弹簧钢的热处理及性能影响

    弹簧钢的特点—弹簧主要在动载荷下工作,即在冲击、振动的条件下,或在交变应力作用下工

作,利用弹性变形来吸收冲击能量,起缓冲作用。

    由于弹簧经常承受振动和长期在享变应力作用下工作,主要是疲劳破坏,故弹簧钢必须具有高

的弹性极限和高疲劳极限。此外,还应有足够的韧性和塑性,以防止在冲击力作用下突然脆断。

    在工艺性论方面,弹簧钢应具有较好的淬透性和低的过热、脱碳敏感性。降低弹簧表面粗糙

度能提高疲劳寿命。

    为了获得所需的性能,弹簧钢必须具有较高的含碳量。碳素弹簧钢的含碳量在0.6-0.9％之

间,由于碳素弹簧钢的淬透性差,故只用于制造截面尺寸不超过10-15mm的弹簧。对于截面尺寸较

大的弹簧,必须采用合金弹簧钢。合金弹簧钢碳含量在0.45-0.75％之间,加入的合金元素有Mn

,Si ,W ,V ,Mo等。它们的主要作用是提高淬透性和回火稳定性,强化铁素体和细化晶粒,有效地

改善弹簧钢的力学性能,其中Cr ,W ,Mo还能提高钢的高温强度。

    在热状态下成型的弹簧(直径或厚度一般在10mm以上)

    在冷状态下成型的弹簧(直径或厚度一般在10mm以下)

    热成型弹簧的热处理工艺--用这种方法成型弹簧多数是将热成型和热处理结合在一起进行

的,而螺旋弹簧则大多数是在热成型后再进行热处理。这种弹簧钢的热处理方式是淬火+中温回

火,热处理后组织为回火托氏体。这种组织的弹性极限和屈服极限高,并有一定的韧性。

    冷成型弹簧的热处理工艺--对于用冷轧钢板、钢带或冷拉钢丝制成的弹簧,由于冷塑性变形

使材料强化,己达到弹簧所要求的性能。故弹簧成型后只需在250C左右范围内,保温30min左右的

去应力处理,以消除冷成型弹簧的门应力,并使弹簧定型即可。

    耐热弹簧钢的热处理--内燃机的气阀弹簧是在较高温度下工作,有的还存在腐蚀性气氛,因此

必须选用特殊的弹簧钢和合适的热处理规范。

    弹簧淬火时常见的缺陷及防止措施：

    (1)脱碳(降低使用寿命)--1、采用盐浴炉或拄制气氛加热炉加热。2、采用快速加热工艺。

    (2)淬火后硬度不足,非马氏体数量较多,心部出现铁素体(产全残余变形,降低使用寿命)--1

、选用淬透性较好的材料。2、改善淬火冷却剂的冷却能力。3、弹簧进入冷却剂的温度应控制在

Ar3以上。4、适当提高淬火加热温度。

    (3)过热(脆性增加)--1、严格控制成型及淬火加热温度。2、加强淬火时的金相检验。

    (4)开裂(脆性增加,严重降低使用寿命)--1、控制淬火加热温度。2、淬火时冷到250-300C

时,取出空冷。3、及时回火

    提高弹簧质量的措施：

    (1)形变热处理--将钢的变形强化与热处理强化两者结合起来,以进一步提高钢的强度和韧性

。形变热处理有高、中、低温之分。高温形变热处理是在稳远的奥氏体状态下产生形变后立即淬

火,也可与锻造或热轧结合起来,即热成型后立即淬火。形变热处理己应用于汽车板簧生产中。

(60Si2Mn)

    (2)弹簧的等温淬火--对于直径较小或透透性足够的弹簧可采用等温淬火,它不仅能减少变

形,而且还能提高强韧性,在等温淬火后最好再进行一次回火,可提高弹性极限,回火温度与等温淬

火温度相同。

    (3)弹簧的松弛处理--弹簧长时间在外力作用下工作,由于应力松弛的结果会产生微量的永久

(塑性)变形,特别是高温工作的弹簧,在高温下应力松弛现象更为严重,使弹簧的精度降低,这对于

一般精密弹簧是不允许的。因此,这类弹簧在淬火,回火后应进行松弛处理--对弹簧预先加载荷,

使其变形量超过弹簧工作时可能产生的变形量。然后在高于工作温度20C的条件下加热,保温8-

24h。

    (4)低温碳氮共渗--采用回火与低温碳氮共渗(软氮化)相结合的工艺,能显著提高弹簧的疲劳

寿命及耐蚀性,此工艺多用于卷簧。

    (5)喷丸处理--划痕、折叠、氧化脱碳等表面缺陷往往会成为弹簧工作时应力集中的地方和

疲劳断裂源。若用细小的钢丸高速喷打弹簧表面,不仅改善弹簧表面质量,提高表面强度,并使表

面处于压应力状态,从而提高弹簧疲劳强度和使用寿命。