平面渦卷彈簧熱處理工藝革新

陳明武

（寧波技師學(xué)院,浙江 寧波 315032）

平面渦卷彈簧應(yīng)用廣泛，采用傳統(tǒng)熱處理工藝，其力學(xué)性能指標(biāo)可以達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求。但其高耗能、低效率等特性，被企業(yè)所不能接受。因此，通過對平面渦卷彈簧熱處理工藝技術(shù)革新，實現(xiàn)能耗低、效率高的經(jīng)濟(jì)目標(biāo)，與此同時，達(dá)到高的疲勞極限、高的彈性極限、高的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，以保證有足夠的彈性變形能力。

1 平面渦卷彈簧分析

（1）技術(shù)要求：該平面渦卷彈簧用于割草機(jī)啟動彈簧，厚度為0.8mm左右，側(cè)面直線度誤差不超過0.4/100，硬度為520～540HV。

（2）材料：65Mn鋼，化學(xué)成份：碳c：0.62～0.70、錳 mn：0.90～1.20、硫s：≤0.035、磷 p：≤0.035、鉻 cr：≤0.25、鎳ni：≤ 0.30、銅 cu：≤ 0.25。

65Mn鋼臨界點：Ac1=726℃，Ar1=689℃，Ac3(或Acm)=765℃，Ar3=741℃，Ms=270℃。

2 傳統(tǒng)熱處理工藝

（1）淬火加熱 使用箱式電阻爐，將材料放入鐵箱內(nèi)，加熱至溫度為850℃左右，保溫時間為2～3h，然后采用160℃硝鹽分級淬火。

（2）清洗材料 將在硝鹽分級淬火工件表面上的鹽渣清洗干凈。采用熱水(80～100℃)，材料浸泡中清洗干凈。

（3）回火處理 消除回火脆性，進(jìn)行二次回火。

第一次回火。加熱至溫度350℃左右，保溫3h，出爐空冷至室溫。

第二次回火。加熱至溫度580℃左右，保溫3h后空冷至室溫。

采用傳統(tǒng)熱處理工藝存在熱處理時間長，耗能高、自動化程度低等缺點。

3 采用熱處理新工藝

（1）淬火加熱。改善箱式電阻爐的缺陷，改造成井式電阻爐，井式電阻爐由三個爐箱組成，每個爐箱都可以進(jìn)行溫控，并將溫度設(shè)定830±10℃左右，原材料進(jìn)入爐箱，到出爐箱，每級爐箱溫度設(shè)定采用逐級加溫。考慮經(jīng)濟(jì)性、自動化程度以及效率等因素，采用流水線式熱處理工藝，原材料以2m/min的速度經(jīng)過井式電阻爐，然后采用油冷卻方式，以同樣速度進(jìn)行油冷。

（2）回火處理。根據(jù)彈性元件的特性采用中溫回火，以達(dá)到具有高屈服強(qiáng)度、優(yōu)良的彈性、良好的韌性，以及具有高的彈性極限。防止回火脆性采用二次回火。

第一次回火。原材料以2m/min的速度經(jīng)過溫度至380℃左右的電阻回火爐，出爐后空冷至室溫。

第二次回火。原材料卷成盤形后放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，加熱溫度至300℃，保溫一個小時，然后空冷至室溫。

4 65Mn經(jīng)熱處理后組織變化分析

4.1 淬火后金相組織變化分析

65Mn彈簧鋼加熱溫度達(dá)Ac1時，珠光體開始轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，剩下的鐵素體在溫度繼續(xù)升高至Ac3時，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。

從熱處理實驗數(shù)據(jù)證明，保溫時間短（包含零保溫）的晶粒比保溫時間長的小，從力學(xué)性能來講，晶粒越小，力學(xué)性能越好，所以采取2m/min速度通過井式電阻爐不光提高了熱處理效率，同時確保良好的力學(xué)性能。對于65Mn鋼經(jīng)810～870℃熱處理，力學(xué)性能在810～850℃時隨淬火溫度升高而增加，超過這個溫度范圍，力學(xué)性能隨溫度升高而降低。因此，淬火加熱溫度選擇在830±10℃最為合適。

經(jīng)油冷卻后，由于奧氏體晶粒中的碳原子分布不均勻，不同地碳濃度微區(qū)的MS點不同，低碳微區(qū)MS點較高，冷卻過程中首先形成馬氏體，高碳微區(qū)MS點較低，后生成馬氏體，馬氏體呈現(xiàn)被細(xì)化，同時也提高了鋼的強(qiáng)度。

圖1

4.2 回火后回火金相組織分析

第一次回火。65Mn鋼在淬火后，生成馬氏體，在380℃左右回火時，隨著溫度的升高，過飽和的碳原子繼續(xù)不斷地析出。析出的碳原子隨即同鐵原子化合成細(xì)小顆粒的碳化物。原馬氏體組織中的碳濃度已大大下降，成為鐵素體組織。其結(jié)果形成了一種由極為細(xì)小的顆粒狀滲碳體分布鐵素體基體上的機(jī)械混合物——回火托氏體。回火托氏體具有高的彈性極限。

第二次回火。使65Mn鋼金相組織為均勻的回火托氏體，同時消除應(yīng)力。

5 總結(jié)

通過熱處理技術(shù)改進(jìn)，將原有的各個熱處理環(huán)節(jié)進(jìn)行了串連，組成了熱處理流水線，而且通過調(diào)整熱處理工藝，縮減熱處理時間，從而提高了生產(chǎn)效率，同時，經(jīng)熱處理后材料力學(xué)性能也有了一定程度提升。

[1]許天已.熱處理實用技術(shù)問答[M].北京 :化學(xué)工業(yè)出版社,2012:171-186.

[2]潘健生.熱處理手冊工藝基礎(chǔ)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008:106-139.