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平截面圆柱螺旋压缩弹簧的热处理流程


最近公司接到了一款来自于国外的弹簧,长50米、外径Φ60毫米的平截面圆柱螺旋压缩弹簧的热处理是我们接受的一项外援任务。在国外这种弹簧的制造是采用油淬、回火钢丝绕制成型,然后低温回火消除绕制应力。但在我国,目前还没有专门的厂家生产这种平截面弹簧,所以这种特殊截面钢丝大多是用圆钢丝轧制或拉制而成,卷成弹簧后再进行淬火和回火。显然,这么长的弹簧很难淬火和回火。经过调查分析和大量试验,初步探索了长弹簧的电阻加热淬火工艺,取得了满意的效果。

一、确定电阻加热工艺方案和设备设计

(1)根据该弹簧的长特性和技术要求,比较了火焰淬火、高频淬火和电阻加热淬火三种工艺方案。通过分析比较,我们认为电阻加热淬火方案虽然也有一定的技术难度,但最大的特点是专业设备不需要弹簧转动,加热时不喷冷却剂。因此,确定采用电阻加热淬火法进行试验。在热学和电学的基础上,推导出电阻加热过程中温度随时间变化的函数,进而推导出电阻加热过程中电能转化为热能和辐射热随时间变化的规律,作为确定电阻加热工件参数的参考。

二、测试设备和结果。

(1)试验设备:zudg-253盐浴炉变压器1台;弹簧加热淬火绝缘固定装置1套;冷却水箱1台;wgg2-302光学高温计irt-1200红外探测器1台;秒表1台。
(2)试验主要内容:确定淬火加热时间和回火时间,选择淬火介质,观察金相组织。

三、试验结果

(1)淬火加热时间的测定。根据电阻加热与内部热源的关系,温度是时间的函数,用秒表、光学高温计和红外测温仪测量试样在一定电参数下达到不同温度时的连续加热时间,以确定淬火加热时间。
(2) 通过秒表和红外测温仪测试回火时间的选择。结果表明,回火加热时间适宜于25~30s。
(3)根据水和油聚乙烯醇对淬火介质的选择进行了试验。试验结果表明,三种淬火介质均能满足硬度和淬透性的要求,但水淬试样明显脆化,而油污染大,易着火。通过大量试验,发现0.5%聚乙烯醇淬火剂的浓度更为适宜。
(4) 金相组织。试验结果表明,这种弹簧适用于电参数的选择,能保证电参数的稳定性。加热2分钟,温度可达860-880℃,可获得非常精细的淬火组织。在1000倍光学显微镜下才能观察到明显的马氏体针状组织。回火工艺为380℃×28s,硬度可达39-43hrc。显微组织为回火屈氏体+少量回火奥氏体,未发现明显的脱碳层,具有良好的综合力学性能。

四、试验结果分析

(1) 结果表明,电阻加热法具有较高的加热速度,使钢在加热过程中奥氏体晶粒得到细化。扭簧油淬火硬度与加热时间的关系表明,虽然在电参数稳定的情况下,加热1.5min后可以达到硬度要求,考虑到绕制时弹簧圈内侧比外侧厚,延长加热时间2min较为合适。
(2)对于电阻加热,时间对温度非常敏感,因此要求材料和截面尺寸均匀。从整体上看,电阻加热法加热速度快,时间控制得当不会造成过热。但是,当工作段发生明显变化时,可能导致局部温度过高,或烧坏甚至熔断。因此,在用电阻法加热工件时,特别是处理这种异形截面弹簧时,应准备一台空气压缩机进行局部冷却,以减小温差。同时,加热前必须清除工件表面的铁锈,防止电加热接触不良电火花烧伤工件。
(3)本试验选用聚乙烯醇灭火剂,能满足弹簧淬火硬度的要求,减少变形和上浮现象。这种介质的冷却速度介于水和油之间,可以大大降低奥氏体向马氏体转变的热应力和相变应力,减少工件的变形和开裂现象
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