平截面圓柱螺旋壓縮彈簧的熱處理流程

最近公司接到了一款來自于國外的彈簧，長50米、外徑Φ60毫米的平截面圓柱螺旋壓縮彈簧的熱處理是我們接受的一項外援任務(wù)。在國外這種彈簧的制造是采用油淬、回火鋼絲繞制成型，然后低溫回火消除繞制應(yīng)力。但在我國，目前還沒有專門的廠家生產(chǎn)這種平截面彈簧，所以這種特殊截面鋼絲大多是用圓鋼絲軋制或拉制而成，卷成彈簧后再進(jìn)行淬火和回火。顯然，這么長的彈簧很難淬火和回火。經(jīng)過調(diào)查分析和大量試驗，初步探索了長彈簧的電阻加熱淬火工藝，取得了滿意的效果。

一、確定電阻加熱工藝方案和設(shè)備設(shè)計

（1）根據(jù)該彈簧的長特性和技術(shù)要求，比較了火焰淬火、高頻淬火和電阻加熱淬火三種工藝方案。通過分析比較，我們認(rèn)為電阻加熱淬火方案雖然也有一定的技術(shù)難度，但最大的特點(diǎn)是專業(yè)設(shè)備不需要彈簧轉(zhuǎn)動，加熱時不噴冷卻劑。因此，確定采用電阻加熱淬火法進(jìn)行試驗。在熱學(xué)和電學(xué)的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出電阻加熱過程中溫度隨時間變化的函數(shù)，進(jìn)而推導(dǎo)出電阻加熱過程中電能轉(zhuǎn)化為熱能和輻射熱隨時間變化的規(guī)律，作為確定電阻加熱工件參數(shù)的參考。

二、測試設(shè)備和結(jié)果。

（1）試驗設(shè)備：zudg-253鹽浴爐變壓器1臺；彈簧加熱淬火絕緣固定裝置1套；冷卻水箱1臺；wgg2-302光學(xué)高溫計irt-1200紅外探測器1臺；秒表1臺。

（2）試驗主要內(nèi)容：確定淬火加熱時間和回火時間，選擇淬火介質(zhì)，觀察金相組織。

三、試驗結(jié)果

（1）淬火加熱時間的測定。根據(jù)電阻加熱與內(nèi)部熱源的關(guān)系，溫度是時間的函數(shù)，用秒表、光學(xué)高溫計和紅外測溫儀測量試樣在一定電參數(shù)下達(dá)到不同溫度時的連續(xù)加熱時間，以確定淬火加熱時間。

（2） 通過秒表和紅外測溫儀測試回火時間的選擇。結(jié)果表明，回火加熱時間適宜于25～30s。

（3）根據(jù)水和油聚乙烯醇對淬火介質(zhì)的選擇進(jìn)行了試驗。試驗結(jié)果表明，三種淬火介質(zhì)均能滿足硬度和淬透性的要求，但水淬試樣明顯脆化，而油污染大，易著火。通過大量試驗，發(fā)現(xiàn)0.5%聚乙烯醇淬火劑的濃度更為適宜。

（4） 金相組織。試驗結(jié)果表明，這種彈簧適用于電參數(shù)的選擇，能保證電參數(shù)的穩(wěn)定性。加熱2分鐘，溫度可達(dá)860-880℃，可獲得非常精細(xì)的淬火組織。在1000倍光學(xué)顯微鏡下才能觀察到明顯的馬氏體針狀組織。回火工藝為380℃×28s，硬度可達(dá)39-43hrc。顯微組織為回火屈氏體+少量回火奧氏體，未發(fā)現(xiàn)明顯的脫碳層，具有良好的綜合力學(xué)性能。

四、試驗結(jié)果分析 

（1） 結(jié)果表明，電阻加熱法具有較高的加熱速度，使鋼在加熱過程中奧氏體晶粒得到細(xì)化。扭簧油淬火硬度與加熱時間的關(guān)系表明，雖然在電參數(shù)穩(wěn)定的情況下，加熱1.5min后可以達(dá)到硬度要求，考慮到繞制時彈簧圈內(nèi)側(cè)比外側(cè)厚，延長加熱時間2min較為合適。

（2）對于電阻加熱，時間對溫度非常敏感，因此要求材料和截面尺寸均勻。從整體上看，電阻加熱法加熱速度快，時間控制得當(dāng)不會造成過熱。但是，當(dāng)工作段發(fā)生明顯變化時，可能導(dǎo)致局部溫度過高，或燒壞甚至熔斷。因此，在用電阻法加熱工件時，特別是處理這種異形截面彈簧時，應(yīng)準(zhǔn)備一臺空氣壓縮機(jī)進(jìn)行局部冷卻，以減小溫差。同時，加熱前必須清除工件表面的鐵銹，防止電加熱接觸不良電火花燒傷工件。

（3）本試驗選用聚乙烯醇滅火劑，能滿足彈簧淬火硬度的要求，減少變形和上浮現(xiàn)象。這種介質(zhì)的冷卻速度介于水和油之間，可以大大降低奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的熱應(yīng)力和相變應(yīng)力，減少工件的變形和開裂現(xiàn)象