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弹簧回火技术及热处理缺陷和控制

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弹簧回火技术及热处理缺陷和控制
更新时间:2016-07-05

 1 弹簧钢丝的发展与应用

    1.1 油淬火—回火弹簧钢丝发展历史简要回顾

  我国在70年代初期开始研究自己的油淬火—回火弹簧钢丝生产技术。在我国油淬火—回火弹簧钢丝生产技术研究的过程中,原北京特殊钢厂所属拔丝车间的工程技术人员和原北京钢铁学院(北京科技大学)的教师生做出了突出贡献。1974年10月原北京特殊钢厂所属拔丝车间成功地将该项技术投入大生产,揭开了我国油淬火—回火弹簧钢丝生产的新篇章,并保持了该厂近二十年独步国内市场的局面。其间在计划经济的体制下有些钢铁企业也曾将该项技术投入试生产,但因机制问题、工艺技术问题等而未能实现。改革开放以后特别是近几年,随着汽车行业、摩托车行业、柴油机行业、机械行业的迅速发展,及目前我国逐步成为世界加工基地的发展趋势。和利益诱惑使得各种资本竞相进入该行业。陆续出现了如郑州金属制品研究院、中试二厂、河南裕丰、河南鹤壁、郑州新亚、天津棣华、天津鑫浩、江苏神王、上海三联、湖南斯普凌、南京东吴、浙江海纳等十几家油淬火—回火弹簧钢丝生产厂家。而且目前仍有国内外资本投向该行业。

    1.2 油淬火—回火弹簧钢丝工艺技术发展历史简要回顾

  我国在油淬火—回火弹簧钢丝生产技术研究过程中,主要参照了瑞典和日本的技术标准和工艺思路。但在研发的初期由于工艺技术问题、设备问题、生产效率问题、产品成本问题,而走了一段弯路。直到80年代末、90年代初期,我国油淬火—回火弹簧钢丝生产工艺才基本稳定下来,按目前国内常用材质来说其产品稳定性按高低依次如下:50CrVA、60Si2MnA、65Mn、70#、82B、55CrSi、SUP12、SAE9254、55CrSiV。

   1.3 我国油淬火—回火弹簧钢丝产品质量发展历史简要回顾

  我国油淬火—回火弹簧钢丝产品质量从不稳定到基本满足中低端弹簧产品的需求,碰到了许多质量问题。有些问题现已解决,有些问题仍需进一步研究对策加以解决。

现已基本解决的问题:

(一)、钢丝脆断问题(自然断裂和绕簧断裂)

(二)、脱碳问题 (加工过程不良所致)

(三)、裂纹问题 (原材料问题,加工过程不良)

(四)、尺寸不均问题 (加工过程不良)

(五)、小镰刀弯问题 (加工过程不良)

(六)、尺寸精度问题

   虽然上述单项问题,国内基本已解决。但综合起来看,这些问题仍影响着油淬火—回火弹簧钢丝的综合性能。具体表现为钢丝通条性能不稳定,导致弹簧不稳定性增大,特别汽门弹簧疲劳寿命达不到规定要求。

  要缩小我国油淬火—回火弹簧钢丝与国外产品质量的差距,应当进一步提高对该种产品的认知水平,加大研发,技术和设备投入。同时加强与原材料生产厂家的合作。确保产品质量上一个新的台阶,否则我们只能在中低端弹簧产品领域中徘徊。

    1.4 油淬火—回火弹簧钢丝产品特点

(一) 屈强比高,弹簧残余变形小。

(二) 通条性能稳定:同盘差小于75Mpa有利于卷簧和提高弹簧疲劳寿命。

(三) 与传统弹簧生产方式相比,可省去绕簧后的一些工序。

(四) 绕簧成材率高,可降低成本。

    1.5 油淬火—回火弹簧钢丝适用范围

    油淬火—回火弹簧钢丝不能完全替代冷拉弹簧钢丝。特别是小规格弹簧钢丝。油淬火—回火弹簧钢丝是针对汽门弹簧、悬架弹簧的抗疲劳性能,而发展起来的。而且为了达到最佳效果,还应当在绕簧后结合喷丸处理。弹簧生产企业在储存该种钢丝时应注意其时效作用,使用该种钢丝绕簧后应及时进行后序处理。避免储存使用不当造成损失。近几年随着对该种产品认知水平的提高,该种产品逐渐应用到离合器弹簧和汽车索具等产品。油淬火—回火弹簧钢丝是否能够完全满足拉簧、扭簧、异型簧及需要镀层的弹簧的要求,有待于进一步探讨。

1.6 油淬火—回火弹簧钢丝市场形势简要分析

    中国将成为世界性的加工基地,也是世界上最大的市场。正因如此,油淬火—回火弹簧钢丝市场的竞争将更趋向热化。虽然,目前有些大型弹簧厂使用进口钢丝,但因交货期,价格等问题,终究有一些局限,而绝大部分弹簧企业仍选择使用国内企业的钢丝。但随着国内生产企业的增加,必然使竞争加剧,特别是今年五月上海一家国内企业与两家日本企业共同投资兴建的“巨无霸”厂投产后必将有部分油淬火—回火弹簧钢丝生产企业因机制问题、人才问题、技术问题、设备问题、资金问题而被淘汰。而剩下的企业如不警醒,尽早采取措施,也只能在中低端产品市场艰难的生存。

    而油淬火—回火弹簧钢丝生产企业的竞争加剧,不可避免地要进行价格战和质量大战,这又给弹簧生产企业带来一定的利益。

    2 弹簧的回火处理

    2.1 弹簧回火有以下三个目的:

(1)将材料的屈服强度提高到抗拉强度的 90%左右,改善弹簧抗蠕变性能;

(2)释放拉丝及卷簧过程造成的残余应力,改善疲劳性能及蠕变性能;

(3)稳定弹簧形状(回火 15-30 分钟后弹簧外圈会缩到一个稳定水平)。

    2.2 在弹簧回火的过程中我们一定要注意:

(1)避免以提高温度缩短时间的方式进行弹簧回火处理;

(2)硬度:随回火温度的升高,硬度稍微上升后就下降。疲劳性能最好的温度略低于硬度最大的温度;

(3)缩径:碳钢弹簧回火时外径会缩小,所以卷簧时应预留一些尺寸;

(4)弹簧回火色:回火色与温度和钢丝表面的残留物有关,颜色不均匀与温度分布或炉膛内的气流有关,如果期望颜色均匀,要管理好炉子及装料方式;如果局部有油或指印,回火后会变色;

(5)回火温度:一般采用的回火温度在250-280℃,如果采用 200-250℃处理钢丝,虽然可以提高强度,但塑韧性也会损失,可导致拉簧做弯钩或扭簧弯腿时发生断裂;

(6)压簧:锤打以后轻度低温回火可以减少变形;

(7)拉簧:回火处理后初应力会有损失,设定偏差时应考虑允许损失量;

(8) 扭簧:卷簧后进行 280℃回火处理,如卷簧后要再加工,低温回火温度为 250℃; 

(9)拉簧的钩及扭簧的臂:回火后位置会变,如有准确位置要求,应掌握好变化量。

    3 在热处理过程常出现的加热缺陷及控制

    3.1 过热现象

    我们都知道热处理过程中加热过热最易导致奥氏体晶粒的粗大,使零件的机械性能下降。

1、一般过热:加热温度过高或在高温下保温时间过长,引起奥氏体晶粒粗化称为过热。粗大的奥氏体晶粒会导致钢的强韧性降低,脆性转变温度升高,增加淬火时的变形开裂倾向。而导致过热的原因是炉温仪表失控或混料(常为不懂工艺发生的)。过热组织可经退火、正火或多次高温回火后,在正常情况下重新奥氏化使晶粒细化。

2、断口遗传:有过热组织的钢材,重新加热淬火后,虽能使奥氏体晶粒细化,但有时仍出现粗大颗粒状断口。产生断口遗传的理论争议较多,一般认为曾因加热温度过高而使MNS之类的杂物溶入奥氏体并富集于晶界面,而冷却时这些夹杂物又会沿晶界面析出,受冲击时易沿粗大奧氏体晶界断裂。

3、粗大组织的遗传:有粗大马氏体、贝氏体、魏氏体组织的钢件重新奥氏化时,以慢速加热到常规的淬火温度,甚至再低一些,其奥氏体晶粒仍然是粗大的,这种现象称为组织遗传性。要消除粗大组织的遗传性,可采用中间退火或多次高温回火处理。

3.2 过烧现象

加热温度过高,不仅引起奥氏体晶粒粗大,而且晶界局部出现氧化或熔化,导致晶界弱化,称为过烧。钢过烧后性能严重恶化,淬火时形成龟裂。过烧组织无法恢复,只能报废。因此在工作中要避免过烧的发生。

3.3 脱碳和氧化

钢在加热时,表层的碳与介质(或气氛)中的氧、氢、二氧化碳及水蒸气等发生反应,降低了表层碳浓度称为脱碳,脱碳钢淬火后表面硬度、疲劳强度及耐磨性降低,而且表面形成残余拉应力易形成表面网状裂纹。加热时,钢表层的铁及合金与元素与介质(或气氛)中的氧、二氧化碳、水蒸气等发生反应生成氧化物膜的现象称为氧化。高温(一般570度以上)工件氧化后尺寸精度和表面光亮度恶化,具有氧化膜的淬透性差的钢件易出现淬火软点。为了防止氧化和减少脱碳的措施有:工件表面涂料,用不锈钢箔包装密封加热、采用盐浴炉加热、采用保护气氛加热(如净化后的惰性气体、控制炉内碳势)、火焰燃烧炉(使炉气呈还原性)

3.4 氢脆现象

高强度钢在富氢气氛中加热时出现塑性和韧性降低的现象称为氢脆。出现氢脆的工件通过除氢处理(如回火、时效等)也能消除氢脆,采用真空、低氢气氛或惰性气氛加热可避免氢脆。象现在的连续热处理炉淬火后及时回火处理时可在回火过程中兼顾驱氧处理,跟据目前的使用和统计情况看在连续式可控气氛热处理炉所处理的产品一般是不会出现氢脆现象的。

 


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