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熱處理

　　彈簧鋼要求較高的強度和疲勞極限，一般在淬火+中溫回火的狀態(tài)下使用，以獲得較高的彈性極限。熱處理工藝技術(shù)對彈簧內(nèi)在質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響。因此，如何進(jìn)一步提高彈簧疲勞壽命，需進(jìn)一步研究，尤其是化學(xué)表面改性熱處理、噴丸強化等都對彈簧疲勞壽命產(chǎn)生重要影響。為進(jìn)一步強化氣門彈簧的表面強度、增加壓應(yīng)力、提高疲勞壽命，氣門彈簧成形后，要進(jìn)一步經(jīng)過滲氮、低溫液體碳氮共滲或硫氮共滲處理，然后經(jīng)噴丸強化。例如，日本將f4mm的si－cr油淬鋼絲經(jīng)450℃×4.5h低溫體碳氮共滲與經(jīng)400℃×15min中溫回火進(jìn)行對比，其疲勞極限可提高240mpa。氮的滲入，不僅消除了脫碳的不良影響，而且還提高了殘余壓應(yīng)力，同時經(jīng)滲氮和低溫液體碳氮共滲的氣門彈簧高溫強度提高，150℃時的變形量為0.2％（規(guī)定值為0.5％），250℃的變形量為0.56％，提高了氣門彈簧的熱穩(wěn)定性和抗松弛穩(wěn)定性，但滲氮和液體碳氮共滲時間應(yīng)嚴(yán)格控制，否則會形成網(wǎng)狀硫化物和網(wǎng)狀氮化物，反而會降低其疲勞強度。

　　氣門彈簧提高強度的方法還可以選擇噴丸，經(jīng)生產(chǎn)實踐表面氣門彈簧噴丸可用兩種丸粒，一種直徑為0.8mm，其顯微硬度為720hv0.2，另一種直徑0.25mm，其顯微硬度為800hv0.2，三次噴丸可達(dá)到較好的強化效果，又可使表面質(zhì)量得到改善。

彈簧鋼是專門用來制造各種彈簧和彈性元件或類似性能要求的結(jié)構(gòu)零件的主要材料。 1.性能要求①高的彈性極限σe和屈強比σs/σb,以保證優(yōu)良的彈性性能,即吸收大量的彈性能而不產(chǎn)生塑性變形;②高的疲勞極限,疲勞是彈簧的最主要破壞形式之一,疲勞性能除與鋼的成分結(jié)構(gòu)有關(guān)以外,還主要地受鋼的冶金質(zhì)量(如非金屬夾雜物)和彈簧表面質(zhì)量(如脫碳)的影響;③足夠的塑性和韌性,以防止沖擊斷裂;④其它性能,如良好的熱處理和塑性加工性能,特殊條件下工作的耐熱性或耐蝕性要求等。 2.成分特點鋼中碳與合金元素  的含量及作用為:(1)中、高碳一般地,碳素  彈簧鋼wc=0.6％~0.9％,合金彈簧鋼wc=0.45％~0.70％,經(jīng)淬火加中溫回火后得到回火托氏體組織,能較好地保證彈簧的性能要求。(2)合金元素  普通用途的合金彈簧鋼一般是低合金鋼。主加元素  為si、mn、cr等,其主要作用是提高淬透性、固溶強化基體并提高回火穩(wěn)定性;輔加元素  為mo、w、v等強碳化物形成元素  ,主要作用有防止si引起的脫碳缺陷、mn引起的過熱缺陷并提高回火穩(wěn)定性及耐熱性等。 3.常用彈簧鋼表12-10為我國常用彈簧鋼的牌號、性能特點和主要用途,其成分、熱處理工藝和力學(xué)性能可參照有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)(如gb1222-1984)。表12-10常用主要彈簧鋼的牌號性能特點與用途種類鋼號性能特點產(chǎn)要用途碳素  彈簧鋼普通mn量65硬度、強度、屈強比高,但淬透性差,耐熱性不好,承受動載和疲勞載荷的能力低價格低廉,多應(yīng)用于工作溫度不高的小型彈簧<12mm或不重要的較大彈簧7085較高mn量65mn淬透性、綜合力學(xué)性能優(yōu)于碳鋼,但對過熱比較敏感價格較低,用量很大,制造各種小截面<15mm的扁簧、發(fā)條、減震器與離合器簧片,剎車軸等合金彈簧鋼si-mn系55si2mn強度高、彈性好,抗回火穩(wěn)定性佳;但易脫碳和石墨化。含b鋼淬透性明顯提高主要的彈簧鋼類,用途很廣,可制造各種中等截面<25mm的重要彈簧,如汽車、拖拉機板簧、螺旋彈簧等60si2mn55si2mnb55simnvbcr系50crva淬透性優(yōu)良、回火穩(wěn)定性高、脫碳與石墨化傾向低;綜合力學(xué)性能佳,有一定的耐蝕性,含v、mo、w等元素  的彈簧具有一定的耐高溫性;由于均為高級優(yōu)質(zhì)鋼,故疲勞性能進(jìn)一步改善用于制造載荷大的重型大型尺寸(50~60mm)的重要彈簧,如發(fā)動機閥門彈簧、常規(guī)武器取彈鉤彈簧、破碎機彈簧;耐熱彈簧,如鍋爐安  全閥彈簧、噴油嘴彈簧、氣缸脹圈等60crmna60crmnba60crmnmoa60si2cra60si2crva1)碳素  彈簧鋼(即非合金彈簧鋼)其價格便宜但淬透性較差,適合于截面尺寸較小的非重要彈簧,其中以65、65mn最常用。2)合金彈簧鋼根據(jù)主加合金元素  種類不同可分為兩大類:si-mn系彈簧鋼和cr系彈簧鋼。前者淬透性較碳鋼高,價格不很昂貴,故應(yīng)用最廣,主要用于截面尺寸不大于25mm的各類彈簧,60si2mn是其典型代表;后者的淬透性較好,綜合力學(xué)性能高,彈簧表面不易脫碳,但價格相對較高,一般用于截面尺寸較大的重要彈簧,50crva是其典型代表。 4.熱處理特點彈簧鋼的熱處理取決于彈簧的加工成形方法,一般可分為熱成形彈簧和冷成形彈簧兩大類:1)熱成形彈簧對截面尺寸>10mm各種大型和形狀復(fù)雜的彈簧均采用熱成形(如熱軋、熱卷),如汽車、拖拉機、火車的板簧和螺旋彈簧。其簡明加工路線為:扁鋼或圓鋼下料→加熱壓彎或卷繞→淬火中溫回火→表面噴丸處理,使用狀態(tài)組織為回火托氏體。噴丸可強化表面并提高彈簧表面質(zhì)量,顯著改善疲勞性能。2)冷成形彈簧截面尺寸<10mm的各種小型彈簧可采用冷成形(如冷卷、冷軋),如儀表中的螺旋彈簧、發(fā)條及彈簧片等。這類彈簧在成形前先進(jìn)行冷拉(冷軋)、淬火中溫回火或鉛浴等溫淬火后冷拉(軋)強化;然后再進(jìn)行冷成形加工,此過程中將進(jìn)一步強化金屬,但也產(chǎn)生了較大的內(nèi)應(yīng)力和脆性,故在其后應(yīng)進(jìn)行低溫去應(yīng)力退火(一般200~400℃)。