平面渦卷彈簧熱處理工藝革新

陳明武

（寧波技師學院,浙江 寧波 315032）

平面渦卷彈簧應用廣泛，采用傳統熱處理工藝，其力學性能指標可以達到國家標準要求。但其高耗能、低效率等特性，被企業所不能接受。因此，通過對平面渦卷彈簧熱處理工藝技術革新，實現能耗低、效率高的經濟目標，與此同時，達到高的疲勞極限、高的彈性極限、高的抗拉強度和屈服強度，以保證有足夠的彈性變形能力。

1 平面渦卷彈簧分析

（1）技術要求：該平面渦卷彈簧用于割草機啟動彈簧，厚度為0.8mm左右，側面直線度誤差不超過0.4/100，硬度為520～540HV。

（2）材料：65Mn鋼，化學成份：碳c：0.62～0.70、錳 mn：0.90～1.20、硫s：≤0.035、磷 p：≤0.035、鉻 cr：≤0.25、鎳ni：≤ 0.30、銅 cu：≤ 0.25。

65Mn鋼臨界點：Ac1=726℃，Ar1=689℃，Ac3(或Acm)=765℃，Ar3=741℃，Ms=270℃。

2 傳統熱處理工藝

（1）淬火加熱 使用箱式電阻爐，將材料放入鐵箱內，加熱至溫度為850℃左右，保溫時間為2～3h，然后采用160℃硝鹽分級淬火。

（2）清洗材料 將在硝鹽分級淬火工件表面上的鹽渣清洗干凈。采用熱水(80～100℃)，材料浸泡中清洗干凈。

（3）回火處理 消除回火脆性，進行二次回火。

第一次回火。加熱至溫度350℃左右，保溫3h，出爐空冷至室溫。

第二次回火。加熱至溫度580℃左右，保溫3h后空冷至室溫。

采用傳統熱處理工藝存在熱處理時間長，耗能高、自動化程度低等缺點。

3 采用熱處理新工藝

（1）淬火加熱。改善箱式電阻爐的缺陷，改造成井式電阻爐，井式電阻爐由三個爐箱組成，每個爐箱都可以進行溫控，并將溫度設定830±10℃左右，原材料進入爐箱，到出爐箱，每級爐箱溫度設定采用逐級加溫。考慮經濟性、自動化程度以及效率等因素，采用流水線式熱處理工藝，原材料以2m/min的速度經過井式電阻爐，然后采用油冷卻方式，以同樣速度進行油冷。

（2）回火處理。根據彈性元件的特性采用中溫回火，以達到具有高屈服強度、優良的彈性、良好的韌性，以及具有高的彈性極限。防止回火脆性采用二次回火。

第一次回火。原材料以2m/min的速度經過溫度至380℃左右的電阻回火爐，出爐后空冷至室溫。

第二次回火。原材料卷成盤形后放入電熱恒溫鼓風干燥箱，加熱溫度至300℃，保溫一個小時，然后空冷至室溫。

4 65Mn經熱處理后組織變化分析

4.1 淬火后金相組織變化分析

65Mn彈簧鋼加熱溫度達Ac1時，珠光體開始轉變為奧氏體，剩下的鐵素體在溫度繼續升高至Ac3時，逐漸轉變為奧氏體。

從熱處理實驗數據證明，保溫時間短（包含零保溫）的晶粒比保溫時間長的小，從力學性能來講，晶粒越小，力學性能越好，所以采取2m/min速度通過井式電阻爐不光提高了熱處理效率，同時確保良好的力學性能。對于65Mn鋼經810～870℃熱處理，力學性能在810～850℃時隨淬火溫度升高而增加，超過這個溫度范圍，力學性能隨溫度升高而降低。因此，淬火加熱溫度選擇在830±10℃最為合適。

經油冷卻后，由于奧氏體晶粒中的碳原子分布不均勻，不同地碳濃度微區的MS點不同，低碳微區MS點較高，冷卻過程中首先形成馬氏體，高碳微區MS點較低，后生成馬氏體，馬氏體呈現被細化，同時也提高了鋼的強度。

圖1

4.2 回火后回火金相組織分析

第一次回火。65Mn鋼在淬火后，生成馬氏體，在380℃左右回火時，隨著溫度的升高，過飽和的碳原子繼續不斷地析出。析出的碳原子隨即同鐵原子化合成細小顆粒的碳化物。原馬氏體組織中的碳濃度已大大下降，成為鐵素體組織。其結果形成了一種由極為細小的顆粒狀滲碳體分布鐵素體基體上的機械混合物——回火托氏體。回火托氏體具有高的彈性極限。

第二次回火。使65Mn鋼金相組織為均勻的回火托氏體，同時消除應力。

5 總結

通過熱處理技術改進，將原有的各個熱處理環節進行了串連，組成了熱處理流水線，而且通過調整熱處理工藝，縮減熱處理時間，從而提高了生產效率，同時，經熱處理后材料力學性能也有了一定程度提升。

[1]許天已.熱處理實用技術問答[M].北京 :化學工業出版社,2012:171-186.

[2]潘健生.熱處理手冊工藝基礎[M].北京:機械工業出版社,2008:106-139.