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(xiàng)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(yàn)，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(jì)

（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(dòng)，加熱時(shí)不噴冷卻劑。因此，確定采用電阻加熱淬火法進(jìn)行試驗(yàn)。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(shí)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(shí)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(cè)試設(shè)備和結(jié)果。

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

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

三、試驗(yàn)結(jié)果

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

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

（3）根據(jù)水和油聚乙烯醇對(duì)淬火介質(zhì)的選擇進(jìn)行了試驗(yàn)。試驗(yàn)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(yàn)，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(yàn)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?；鼗鸸に嚍?80℃×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(yàn)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(shí)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(shí)彈簧圈內(nèi)側(cè)比外側(cè)厚，延長加熱時(shí)間2min較為合適。

（2）對(duì)于電阻加熱，時(shí)間對(duì)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(shí)間控制得當(dāng)不會(huì)造成過熱。但是，當(dāng)工作段發(fā)生明顯變化時(shí)，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(shí)，特別是處理這種異形截面彈簧時(shí)，應(yīng)準(zhǔn)備一臺(tái)空氣壓縮機(jī)進(jìn)行局部冷卻，以減小溫差。同時(shí)，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(yàn)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