簧片用50CrVA彈簧鋼材料的熱處理工藝研究

吳明

簧片用50CrVA彈簧鋼材料的熱處理工藝研究

吳明

（江陰興澄特種鋼鐵有限公司 江蘇江陰 214429）

為了降低柴油機的噪音，所以需要對柴油機運行時所產生的振動進行控制。通過安裝減振器卷簧主動圈的方式對柴油機的減振，因便捷、性價比高而廣為應用。卷簧圈的簧片材質是確保減振效果的關鍵，通過熱處理的方式進行卷簧圈的制作，對簧片的材料延展性、剛性有一定的要求，那么常用50CrVA彈簧鋼材料熱處理工藝有哪些呢？本文將針對50CrVA彈簧鋼材料進行研究。

簧片；熱處理；彈簧鋼材料

柴油發動機在進行轉動工作時，會產生很大的振動以及噪音，對減振器將產生較大扭轉，進而影響柴油機的正常運作。對柴油機進行減振操作勢在必行，減振的方式有很多，其中一種方式就是通過安裝減振器卷簧主動圈，來控制柴油機的振動，減少噪音的影響。而卷簧圈中的簧片是根據同心度進行同曲線的環繞。因為卷簧圈的結構極具特殊性，所以需要對簧片進行熱加工處理，以此達到彎曲的效果。而這就對材質延展性、剛性有非常高的要求。目前，50CrVA材料是常用的彈片材料。

1 50CrVA彈簧鋼材料實驗

卷簧圈材料在長期的使用過程中，需要具備超強的韌性、塑性、剛性的需求，以保證卷簧圈的形狀可以在振動移動過程中不發生變形破損。50CrVA彈簧鋼材料是常見的簧片選擇，但50CrVA擁有諸多的規格，需要挑選不同規格進行材料特殊性能的測試。

1.1 實驗方式的選擇

卷簧圈的特殊構造要求材料需擁有良好的塑性，并在加熱后能利于簧片的迅速成型，針對此特性，需要進行冷軋帶鋼的退火工藝實驗；卷簧圈的使用壽命長短取決于簧片的材質，簧片在進行重復的伸拉變形后，難免會產生一定的疲勞，所以簧片的材料需要具備良好的抗疲勞性。同時還應該具備高屈服強度以及良好的抗拉性。針對該特性需要進行針對性的淬火以及回火工藝的測試。

1.2 50CrVA材質性能測試

1.2.1 退火工藝

卷簧圈的原料是不同規格的50CrVA冷軋窄帶鋼，退火工藝可以用來消除帶鋼在冷軋過程中形成的材料自發硬化趨勢，消除內應力，降低材料的硬度。退火工藝的實驗采用的是正交實驗方式，在保證金屬材料的冷卻速度為40℃/h，爐冷時間在5h的條件下，分別控制加熱溫度、加熱時間、保溫溫度、保溫時間等變量，針對50CrVA不同厚度規格的材料進行結果比對。

表1 正交試驗條件以及產生的結果

1.2.2 淬火和回火工藝

簧片的熱處理工藝包括淬火和回火兩個部分。卷簧圈的熱處理分為兩種方式，分別是整個卷簧圈的熱處理以及單個金屬簧片的熱處理。本文研究的淬火和回火熱處理工藝，是在單簧片的基礎上進行的。針對不同厚度的50CrVA材料進行加熱處理，并選定鹽浴爐這樣的介質，觀察冷卻的速度。

2 實驗分析與結果

根據相關的實驗可以看出，50CrVA材料在淬火和高溫回火的雙重影響之下，可以達到卷簧圈的性能要求。

2.1 影響淬火工藝因素

（1）溫度：850℃

現有的50CrVA材料中最薄的是1.24mm，單簧片進行淬火加熱后，從出爐到冷卻介質的過程需要一定的時間，薄簧片的冷卻速度卻非常快，因此會導致實際進入冷卻介質淬火的溫度降低。這個過程中50CrVA材料會有鐵素體的析出，會影響淬火的效果，所以選定簧片用50CrVA彈簧鋼材料加熱溫度為850℃。

（2）加熱方式：選擇硝鹽介質

因為卷簧圈用50CrVA鋼帶的厚度較薄，不能承受過高的加熱溫度，如采用傳統的加熱方式，會讓50CrVA彈簧鋼帶發生變形、斷裂的現象。現使用的50CrVA鋼帶中最薄的是1.24mm，最厚的為2.86mm。既然卷簧圈材料的厚度沒有辦法增大，那么為了增加50CrVA彈簧材質的穩定性，只能改變加熱方式方法了。目前選擇的加熱介質為硝鹽浴，它能提高材質在高溫區的均勻受熱能力，降低低溫區的冷卻能力。

（3）冷卻方式：油冷

卷簧圈在進行高溫回火后，需要采用一定的方式進行冷卻，這一步驟需要注意冷卻時保證材質的均勻性。由于50CrVA材料擁有一定的回火脆性傾向，同時因為卷簧圈的整體尺寸偏小，所以在進行高溫回火后，可以采用油冷的方式進行冷卻。

（4）輔助工序：材料的清洗

在進行硝鹽爐加熱后，50CrVA鋼材料上可能會附著少量的鹽漬，為了保證材料的完整性和實驗結果的準確性，需要對材料進行清洗。

2.2 材質的剛性和組織性測試

50CrVA彈簧鋼材料的性能是影響卷簧圈壽命的因素之一，而材料的組織均勻性以及剛性是兩大考察因素。組織均勻性能測試就是對材料中的金相組成進行分析，實驗證實在經過熱處理加工后，50CrVA材質中的為細小的回火屈氏體，這些細小的組織可以保證50CrVA彈簧鋼材料擁有較為良好的力學性能。材料的剛性測試也是在熱處理后進行的，通過多次的重壓試驗，進行卷簧的徑向位移以及壓力的測試，得出兩者呈成比例的關系。即在經過熱處理后，50CrVA彈簧鋼材料的發生的徑向位移的距離較小，所以50CrVA彈簧鋼材料符合卷簧圈的剛性要求。

2.3 實驗結果

根據實驗可以得出50CrVA彈簧鋼材料的熱處理工藝最佳選擇是：淬火溫度是850℃，保溫的時間保證在75min，并且是在油冷的條件下，而回火的溫度則是保持在580℃，時間保證為25min，同樣是在油冷的條件下進行。

3 總結

降低柴油發動機振動幅度的卷簧圈，因其特殊構造要求材料需擁有良好的塑性，在加熱后能利于簧片的迅速成型，需要進行冷軋帶鋼的退火工藝實驗。卷簧圈的簧片在進行重復的伸拉塑性后會疲勞，所以簧片的材料需要具備抗疲勞性。同時還應該具備高屈服強度以及良好的抗拉性。通過淬火和回火的熱處理工藝，可以證實50CrVA彈簧鋼材料完全符合卷簧圈的需求。因此簧片50CrVA彈簧鋼材料可以制作成減振器，幫助柴油發動機降噪。

[1]鄭明宇，劉斌，白培康.簧片用50CrVA彈簧鋼材料的熱處理工藝研究[J].熱加工工藝，2013，16：189～191+194.

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