高疲勞極限。此外,還應(yīng)有足夠的韌性和塑性,以防止在沖擊力作用下突然脆斷。
在工藝性方面,彈簧鋼應(yīng)具有較好的淬透性和低的過熱、脫碳敏感性。降低彈簧表面粗糙度能提高疲勞壽命。
為了獲得所需的性能,彈簧鋼必須具有較高的含碳量。碳素彈簧鋼的含碳量在0.6-0.9％之間,由于碳素彈簧鋼的淬透性差,故只用于制造截面尺寸不超過10-15mm的彈簧。對于截面尺寸較大的彈簧,必須采用合金彈簧鋼。合金彈簧鋼碳含量在0.45-0.75％之間,加入的合金元素有Mn ,Si ,W ,V ,Mo等。它們的主要作用是提高淬透性和回火穩(wěn)定性,強(qiáng)化鐵素體和細(xì)化晶粒,有效地改善彈簧鋼的力學(xué)性能,其中Cr ,W ,Mo還能提高鋼的高溫強(qiáng)度。
在熱狀態(tài)下成型的彈簧(直徑或厚度一般在10mm以上)
在冷狀態(tài)下成型的彈簧(直徑或厚度一般在10mm以下)
熱成型彈簧的熱處理工藝--用這種方法成型彈簧多數(shù)是將熱成型和熱處理結(jié)合在一起進(jìn)行的,而螺旋彈簧則大多數(shù)是在熱成型后再進(jìn)行熱處理。這種彈簧鋼的熱處理方式是淬火+中溫回火,熱處理后組織為回火托氏體。這種組織的彈性極限和屈服極限高,并有一定的韌性。
冷成型彈簧的熱處理工藝--對于用冷軋鋼板、鋼帶或冷拉鋼絲制成的彈簧,由于冷塑性變形使材料強(qiáng)化,己達(dá)到彈簧所要求的性能。故彈簧成型后只需在250C左右范圍內(nèi),保溫30min左右的去應(yīng)力處理,以消除冷成型彈簧所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力,并使彈簧定型即可。
耐熱彈簧鋼的熱處理--內(nèi)燃機(jī)的氣閥彈簧是在較高溫度下工作,有的還存在腐蝕性氣氛,因此必須選用特殊的彈簧鋼和合適的熱處理規(guī)范。
彈簧淬火時常見的缺陷及防止措施
(1)脫碳(降低使用壽命)--1、采用鹽浴爐或拄制氣氛加熱爐加熱。2、采用快速加熱工藝。
(2)淬火后硬度不足,非馬氏體數(shù)量較多,心部出現(xiàn)鐵素體(產(chǎn)生和殘存變形,降低使用壽命)--1、選用淬透性較好的材料。2、改善淬火冷卻劑的冷卻能力。3、彈簧進(jìn)入冷卻劑的溫度應(yīng)控制在Ar3以上。4、適當(dāng)提高淬火加熱溫度。
(3)過熱(脆性增加)--1、嚴(yán)格控制成型及淬火加熱溫度。2、加強(qiáng)淬火時的金相檢驗。
(4)開裂(脆性增加,嚴(yán)重降低使用壽命)--1、控制淬火加熱溫度。2、淬火時冷到250-300C時,取出空冷。3、及時回火
提高彈簧質(zhì)量的措施
(1)形變熱處理--將鋼的變形強(qiáng)化與熱處理強(qiáng)化兩者結(jié)合起來,以進(jìn)一步提高鋼的強(qiáng)度和韌性。形變熱處理有高、中、低溫之分。高溫形變熱處理是在奧氏體狀態(tài)下產(chǎn)生形變后立即淬火,也可與鍛造或熱軋結(jié)合起來,即熱成型后立即淬火。形變熱處理己應(yīng)用于汽車板簧生產(chǎn)中。
(2)彈簧的等溫淬火--對于直徑較小或透透性足夠的彈簧可采用等溫淬火,它不僅能減少變形,而且還能提高強(qiáng)韌性,在等溫淬火后最好再進(jìn)行一次回火,可提高彈性極限,回火溫度與等溫淬火溫度相同。
(3)彈簧的松弛處理--彈簧長時間在外力作用下工作,由于應(yīng)力松弛的結(jié)果會產(chǎn)生微量的永久(塑性)變形,特別是高溫工作的彈簧,在高溫下應(yīng)力松弛現(xiàn)象更為嚴(yán)重,使彈簧的精度降低,這對于一般精密彈簧是不允許的。因此,這類彈簧在淬火,回火后應(yīng)進(jìn)行松弛處理--對彈簧預(yù)先加載荷,使其變形量超過彈簧工作時可能產(chǎn)生的變形量。然后在高于工作溫度20C的條件下加熱,保溫8-24h。
(4)低溫碳氮共滲--采用回火與低溫碳氮共滲(軟氮化)相結(jié)合的工藝,能顯著提高彈簧的疲勞壽命及耐蝕性,此工藝多用于卷簧。
(5)噴丸處理--劃痕、折疊、氧化脫碳等表面缺陷往往會成為彈簧工作時應(yīng)力集中的地方和疲勞斷裂源。若用細(xì)小的鋼丸高速噴打彈簧表面,不僅改善彈簧表面質(zhì)量,提高表面強(qiáng)度,并使表面處于壓應(yīng)力狀態(tài),從而提高彈簧疲勞強(qiáng)度和使用壽命。
操作注意事項
(1)熱處理前檢查表面是否有脫碳、裂紋等缺陷。這些表面缺陷將嚴(yán)重地降低彈簧的疲勞極限。
(2)淬火加熱應(yīng)特別注意防止過熱和脫碳,做好鹽浴脫氧,控制爐氣氣氛,嚴(yán)格控制加熱溫度與時間。
(3)為減少變形,彈簧在加熱時的裝爐方式,夾具形式和冷卻時淬入冷卻方法。
(4)淬火后要盡快回火,加熱要盡量均勺。回火后快冷能防止回火脆性和造成表面壓應(yīng)力,提高疲勞強(qiáng)度。
質(zhì)量檢查
熱處理前
(1)鋼材的軋制表面往往就是制成彈簧后的表面,故不應(yīng)有裂紋、折疊、斑疤、發(fā)紋、氣泡、夾層和壓入的氧化皮等。
(2)表面脫碳會顯著降什彈簧的疲勞強(qiáng)度,應(yīng)按規(guī)定檢驗脫碳層的深度。
熱處理后
(1)肉眼或低倍放大鏡觀察彈簧表的不應(yīng)有裂紋、腐蝕麻點和嚴(yán)重的淬火變形。
(2)硬度及其均勻性符合規(guī)定。大量生產(chǎn)時,允許用銼刀抽檢硬度,但必須注意銼痕位置應(yīng)不影響彈簧的最后精度。
(3)金相組織應(yīng)是托氏體或托氏體和索氏體的混合組織。
(4)板簧裝配后,通常還要進(jìn)行工作載荷下的永久變形以及靜載撓度試驗。
