平面涡卷弹簧热处理工艺革新

陈明武

（宁波技师学院,浙江 宁波 315032）

平面涡卷弹簧应用广泛，采用传统热处理工艺，其力学性能指标可以达到国家标准要求。但其高耗能、低效率等特性，被企业所不能接受。因此，通过对平面涡卷弹簧热处理工艺技术革新，实现能耗低、效率高的经济目标，与此同时，达到高的疲劳极限、高的弹性极限、高的抗拉强度和屈服强度，以保证有足够的弹性变形能力。

1 平面涡卷弹簧分析

（1）技术要求：该平面涡卷弹簧用于割草机启动弹簧，厚度为0.8mm左右，侧面直线度误差不超过0.4/100，硬度为520～540HV。

（2）材料：65Mn钢，化学成份：碳c：0.62～0.70、锰 mn：0.90～1.20、硫s：≤0.035、磷 p：≤0.035、铬 cr：≤0.25、镍ni：≤ 0.30、铜 cu：≤ 0.25。

65Mn钢临界点：Ac1=726℃，Ar1=689℃，Ac3(或Acm)=765℃，Ar3=741℃，Ms=270℃。

2 传统热处理工艺

（1）淬火加热 使用箱式电阻炉，将材料放入铁箱内，加热至温度为850℃左右，保温时间为2～3h，然后采用160℃硝盐分级淬火。

（2）清洗材料 将在硝盐分级淬火工件表面上的盐渣清洗干净。采用热水(80～100℃)，材料浸泡中清洗干净。

（3）回火处理 消除回火脆性，进行二次回火。

第一次回火。加热至温度350℃左右，保温3h，出炉空冷至室温。

第二次回火。加热至温度580℃左右，保温3h后空冷至室温。

采用传统热处理工艺存在热处理时间长，耗能高、自动化程度低等缺点。

3 采用热处理新工艺

（1）淬火加热。改善箱式电阻炉的缺陷，改造成井式电阻炉，井式电阻炉由三个炉箱组成，每个炉箱都可以进行温控，并将温度设定830±10℃左右，原材料进入炉箱，到出炉箱，每级炉箱温度设定采用逐级加温。考虑经济性、自动化程度以及效率等因素，采用流水线式热处理工艺，原材料以2m/min的速度经过井式电阻炉，然后采用油冷却方式，以同样速度进行油冷。

（2）回火处理。根据弹性元件的特性采用中温回火，以达到具有高屈服强度、优良的弹性、良好的韧性，以及具有高的弹性极限。防止回火脆性采用二次回火。

第一次回火。原材料以2m/min的速度经过温度至380℃左右的电阻回火炉，出炉后空冷至室温。

第二次回火。原材料卷成盘形后放入电热恒温鼓风干燥箱，加热温度至300℃，保温一个小时，然后空冷至室温。

4 65Mn经热处理后组织变化分析

4.1 淬火后金相组织变化分析

65Mn弹簧钢加热温度达Ac1时，珠光体开始转变为奥氏体，剩下的铁素体在温度继续升高至Ac3时，逐渐转变为奥氏体。

从热处理实验数据证明，保温时间短（包含零保温）的晶粒比保温时间长的小，从力学性能来讲，晶粒越小，力学性能越好，所以采取2m/min速度通过井式电阻炉不光提高了热处理效率，同时确保良好的力学性能。对于65Mn钢经810～870℃热处理，力学性能在810～850℃时随淬火温度升高而增加，超过这个温度范围，力学性能随温度升高而降低。因此，淬火加热温度选择在830±10℃最为合适。

经油冷却后，由于奥氏体晶粒中的碳原子分布不均匀，不同地碳浓度微区的MS点不同，低碳微区MS点较高，冷却过程中首先形成马氏体，高碳微区MS点较低，后生成马氏体，马氏体呈现被细化，同时也提高了钢的强度。

图1

4.2 回火后回火金相组织分析

第一次回火。65Mn钢在淬火后，生成马氏体，在380℃左右回火时，随着温度的升高，过饱和的碳原子继续不断地析出。析出的碳原子随即同铁原子化合成细小颗粒的碳化物。原马氏体组织中的碳浓度已大大下降，成为铁素体组织。其结果形成了一种由极为细小的颗粒状渗碳体分布铁素体基体上的机械混合物——回火托氏体。回火托氏体具有高的弹性极限。

第二次回火。使65Mn钢金相组织为均匀的回火托氏体，同时消除应力。

5 总结

通过热处理技术改进，将原有的各个热处理环节进行了串连，组成了热处理流水线，而且通过调整热处理工艺，缩减热处理时间，从而提高了生产效率，同时，经热处理后材料力学性能也有了一定程度提升。

[1]许天已.热处理实用技术问答[M].北京 :化学工业出版社,2012:171-186.

[2]潘健生.热处理手册工艺基础[M].北京:机械工业出版社,2008:106-139.