碳素钢弹簧的热处理

在冷卷弹簧中使用最多的材料有碳素弹簧钢丝（牌号A组、B组、C组）、琴钢丝（牌号有G₁、G₂和F组），其中F组是气门弹簧专用钢丝，规格φ2～5mm。这类钢丝在生产过程中经铅浴等温和多次冷拔，材料在冷拔过程中产生冷作硬化，所以具有很高的强度。用碳素弹簧钢丝卷制的弹簧，不再需要淬火，但必须进行消除应力回火。消除应力回火的目的主要是：

（1）消除钢丝冷拔及卷制时所产生的应力。

（2）稳定弹簧尺寸。未经消除应力的弹簧在以后的加工和使用过程中会产生外径增大和尺寸不稳定现象。

（3）利用消除应力回火控制弹簧尺寸。如有时将弹簧固定在夹具上进行消除应力回火来调正弹簧的长度。

一．消除应力回火温度的时间的确定

消除应力回火的温度各厂所取范围大致相同，通常在200～350℃的范围内选取。总的原则是钢丝直径细的应采用较低的温度，粗的要采用较高的温度，在钢丝直径相同的条件下，有些钢丝的强度高，韧性稍差，温度可取得高一些。对疲劳性能要求高的动载荷弹簧，温度也可取得高一些。因此各行总弹簧都有各自最合适的消除应力回火温度。为使工艺不致于过分复杂，对压缩和扭转弹簧推荐采用表5－17所示的加热温度和保温时间。

表5－17  消除应力回火温度及保温时间

拉伸弹簧消除应力回火的温度和保温时间对弹簧的初拉力有很大的影响，回火温度低、保温时间短，则保留的初拉力大，反之则保留的初拉力小，图5－20是回火温度与初拉力之间关系的实验值。所以拉伸弹簧消除应力回火的温度和保温时间要根据所希望保留的初拉力的大小进行选择。一般可在200～300℃的范围内选取，通常选用260±10℃保温20～30min。如希望保留较多的初拉力，回火温度可低至180℃。应指出的是拉伸弹簧的初拉力应以卷簧时控制为主，消除应力回火对初拉力的调节仅起辅助作用。

二．消除应力回火对弹簧外形尺寸的影响

碳素钢丝卷制的弹簧经消除应力回火之后，一般是外径缩小，总圈数增加，压缩弹簧的自由高度会缩短，其外径的收缩量与旋绕比有关，旋绕比越大，外径缩小量越多。压缩弹簧自由高度的缩短还与弹簧的总圈数有关，即圈数愈多旋绕比愈大则自由高度的缩短量也愈多。拉伸弹簧和扭转弹簧在消除应力回火的过程中，由于外径收缩，工作圈发生转动，弹簧的长度反而增加，钩环和扭臂的角度也会产生改变。卷制弹簧时要充分考虑这些因素，在批量生产以前要经过消除应力回火试验后才能正式投产。回火后弹簧直径的变化量可用下列经验公式进行估算：

△D＝KD₂²T/d

式中△D——为弹簧外径变化量；

      K——外径收缩修正系数；

      D₂——弹簧中径（mm）；

      T——消除应力回火温度（℃）；

      d——钢丝直径（mm）。

K值与卷制方式有关，有芯卷制，K＝6×10^-5  无芯卷制，K＝4.4×10^-8

图5－20 拉伸弹簧回火温度与初拉力的   图5－21 65Mn回火温度与机械

关系示意图   性能的关系

三．退火状态碳素钢弹簧的热处理

制造弹簧的退火状态弹簧钢有65；70；75和85号钢。这类材料的淬透性比较差，开裂倾向大，淬火时易过热，机械性能比冷拔钢丝相差很多，常用于制造弹簧垫圈，片形弹簧和其它不重要的弹簧。65Mn的淬透性相对而言要好一些，材料直径小于15mm的弹簧可以在油中淬透，常用于制造碟形弹簧和平面涡卷弹簧。65Mn回火后的机械性能见图5－21。退火状态碳素弹簧钢的热处理工艺见表5－18。

表5－18  碳素弹簧钢热处理规范