高强度弹簧的热处理工艺与规范.docx

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高强度弹簧的热处理工艺与规范

一、ф45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)大直径阀门弹簧的机械加工工艺流程大直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,这样可以有效地减少冷脆断裂,下面为其流程:备料→加热→卷制→校直→切割端面→热处理(淬火和中温回火)→粗磨端面→喷丸→立定处理(定型处理)→检验→浸漆→包装。

(3)大直径阀门弹簧的热处理工艺

①技术要求

a.原材料的成分、脱碳层、非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≤0.5mm,间隙≤0.5mm,表面进行喷丸处理,弹簧的基体硬度在40~46HRC,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。

②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,降低了应力集中,提高了位错运动的阻力。加热温度为(900±10)℃,此时利用材料的高温强度低、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850~880℃,保温系数按1.5min/mm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,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(400~440)℃×(1.5~2)h,保温结束后水冷。一般弹簧的回火温度一般在400~500℃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3-1055Si2Mn弹簧钢回火温度与疲劳强度的关系

(4)大直径阀门弹簧的热处理工艺分析与实施要点

①由于50CrVA钢的合金元素多,使钢的淬透性得到了改善,铬是强烈的碳化元素,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。

②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。

③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),又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40~46HRC,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,因此应进行工艺试验来确定合理的时间。

④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0.2~0.4mm,而喷丸后的硬化层可达0.5~0.6mm,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ф1mm、硬度为46~50HRC、喷丸速度为40~60m/s、时间5~8min,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。

⑤弹簧抛丸后,应进行低温的时效处理[(180~200)℃×(1~2)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。

⑥对于该类大直径的弹簧,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)

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