簧片用50CrVA彈簧鋼材料的熱處理工藝研究

吳明

簧片用50CrVA彈簧鋼材料的熱處理工藝研究

吳明

（江陰興澄特種鋼鐵有限公司 江蘇江陰 214429）

為了降低柴油機(jī)的噪音，所以需要對柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的振動(dòng)進(jìn)行控制。通過安裝減振器卷簧主動(dòng)圈的方式對柴油機(jī)的減振，因便捷、性價(jià)比高而廣為應(yīng)用。卷簧圈的簧片材質(zhì)是確保減振效果的關(guān)鍵，通過熱處理的方式進(jìn)行卷簧圈的制作，對簧片的材料延展性、剛性有一定的要求，那么常用50CrVA彈簧鋼材料熱處理工藝有哪些呢？本文將針對50CrVA彈簧鋼材料進(jìn)行研究。

簧片；熱處理；彈簧鋼材料

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)工作時(shí)，會產(chǎn)生很大的振動(dòng)以及噪音，對減振器將產(chǎn)生較大扭轉(zhuǎn)，進(jìn)而影響柴油機(jī)的正常運(yùn)作。對柴油機(jī)進(jìn)行減振操作勢在必行，減振的方式有很多，其中一種方式就是通過安裝減振器卷簧主動(dòng)圈，來控制柴油機(jī)的振動(dòng)，減少噪音的影響。而卷簧圈中的簧片是根據(jù)同心度進(jìn)行同曲線的環(huán)繞。因?yàn)榫砘扇Φ慕Y(jié)構(gòu)極具特殊性，所以需要對簧片進(jìn)行熱加工處理，以此達(dá)到彎曲的效果。而這就對材質(zhì)延展性、剛性有非常高的要求。目前，50CrVA材料是常用的彈片材料。

1 50CrVA彈簧鋼材料實(shí)驗(yàn)

卷簧圈材料在長期的使用過程中，需要具備超強(qiáng)的韌性、塑性、剛性的需求，以保證卷簧圈的形狀可以在振動(dòng)移動(dòng)過程中不發(fā)生變形破損。50CrVA彈簧鋼材料是常見的簧片選擇，但50CrVA擁有諸多的規(guī)格，需要挑選不同規(guī)格進(jìn)行材料特殊性能的測試。

1.1 實(shí)驗(yàn)方式的選擇

卷簧圈的特殊構(gòu)造要求材料需擁有良好的塑性，并在加熱后能利于簧片的迅速成型，針對此特性，需要進(jìn)行冷軋帶鋼的退火工藝實(shí)驗(yàn)；卷簧圈的使用壽命長短取決于簧片的材質(zhì)，簧片在進(jìn)行重復(fù)的伸拉變形后，難免會產(chǎn)生一定的疲勞，所以簧片的材料需要具備良好的抗疲勞性。同時(shí)還應(yīng)該具備高屈服強(qiáng)度以及良好的抗拉性。針對該特性需要進(jìn)行針對性的淬火以及回火工藝的測試。

1.2 50CrVA材質(zhì)性能測試

1.2.1 退火工藝

卷簧圈的原料是不同規(guī)格的50CrVA冷軋窄帶鋼，退火工藝可以用來消除帶鋼在冷軋過程中形成的材料自發(fā)硬化趨勢，消除內(nèi)應(yīng)力，降低材料的硬度。退火工藝的實(shí)驗(yàn)采用的是正交實(shí)驗(yàn)方式，在保證金屬材料的冷卻速度為40℃/h，爐冷時(shí)間在5h的條件下，分別控制加熱溫度、加熱時(shí)間、保溫溫度、保溫時(shí)間等變量，針對50CrVA不同厚度規(guī)格的材料進(jìn)行結(jié)果比對。

表1 正交試驗(yàn)條件以及產(chǎn)生的結(jié)果

1.2.2 淬火和回火工藝

簧片的熱處理工藝包括淬火和回火兩個(gè)部分。卷簧圈的熱處理分為兩種方式，分別是整個(gè)卷簧圈的熱處理以及單個(gè)金屬簧片的熱處理。本文研究的淬火和回火熱處理工藝，是在單簧片的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。針對不同厚度的50CrVA材料進(jìn)行加熱處理，并選定鹽浴爐這樣的介質(zhì)，觀察冷卻的速度。

2 實(shí)驗(yàn)分析與結(jié)果

根據(jù)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)可以看出，50CrVA材料在淬火和高溫回火的雙重影響之下，可以達(dá)到卷簧圈的性能要求。

2.1 影響淬火工藝因素

（1）溫度：850℃

現(xiàn)有的50CrVA材料中最薄的是1.24mm，單簧片進(jìn)行淬火加熱后，從出爐到冷卻介質(zhì)的過程需要一定的時(shí)間，薄簧片的冷卻速度卻非常快，因此會導(dǎo)致實(shí)際進(jìn)入冷卻介質(zhì)淬火的溫度降低。這個(gè)過程中50CrVA材料會有鐵素體的析出，會影響淬火的效果，所以選定簧片用50CrVA彈簧鋼材料加熱溫度為850℃。

（2）加熱方式：選擇硝鹽介質(zhì)

因?yàn)榫砘扇τ?0CrVA鋼帶的厚度較薄，不能承受過高的加熱溫度，如采用傳統(tǒng)的加熱方式，會讓50CrVA彈簧鋼帶發(fā)生變形、斷裂的現(xiàn)象。現(xiàn)使用的50CrVA鋼帶中最薄的是1.24mm，最厚的為2.86mm。既然卷簧圈材料的厚度沒有辦法增大，那么為了增加50CrVA彈簧材質(zhì)的穩(wěn)定性，只能改變加熱方式方法了。目前選擇的加熱介質(zhì)為硝鹽浴，它能提高材質(zhì)在高溫區(qū)的均勻受熱能力，降低低溫區(qū)的冷卻能力。

（3）冷卻方式：油冷

卷簧圈在進(jìn)行高溫回火后，需要采用一定的方式進(jìn)行冷卻，這一步驟需要注意冷卻時(shí)保證材質(zhì)的均勻性。由于50CrVA材料擁有一定的回火脆性傾向，同時(shí)因?yàn)榫砘扇Φ恼w尺寸偏小，所以在進(jìn)行高溫回火后，可以采用油冷的方式進(jìn)行冷卻。

（4）輔助工序：材料的清洗

在進(jìn)行硝鹽爐加熱后，50CrVA鋼材料上可能會附著少量的鹽漬，為了保證材料的完整性和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，需要對材料進(jìn)行清洗。

2.2 材質(zhì)的剛性和組織性測試

50CrVA彈簧鋼材料的性能是影響卷簧圈壽命的因素之一，而材料的組織均勻性以及剛性是兩大考察因素。組織均勻性能測試就是對材料中的金相組成進(jìn)行分析，實(shí)驗(yàn)證實(shí)在經(jīng)過熱處理加工后，50CrVA材質(zhì)中的為細(xì)小的回火屈氏體，這些細(xì)小的組織可以保證50CrVA彈簧鋼材料擁有較為良好的力學(xué)性能。材料的剛性測試也是在熱處理后進(jìn)行的，通過多次的重壓試驗(yàn)，進(jìn)行卷簧的徑向位移以及壓力的測試，得出兩者呈成比例的關(guān)系。即在經(jīng)過熱處理后，50CrVA彈簧鋼材料的發(fā)生的徑向位移的距離較小，所以50CrVA彈簧鋼材料符合卷簧圈的剛性要求。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)實(shí)驗(yàn)可以得出50CrVA彈簧鋼材料的熱處理工藝最佳選擇是：淬火溫度是850℃，保溫的時(shí)間保證在75min，并且是在油冷的條件下，而回火的溫度則是保持在580℃，時(shí)間保證為25min，同樣是在油冷的條件下進(jìn)行。

3 總結(jié)

降低柴油發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)幅度的卷簧圈，因其特殊構(gòu)造要求材料需擁有良好的塑性，在加熱后能利于簧片的迅速成型，需要進(jìn)行冷軋帶鋼的退火工藝實(shí)驗(yàn)。卷簧圈的簧片在進(jìn)行重復(fù)的伸拉塑性后會疲勞，所以簧片的材料需要具備抗疲勞性。同時(shí)還應(yīng)該具備高屈服強(qiáng)度以及良好的抗拉性。通過淬火和回火的熱處理工藝，可以證實(shí)50CrVA彈簧鋼材料完全符合卷簧圈的需求。因此簧片50CrVA彈簧鋼材料可以制作成減振器，幫助柴油發(fā)動(dòng)機(jī)降噪。

[1]鄭明宇，劉斌，白培康.簧片用50CrVA彈簧鋼材料的熱處理工藝研究[J].熱加工工藝，2013，16：189～191+194.

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