平面渦卷彈簧熱處理工藝革新

摘 要：通過對平面渦卷彈簧熱處理工藝的研究與分析，在生產(chǎn)實踐中不斷探索與總結(jié)，解決熱處理工藝回火脆性的缺陷，提高熱處理效率和材料性能。

關(guān)鍵詞：渦卷彈簧；熱處理；工藝革新

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)性能指標可以達到國家標準要求。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)濟目標，與此同時，達到高的疲勞極限、高的彈性極限、高的抗拉強度和屈服強度，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，每個爐箱都可以進行溫控，并將溫度設(shè)定830±10℃左右，原材料進入爐箱，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，以達到具有高屈服強度、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)被細化，同時也提高了鋼的強度。

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小的顆粒狀滲碳體分布鐵素體基體上的機械混合物——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，將原有的各個熱處理環(huán)節(jié)進行了串連，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。

參考文獻：

[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：機械工業(yè)出版社，2008：106-139.

作者簡介：陳明武（1980-），男，浙江象山人，講師，研究方向：機械專業(yè)方向。endprint