鋼絲螺旋彈簧的熱處理
前言
對長度50m、外徑ф60mm的扁截面圓柱螺旋壓縮彈簧的熱處理是我們接受的一項外援任務。在國外，制造這種彈簧是使用油淬、回火后的鋼絲繞制成形然后經(jīng)低溫回火來消除繞制應力。而在國內(nèi)，到目前為止還沒有生產(chǎn)此類扁截面彈簧的專業(yè)廠，因而對這種異形截面鋼絲大多數(shù)是用圓鋼絲軋制或拉拔而成，繞制成彈簧后再經(jīng)淬火和回火處理。顯然對這么長的彈簧進行淬、回火處理困難很大。我們經(jīng)過調(diào)研分析和大量試驗，初步摸索了這種長彈簧的電阻法加熱淬火工藝，取得了比較滿意的結(jié)果。 一、電阻法加熱工藝方案的確定和設備設計
根據(jù)這種彈簧較長的特點和技術(shù)要求，我們比較了以下三種工藝方案，即火焰淬火、高頻淬火和電阻加熱淬火，經(jīng)過分析對比認為，雖然電阻加熱淬火方案也有一定的技術(shù)難點，但最大特點是加熱時不要求彈簧旋轉(zhuǎn)，不要噴射冷卻液的專業(yè)設備。所以，確定用電阻加熱淬火法進行試驗。我們在熱學、電學的基礎(chǔ)上推導了溫度隨時變化的函數(shù)，依次推導出電阻加熱過程中電能轉(zhuǎn)換成熱能以及輻射熱的熱量隨時的變化規(guī)律，作為確定電阻加熱工件參數(shù)的參考依據(jù)。二、試驗設備與結(jié)果
1.試驗設備
試驗中采用的儀器設備有：(1)ZUDG—253鹽浴爐變壓器一臺；(2)彈簧加熱淬火用絕緣固定裝置一套；(3)冷卻水槽一個；(4)WGG2—302光學高溫計一個IRT—1200型紅外測儀一個；秒表一只。
2.試驗的主要內(nèi)容
確定淬火加熱時間和回火時間，選擇淬火介質(zhì)和觀察金相組織。
3.試驗結(jié)果
(1)淬火加熱時間的確定，根據(jù)電阻加熱是內(nèi)熱源加熱，溫度是時間的函數(shù)關(guān)系本試驗采用秒表，光學高溫計和紅外測溫儀分別測量在一定電參數(shù)下試件能達到不同溫度的連續(xù)加熱時間，以此確定淬火加熱時間。
(2)回火時間的選擇，采用秒表和紅外測溫儀進行測試，結(jié)果表明回火加熱時間在25—30S之間較為適宜。
(3)淬火介質(zhì)的選擇，按照水、油聚乙烯醇三種淬火介質(zhì)分別進行了試驗。從試驗結(jié)果來看，這三種淬火介質(zhì)都能滿足硬度和淬透性要求，但水淬的試件有明顯脆性，而油污染大，易著火。經(jīng)大量試驗比較，選用濃度為0.5%的聚乙烯醇淬火劑較為適宜。
(4)金相組織，試驗結(jié)果表明：這類彈簧在電參數(shù)選取適宜，并能保證電參數(shù)穩(wěn)定的條件下，淬火加熱2min,溫度可達到860—880℃，得到極細的淬火組織，在1000倍光學顯微鏡下才能觀察到明顯的馬氏體針狀組織特征。回火工藝為380℃×28S，硬度可達到39—43HRC。金相組織為回火屈氏體+少量回火素氏體，未見明顯的脫碳層故具有良好的綜合機械性能。 三、試驗結(jié)果分析
1.電阻法加熱具有較高的加熱速度，從而能使鋼在加熱時奧氏體晶粒得到細化，在加熱時間控制適當時，一般不會出現(xiàn)過熱現(xiàn)象。油淬火硬度與加熱時間之間關(guān)系得知：雖然在電參數(shù)穩(wěn)定條件下，加熱1.5min就能達到硬度要求，但考慮到繞制時，彈簧圈內(nèi)側(cè)較外側(cè)厚這個因素，因此將加熱時間延長2min較為適宜。
2.就電阻法加熱來說,時間對溫度的敏感性很大，因此要求材質(zhì)和截面尺寸可能達到均勻一致。從整體看，電阻法加熱速度快，時間控制適當不會造成過熱現(xiàn)象。可是當工作截面明顯變化時，有可能造成局部溫度過高，重則過燒甚至熔斷，所以在使用電阻法加熱設備加熱工件時，特別是處理這類異形截面彈簧時，要預備一臺空氣壓縮機進行局部降溫，減小溫差；同時在加熱前必須除去工件表層的銹蝕，防止電加熱接觸不良，產(chǎn)生電火花燒傷工件。
3.本試驗選用聚乙烯醇火劑，能滿足彈簧淬火硬度要求，減小了變形和開列現(xiàn)象這類介質(zhì)冷卻速度可介于水和油之間，從而可大大減小奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的熱應力和相變應力，減小工件的變形和開裂現(xiàn)象。
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