汽车扭杆弹簧热处理工艺分析及改进

邱绍虎，陈爱武，苏春

扭杆弹簧是利用杆的扭转弹性变形而起弹簧作用的零件，其最简单的结构是一直杆，一端固定，在另一端加上扭转负荷（即承受扭转应力）。扭杆可分为实心扭杆和空心扭杆两类，其截面又有圆形、方形、矩形、椭圆形及多边形等。用管材制造扭杆可减轻重量40%左右。与螺旋弹簧及板簧比较时，扭杆弹簧结构简单，工作时无摩擦，弹簧特性稳定，不产生颤振，单位体积储能大，弹簧体积较小，属于小型轻量化产品。其在汽车、火车、坦克及装甲车等方面获得广泛应用。轿车中的稳定杆用量也很大，是将扭杆弯成弓形或框形等结构，使车身减少倾斜或横向摆动，能提高悬架车的制动性能和乘员的舒适感。

目前，进口、国产轿车前后悬架均已配装稳定杆，SUV等越野车基本上都配装前稳定杆或前、后两种稳定杆，而轻型、重型载货汽车也开始配置稳定杆。工程实践表明，配装稳定杆可以有效提高车辆的舒适性和行驶稳定性，降低翻车概率，提升车辆档次。据统计，在路况差、急转弯时装有稳定杆的车辆翻车概率可以降低60%～80%。因此，横向稳定杆已成为提升汽车性能和保障车辆、乘员安全的关键零部件之一。

1. 扭杆弹簧制造工艺

扭杆弹簧的制造工艺路线：切料（→镦锻→退火）→端部加工→淬火→回火→强扭处理→喷丸处理→检验→防锈处理。

其中淬火和回火是扭杆弹簧重要工序：淬火的目的是强化钢材，使之通过奥氏体向马氏体转变，增加钢材的强度和硬度。不同的钢种冷却方式是不一样的，主要看其奥氏体等温转变图，只要冷却速度大于临界冷却速度即可。

回火的目的是由于钢淬火后获得的马氏体组织极不稳定，在A1以下温度重新加热回火时，由于原子活动能力增强，其会自发地向稳定组织转变，随加热温度的不同，淬火钢回火后，将获得不同的组织与性能。

扭杆弹簧的热处理一般采用两种方法：整体淬火和中频感应淬火。研究表明，中频感应淬火除具有高效、节能的优点外，还可以改善材料晶格结构，提高扭杆的抗蠕变性能和疲劳寿命；感应淬火所形成的由表及里的强度梯度与扭杆承载时的应力分布相吻合，达到了仿应力强化的效果。下面谈谈中频感应淬火热处理的具体步骤。

2. 中频感应淬火

（1）中频电压设定为（640±20） V，中频电压每间隔1h应做好相应记录，如有变化应及时调整。

（2）送料时间设定为25s。

（3）料架上放扭杆材料、送料加热：送料架上每次摆放一件工件并及时补充。

（4）加热后，准备进行淬火（见图1）。

（5）水温10～30℃，入水时间（25±5）s：每1h做一次详细水温记录，如超出规定值应作相应处理。

（6）出水后料架摆放并及时转入回火炉回火（见图2），防止应力开裂。

中频感应淬火需注意：加热后的扭杆要轻拿、轻放，严禁磕碰；入水前应依次交替把两端齿部湿水2～3s后再完全放入冷却池中；每班检查1～2件，硬度应在58～65HRC。

3. 回火工艺

回火是将淬火钢加热到奥氏体转变温度以下，保温1～2h后冷却的工艺。回火往往与淬火相伴而行，并且是热处理的最后一道工序。经过回火，钢的组织趋于稳定，淬火钢的脆性降低，韧性与塑性提高，消除或减少淬火应力，稳定钢的形状与尺寸，防止淬火零件变形和开裂，高温回火还可以改善切削加工性能。

回火步骤如下：

（1）设定温度455℃。

（2）装扭杆80件以上入炉加热、保温≥1h（见图3）。

（3）出炉后迅速入水冷却至室温、转入下道工序（见图4）。

回火注意点：提篮内装扭杆时要均匀摆放，防止受热不均匀；保温到规定时间出炉后，要迅速入水冷却，不可停留时间过长，防止扭杆进入脆性区；每炉应检查1～2件，其硬度值应在44～49HRC。

4. 经验总结

淬火是扭杆弹簧重要的热处理工序之一，淬火的目的是使扭杆弹簧获得所需的马氏体组织，提高工件的硬度、强度和耐磨性等。淬火时入淬火冷却介质的温度、冷却时间都必须严格控制，不得有过烧、扭曲、严重氧化、脱碳等缺陷。

我公司是生产扭杆弹簧的专业厂，1988年率先在国内同行业中引进日本技术开发生产了技术精巧、结构简单、性能安全可靠的载货车驾驶室翻转用左右扭杆、扭杆力臂、汽车独立悬架系统的悬架扭杆及轿车、大中巴专用的横向稳定杆系列产品，对扭杆弹簧的热处理有一套独特的经验和做法：

首先，我们采用油淬，通过检测发现硬度达不到要求。接着，我们采用水淬油冷，用水淬火后放入油里，尽管没有缺陷，但增加了成本。然后，我们直接采用水淬，通过检测没有发现任何缺陷。

根据长期实践，我们得出回火温度与回火后的硬度有如附表的对应关系。但常用回火温度430～480℃，入水冷却，45～50HRC。

5. 几点说明

（1）对于未经淬火的钢，回火是没有意义的，而淬火钢不经回火一般也不能直接使用。为避免淬火件在放置过程中发生变形或开裂，钢件经淬火后应及时进行回火。

（2）钢淬火后必须进行回火，其目的是消除工件淬火时产生的残余应力，防止变形和开裂；调整工件的硬度、强度、塑性和韧性，达到使用性能要求；稳定组织与尺寸，保证精度；改善和提高可加工性。因此，回火是工件获得所需性能的最后一道重要工序。

（3）钢淬火后在300℃左右回火时，易产生不可逆回火脆性，因此，一般不在250～350℃内回火。含铬、镍、锰等元素的合金钢淬火后在500～650℃回火，缓冷易产生可逆回火脆性。为此，小零件可采用回火后快冷；大零件可选用含钨或钼的合金钢。60Si2MnA在450～650℃内回火会产生回火脆性，我公司采用455℃加热，然后用水急速冷却的办法避免回火脆性的产生，同时也能保证扭杆的硬度要求。

回火参数