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1、高强度弹簧的热处理工艺与规范一、645大直径热卷50CrVA阀门弹簧的热处理工艺与规范（1）大直径阀门弹簧的工作条件和性能要求大直径弹簧采用热卷而成，作为大型阀门用弹簧，在工作过程中要承受反复的伸长和压缩等，故其应具有优良的弹性和疲劳强度等，弹簧的失效形式主要是疲劳断裂和应力松弛，而90%以上的弹簧都是由于疲劳断裂而失效的。根据其服役条件来看，必须选用淬透性好、变形小而力学性能佳的50CrVA弹簧钢，经过淬火+中温回火以及抛丸处理后，完全可以满足其工作需要。（2）大宜径阀门弹簧的机械加工工艺流程大宜径弹簧的卷制比较困难，它不同于一般小直径弹簧的直接绕制，因此通常是在对原材料进行加热卷制而成，这
2、样可以有效地减少冷脆断裂，下面为其流程:备料一加热一卷制一校直一切割端面一热处理（淬火和中温回火）一粗磨端面一喷丸f立定处理（定型处理）f检验一浸漆一包装。（3）大直径阀门弹簧的热处理工艺技术要求a.原材料的成分、脱碳层、F金属夹杂物以及表面质量应符合技术要求。b弹簧的垂直度WO.5mm,间隙WO.5mm,表面进行喷丸处理，弹费的基体硬度在4046HRC,表面无脱碳和过热。c获得均匀细致的托氏体组织，表面质量缺陷。d.进行喷丸处理。热处理工艺a.卷制前弹簧采用磨光料，弹簧的加热是采用电接触加热，具有加热时间短、奥氏体晶粒细等特点，由于奥氏体晶粒较细，增加了材料体内组织晶粒数和晶界面积，降低了应
3、力集中，提高了位错运动的阻力。加热温度为(90010)C,此时利用材料的为温强度低、塑性好等特点，使盘制容易进行，但加热温度不宜过高或保温时间过长,否则会产生材料的过热或表面的氧化脱碳，甚至造成过烧而报废。b.淬火+中温回火。在RJX-75-9箱式电阻炉上进行加热，加热温度为850880C,保温系数按1.5minmm进行计算，以透烧为准，冷却介质对弹簧的硬度和性能有重要的影响，选择油冷则可满足其工艺要求。如在保护气氛的连续式网带炉上完成加热，可实现自动化作业，其加热时间可根据网带的运转频率来控制，其目的是确保弹簧在淬火前充分奥氏体化，同时进行碳势的控制。回火在低温井式回火炉或网带回火炉内进行，
4、根据硬度、垂直度和间隙的要求，采用专用的回火夹具，将其固定并正确放置，工艺规范为(400440)CX(1.52)h,保温结束后水冷。一般弹簧的回火温度一般在400500C之间，回火后可获得较高的疲劳强度，可从图3-10中了解到这类关系。图37055Si2Mn弹簧钢回火温度与疲劳强度的关系（4）大宜径阀门弹簧的热处理工艺分析与实施要点由于50CrVA钢的合金元素多，使钢的淬透性得到了改善，铭是强烈的碳化元素，它们的碳化物存在于晶界附近，故能有效地阻止晶粒的长大，因此适当提高淬火温度和延长保温时间不致引起晶粒的长大。在热卷弹簧的加热过程中，应当注意表面脱碳与淬火加热温度和时间的关系，实践表明淬火温
5、度高和加热时间长，均造成脱碳的加剧。因此，在箱式炉中进行加热时，应严格控制其工艺参数，另外,也可采用涂料或装箱保护加热，来减少其表面的氧化和脱碳。弹簧的表面脱碳能降低其使用寿命，而且容易成为疲劳裂纹源。弹簧的中温回火是为了获得要求的组织性能，考虑到50CrVA钢是产生第二次回火脆性的材料，因此回火结束后必须快冷（油冷或水冷），可防止回火脆性（造成其冲击韧性的降低），乂能在表面造成残余压应力，有利于提高疲劳强度，通常采用水冷而不进行油冷。回火后的组织为回火托氏体，硬度在4046HRC,它具有良好的弹性和足够的强度和韧性。另外，回火时间过短，不能获得均匀的组织和性能，时间过长则对于性能的改善不大，
6、因此应进行工艺试验来确定合理的时间。为了提高大直径弹簧的使用寿命以及承载能力，稳定弹簧变形的特性和疲劳强度，应对弹簧进行喷丸和强化处理。由于弹簧热卷和热处理时，脱碳总是存在的，有时深度在0.20.4mm,而喷丸后的硬化层可达050.6mm,既去掉了脱碳层，又产生一定的表面压应力，因此在弹簧承受载荷时，可抵消一部分交变载荷下的最大拉应力作用，需要注意应选择合理的吊装抛丸工艺参数：钢丸直径为e1mm、硬度为4650HRC喷丸速度为4060ms、时间58min,另外，钢丸的流量、叶轮的转速、装量的大小和排列情况等，对弹簧的抛丸质量有一定的影响，可通过工艺试验得到最佳的工艺参数。弹簧抛丸后，应进行低温
7、的时效处理（180-200）（12）h,其目的是减少残余变形，稳定弹簧尺寸以及提高疲劳强度等。对于该类大宜径的弹簧，应进行立定处理（即定型处理），其目的是稳定弹簧的外形尺寸，暴露其材料的外观缺陷，确保垂直度和间隙符合技术要求。为了减少变形，弹簧在炉内加热时，不宜竖放和堆放，应采用夹具（串芯轴）进行淬火和冷却。如果条件允许，对大直径弹簧采用电阻加热进行淬火和回火处理，也具有良好的效果，是指将弹簧头夹在电接点上进行加热，利用弹簧本身的电阻使之发热到淬火温度，加热是从内部向外部加热，淬火后变形小，组织均匀，同时也节约了能源，减少了浪费。为了提高弹簧的疲劳强度和使用寿命，除了进行喷丸处理外,还可进行高
8、温形变、回火与软氮化相结合的热处理工艺，目前在部分弹簧上已经得到了应用，取得了较好的经济效益和社会效益。（5）大直径阀门弹簧的热处理质量检验弹簧的热处理质量检验主要是硬度、金相组织、表层组织、外观质量、垂直度与间隙等，具体可参见相关的弹簧的质量检验。（6）大直径阀门弹簧的常见热处理缺陷分析与对策考虑到50CrV钢与65Mn.60Si2Mn等同属于弹簧钢的范围，因此其热处理后的缺陷分析与对策基本上是无大的差异，这里不再赘述，请参阅其他章节。二、柴油机部件弹簧的热处理工艺与规范（1）喷油嘴调速弹簧的工作条件和性能要求柴油机的喷油嘴调速弹簧（见图3-11）是受到高应力、高频率的反豆作用，工作温度较高
9、，在交变载荷的作用下，要求较高的硬度，两脚应在同一平面上，偏差应不大于05mm,受力后张开60,去除应力后仍能保持在同一平面上，不得有永久变形。其失效的形式为疲劳断裂和应力松弛（变形），一旦失控或失稳则降低柴油机的效率，其中疲劳断裂占总失效数量的80%90%。根据其工作的条件和要求，选用小2.832mm的钢丝卷制而成，材质为50CrV,热处理后的技术要求为4650HRC,该钢中含有铭、机等合金元素，可显著提高淬透性，降低过热敏感脆性，更好地满足其工作需要。图3-11喷油嘴调速弹簧（2）喷油嘴调速弹簧的机械加工工艺流程作为柴油机上的零部件，主要作用是完成对速度的调整工作，确保满足其不同频率、不同
10、应力下的工作需要，其一般的加工流程为盘绕一调整一热处理。(3)喷油嘴调速弹簧热处理工艺根据弹簧的技术要求，材料为50CrV,热处理后的硬度在4650HRC,变形量小，不得产生永久变形，无残余应力，调速平稳。因此其热处理的工艺路线应为：盘绕和调整一去除应力退火f盐浴加热淬火一校宜一低温回火一中温回火一检验一发蓝或发黑处理一包装入库。去除应力退火退火工艺为(200-240)CX(2-4)h,多在井式电阻炉内进行处理。盐浴加热淬火850870C加热,保温时间为36min,宜径小的取时间的下限，采用机械油冷却，淬火后硬度在60HRC以上。低温回火该类回火温度为160200C,保温时间为1.52h,在电
11、阻炉内进行，需要注意炉内的温度均匀性。中温回火低温回火后的弹簧冷却到室温后，随后在硝盐炉或弁式回火炉进行370400C的中温回火，保温0.7-Ih后油冷。(4)喷油嘴调速弹簧的热处理工艺分析与实施要点从调速弹簧的热处理工艺来看，应进行的退火、淬火、低温回火和中温回火是具有不同的作用的，作为弹簧应考虑到硬度和变形符合技术要求，其次始获得良好的回火组织，这一点十分重要。在对钢丝进行盘绕和调整后，其冷加工应力大，造成了部分晶粒变形和加工硬化，进行低温的去应力退火，释放了加工应力，有助于为进行淬火做好减少变形的准备，因此是十分必要的。关于盐浴的加热和淬火，应当采用合理的工装夹具，确保内口与盐浴面进行垂
12、直加热，另外要进行彻底的脱氧，禁止弹簧有氧化脱碳缺陷的产生，否则将宜接影响到硬度和使用寿命等，故必须认真执行，一般盐浴中的BaO的含量应不大于0.5%。在冷却过程中，应当使弹簧在油中上下运动，确保充分冷却，否则将造成硬度的不一致。淬火后不能立即进行中温回火，这是考虑到首先使淬火马氏体和残余奥氏体发生分解和转变，形成了回火马氏体组织等，则可避免在中温回火时发生分解转变为回火托氏体，而引起的部分应力的变化,从而减小了弹簧的变形，确保将应力降到最低。薛要注意的是：由于50CrV具有回火脆性，因此中温回火结束后应快速冷却（在油中或水中均可）。实践表明，采用上述热处理工艺处理的调速弹簧的热处理变形明显减
13、小，远远超过了100h的耐久试验，高达1500h,弹簧并未发生永久变形，其调速率稔定在2.2%27%范围内。完全满足其工作需要，为一类优化的热处理工艺，是值得推广的。（5）喷油嘴调速弹簧的热处理质量检验由于调速弹簧是直径细小的零件，因此采用正确的热处理工艺，应能确保硬度、变形量和弹性变形合格，质量的检验应围绕着上述三个方面进行，硬度检测使用洛氏硬度计，变形量以两脚在同一平面上的偏差不超过05nun,弹性变形采用两脚拉开60。，无永久变形，仍能回复在一个平面上为合格。(6)喷油嘴调速弹簧的热处理缺陷分析与对策根据调速弹簧的热处理工艺特点，关于热处理的缺陷可归纳如下，具体见表3-18。表3-18调速弹簧的常见热处理缺陷分析与对策
