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【概要描述】彈簧是廣泛使用于各類機械設備、儀器儀表、軍工產品及家具家電中的基礎零部件,在有些機械設備和裝置中彈簧是保證其使用功能 和運行安全的關鍵零部件。影響彈簧的功能和使用可靠性的因素很多,包括彈簧設計、選用、產工藝及使用工況條件等。其中材質和熱處理對彈簧的性能和使用壽命有重要甚至可以說是決定性的影響。由于彈簧的功能和使用特點,彈簧不僅要采用專門制造彈簧的材料而且必須通過熱處理強化獲得既有很高彈性極限和強度
【概要描述】彈簧是廣泛使用于各類機械設備、儀器儀表、軍工產品及家具家電中的基礎零部件,在有些機械設備和裝置中彈簧是保證其使用功能 和運行安全的關鍵零部件。影響彈簧的功能和使用可靠性的因素很多,包括彈簧設計、選用、產工藝及使用工況條件等。其中材質和熱處理對彈簧的性能和使用壽命有重要甚至可以說是決定性的影響。由于彈簧的功能和使用特點,彈簧不僅要采用專門制造彈簧的材料而且必須通過熱處理強化獲得既有很高彈性極限和強度
彈簧是廣泛使用于各類機械設備、儀器儀表、軍工產品及家具家電中的基礎零部件,在有些機械設備和裝置中彈簧是保證其使用功能 和運行安全的關鍵零部件。
影響彈簧的功能和使用可靠性的因素很多,包括彈簧設計、選用、產工藝及使用工況條件等。其中材質和熱處理對彈簧的性能和使用壽命有重要甚至可以說是決定性的影響。由于彈簧的功能和使用特點,彈簧不僅要采用專門制造彈簧的材料而且必須通過熱處理強化獲得既有很高彈性極限和強度又有足夠的韌性的最佳的力學性能,才能保證彈簧在使用狀態(tài)下長期可靠地工作。
對于要求在交變載荷下工作的彈簧,為提高彈簧的疲勞性能,通常還要進行噴丸處理或表面化學熱處理等強化處理,但是彈簧熱處理是最基本也是最重要的強化處理手段。 絕大多數彈簧是用彈簧鋼制造的,彈簧鋼包括碳素彈簧鋼和合金彈簧鋼及部分不銹鋼,由于彈簧種類很多,所用的材料包括材質、形狀和狀態(tài))、使用條件和制造方法各不相同,其熱處理方法也有不同。
表一 碳素彈簧鋼與合金彈簧鋼制彈簧的熱處理工藝類型及其金相組織
原材料類型 | 材料熱處理/加工 | 原材料金相組織 | 彈簧成型后的熱處理 | 成品彈簧的金相組織 | |
熱軋彈簧鋼板或圓鋼 | 熱軋+退火 | 珠光體+鐵素體 | 淬火+回火 | 回火托氏體 | |
等溫回火 | 貝氏體 | ||||
鋼 帶 | 退火鋼帶 | 球化退火 | 球狀珠光體 | 淬火+回火 | 回火托氏體 |
等溫回火 | 貝氏體 | ||||
冷軋鋼帶 | 等溫正火(鉛淬)正火+冷軋 | 變形(冷態(tài))索氏體 | 淬火+回火 | 回火托氏體 | |
等溫回火 | 貝氏體 | ||||
低溫去應力退火 | 索氏體+鐵素體 | ||||
淬火回火鋼帶 | 淬火+回火 | 回火托氏體 | 回火托氏體 | ||
貝氏體鋼帶 | 等溫淬火 | 貝氏體 | 貝氏體 | ||
鋼 絲 | 硬鋼絲 | 正火/等溫正火(鉛?。?冷拔 | 索氏體+鐵素體(變形) | 變形珠光體+索氏體 | |
琴鋼絲 | 等溫正火(鉛?。?冷拔 | 索氏體+鐵素體(變形) | 變形索氏體 | ||
油淬鋼絲 | 冷拔后正火+回火 | 回火托氏體 | 回火托氏體 |
表2 不銹鋼制彈簧的熱處理工藝類型及其金相組織
采用的原材料 | 原材料熱處理工藝 | 原材料金相組織 | 彈簧成型后的熱處理 | 彈簧成品的金相組織 | |
薄板 | 18-8型 (301/304) | 固溶處理+冷軋 | 變形奧氏體+形變誘發(fā)馬氏體 | 低溫去應力退火 | 奧氏體+回火馬氏體 |
沉淀硬化型 (0Cr17Ni7Al) (SUS 631) | 沉淀硬化處理 | 奧氏體+硬化物 | |||
固溶處理 | 奧氏體 | 沉淀硬化處理 | |||
Cr13(SUS302) Cr17類馬氏體 | 退火處理 | 鐵素體+碳化物 | 淬火+回火 | 回火馬氏體+碳化物 | |
鋼絲 | 18-8型(SUS302 SUS304/SUS316) | 固溶處理+冷拉 | 變形奧氏體+形變誘發(fā)馬氏體 | 低溫去應力退火 | 奧氏體+回火馬氏體 |
沉淀硬化型 (SUS631) | 沉淀硬化處理 | 同上+硬化相 |
表1與表2是各種彈簧按所采用鋼材及彈簧制造過程中進行的各類熱處理工藝及其金相組織的情況。概括起來,彈簧的熱處理工藝可以分為以下三種情況。第一種:凡是用經過強化處理的鋼絲,如碳素彈簧鋼絲(冷拉硬鋼絲)、琴鋼絲、油淬火回火彈簧鋼絲和熱處理鋼帶以冷成形工藝制作的彈簧,成形后只需進行去應力回火(俗 稱定型回火)處理。
第二種:凡是用經過固溶處理和冷變形強化的奧氏體不銹鋼、沉淀硬化的不銹鋼鋼絲、鋼帶和部分有色合金材料或高溫合金以冷成形工藝制作的彈簧,成形后需進行時效硬化處理。
第三種:凡是采用熱成形加工的彈簧和使用軟態(tài)材料冷成形加工的彈簧,均需進行淬火回火或等溫淬火的熱處理。彈簧熱處理的目的是為滿足彈簧的工作特性,通常為保證彈簧的載荷特點與抗松弛特性希望彈簧熱處理后材料的彈性極限與屈服極限盡可能高,熱處理后材料的屈強比就不能太低。
所以一般彈簧淬火后采用中溫回火,金相組織為回火托氏體,這樣可以得到較高的屈服極限,對提高彈簧的抗松弛特性有利。 但是大多數彈簧的載荷是動態(tài)載荷,還要求彈簧具有一定的韌性和疲勞強度,此時就不能單純的考慮材料的強度性能??傊?,在考慮彈簧的材料和最終熱處理的工藝時一定要充分考慮和分析彈簧的類型和載荷條件。