汽車扭桿彈簧熱處理工藝分析及改進

邱紹虎，陳愛武，蘇春

扭桿彈簧是利用桿的扭轉彈性變形而起彈簧作用的零件，其最簡單的結構是一直桿，一端固定，在另一端加上扭轉負荷（即承受扭轉應力）。扭桿可分為實心扭桿和空心扭桿兩類，其截面又有圓形、方形、矩形、橢圓形及多邊形等。用管材制造扭桿可減輕重量40%左右。與螺旋彈簧及板簧比較時，扭桿彈簧結構簡單，工作時無摩擦，彈簧特性穩定，不產生顫振，單位體積儲能大，彈簧體積較小，屬于小型輕量化產品。其在汽車、火車、坦克及裝甲車等方面獲得廣泛應用。轎車中的穩定桿用量也很大，是將扭桿彎成弓形或框形等結構，使車身減少傾斜或橫向擺動，能提高懸架車的制動性能和乘員的舒適感。

目前，進口、國產轎車前后懸架均已配裝穩定桿，SUV等越野車基本上都配裝前穩定桿或前、后兩種穩定桿，而輕型、重型載貨汽車也開始配置穩定桿。工程實踐表明，配裝穩定桿可以有效提高車輛的舒適性和行駛穩定性，降低翻車概率，提升車輛檔次。據統計，在路況差、急轉彎時裝有穩定桿的車輛翻車概率可以降低60%～80%。因此，橫向穩定桿已成為提升汽車性能和保障車輛、乘員安全的關鍵零部件之一。

1. 扭桿彈簧制造工藝

扭桿彈簧的制造工藝路線：切料（→鐓鍛→退火）→端部加工→淬火→回火→強扭處理→噴丸處理→檢驗→防銹處理。

其中淬火和回火是扭桿彈簧重要工序：淬火的目的是強化鋼材，使之通過奧氏體向馬氏體轉變，增加鋼材的強度和硬度。不同的鋼種冷卻方式是不一樣的，主要看其奧氏體等溫轉變圖，只要冷卻速度大于臨界冷卻速度即可。

回火的目的是由于鋼淬火后獲得的馬氏體組織極不穩定，在A1以下溫度重新加熱回火時，由于原子活動能力增強，其會自發地向穩定組織轉變，隨加熱溫度的不同，淬火鋼回火后，將獲得不同的組織與性能。

扭桿彈簧的熱處理一般采用兩種方法：整體淬火和中頻感應淬火。研究表明，中頻感應淬火除具有高效、節能的優點外，還可以改善材料晶格結構，提高扭桿的抗蠕變性能和疲勞壽命；感應淬火所形成的由表及里的強度梯度與扭桿承載時的應力分布相吻合，達到了仿應力強化的效果。下面談談中頻感應淬火熱處理的具體步驟。

2. 中頻感應淬火

（1）中頻電壓設定為（640±20） V，中頻電壓每間隔1h應做好相應記錄，如有變化應及時調整。

（2）送料時間設定為25s。

（3）料架上放扭桿材料、送料加熱：送料架上每次擺放一件工件并及時補充。

（4）加熱后，準備進行淬火（見圖1）。

（5）水溫10～30℃，入水時間（25±5）s：每1h做一次詳細水溫記錄，如超出規定值應作相應處理。

（6）出水后料架擺放并及時轉入回火爐回火（見圖2），防止應力開裂。

中頻感應淬火需注意：加熱后的扭桿要輕拿、輕放，嚴禁磕碰；入水前應依次交替把兩端齒部濕水2～3s后再完全放入冷卻池中；每班檢查1～2件，硬度應在58～65HRC。

3. 回火工藝

回火是將淬火鋼加熱到奧氏體轉變溫度以下，保溫1～2h后冷卻的工藝。回火往往與淬火相伴而行，并且是熱處理的最后一道工序。經過回火，鋼的組織趨于穩定，淬火鋼的脆性降低，韌性與塑性提高，消除或減少淬火應力，穩定鋼的形狀與尺寸，防止淬火零件變形和開裂，高溫回火還可以改善切削加工性能。

回火步驟如下：

（1）設定溫度455℃。

（2）裝扭桿80件以上入爐加熱、保溫≥1h（見圖3）。

（3）出爐后迅速入水冷卻至室溫、轉入下道工序（見圖4）。

回火注意點：提籃內裝扭桿時要均勻擺放，防止受熱不均勻；保溫到規定時間出爐后，要迅速入水冷卻，不可停留時間過長，防止扭桿進入脆性區；每爐應檢查1～2件，其硬度值應在44～49HRC。

4. 經驗總結

淬火是扭桿彈簧重要的熱處理工序之一，淬火的目的是使扭桿彈簧獲得所需的馬氏體組織，提高工件的硬度、強度和耐磨性等。淬火時入淬火冷卻介質的溫度、冷卻時間都必須嚴格控制，不得有過燒、扭曲、嚴重氧化、脫碳等缺陷。

我公司是生產扭桿彈簧的專業廠，1988年率先在國內同行業中引進日本技術開發生產了技術精巧、結構簡單、性能安全可靠的載貨車駕駛室翻轉用左右扭桿、扭桿力臂、汽車獨立懸架系統的懸架扭桿及轎車、大中巴專用的橫向穩定桿系列產品，對扭桿彈簧的熱處理有一套獨特的經驗和做法：

首先，我們采用油淬，通過檢測發現硬度達不到要求。接著，我們采用水淬油冷，用水淬火后放入油里，盡管沒有缺陷，但增加了成本。然后，我們直接采用水淬，通過檢測沒有發現任何缺陷。

根據長期實踐，我們得出回火溫度與回火后的硬度有如附表的對應關系。但常用回火溫度430～480℃，入水冷卻，45～50HRC。

5. 幾點說明

（1）對于未經淬火的鋼，回火是沒有意義的，而淬火鋼不經回火一般也不能直接使用。為避免淬火件在放置過程中發生變形或開裂，鋼件經淬火后應及時進行回火。

（2）鋼淬火后必須進行回火，其目的是消除工件淬火時產生的殘余應力，防止變形和開裂；調整工件的硬度、強度、塑性和韌性，達到使用性能要求；穩定組織與尺寸，保證精度；改善和提高可加工性。因此，回火是工件獲得所需性能的最后一道重要工序。

（3）鋼淬火后在300℃左右回火時，易產生不可逆回火脆性，因此，一般不在250～350℃內回火。含鉻、鎳、錳等元素的合金鋼淬火后在500～650℃回火，緩冷易產生可逆回火脆性。為此，小零件可采用回火后快冷；大零件可選用含鎢或鉬的合金鋼。60Si2MnA在450～650℃內回火會產生回火脆性，我公司采用455℃加熱，然后用水急速冷卻的辦法避免回火脆性的產生，同時也能保證扭桿的硬度要求。

回火參數