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碟形弹簧的热处理

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(1)碟形弹簧的去应力退火对于直接选用热处理钢带图1碟形弹簧截面图(通常厚度小于1.5mm)的碟形弹簧,成形后不需要进行淬火处理,只需要进行低温退火消除内应力。这种处理与其他弹簧的去应力退火工艺一样。采用这种工艺制造弹簧对成形冲压模具和弹簧的原材料有较高的要求。

(2)碟形弹簧的淬火与回火热处理对于厚度>3mm的碟形弹簧,由于难以采用冷轧弹簧钢带,只能用弹簧钢热轧钢板加工制造,弹簧成形后就要进行淬火与回火热处理来达到材料的性能要求。还有的经过锻造成形的碟簧如果成形后未直接淬火,也需要再进行弹簧的淬火与回火处理。

这类碟簧的生产工艺流程如下:

备料→机加工成形/冷冲压或热锻成形→淬火+回火或等温淬火→(喷丸强化)稳定化处理→检验→表面处理→包装入库

其中的稳定化处理包括强压处理及低温退火。

标准碟形弹簧的最大外径是mm,非常用碟簧的最大外径为mm,淬火加热可以采用通常的加热炉进行加热,但为了防止弹簧氧化脱碳应采取适当的措施控制炉内气氛,最好用带可控气氛的加热炉。

部分标准碟簧淬火比较容易变形的可以用盐浴淬火,淬火时将碟形弹簧挂在夹具上入盐浴炉,这样可以保证碟簧的变形在较小范围内。但对于大外径薄厚度的碟形弹簧(如膜片弹簧、波形弹簧或特种非标碟簧)这种挂具就难以保证工件的形状和尺寸,这样就需要采用模压淬火也称形变淬火。

(3)碟簧的等温淬火批量大而厚度较小的碟簧采用网带式保护气氛加热炉和等温槽进行下贝氏体等温淬火并连续回火。这样的设备可以保证碟簧的热处理质量,弹簧表面无脱碳,内应力较小,不易产生淬火裂纹与翘曲变形,硬度均匀,有较高的疲劳寿命。

弹簧热处理后硬度的控制范围应根据弹簧设计应力水平确定,也可以从材料厚度t考虑,如:t1mm,48~52HRC;1mm≤t≤6mm,46~50HRC;t6mm,42~46HRC。

(4)碟簧的高温形变淬火高温形变淬火是对碟簧加热后成形(从平面到锥形锻坯)和淬火相结合的热处理方法。这是一种可避免淬火变形并使碟簧材料性能得到综合提高的工艺方法。碟簧毛坯可以在连续式加热炉中加热,也可以采用中频感应加热的方法。

碟簧中频感应加热模压淬火装置如图2所示。它主要由油压机、专用压淬模具、中频加热设备及喷油淬火装置等组成。碟簧的形变淬火过程如下:工件在中频加热装置中加热到~℃,放入压淬模型内,油压机压下上模使碟簧毛坯成形,同时控制成形时间,持续约2.8~3s后(温度约℃)发出信号使电磁阀动作,淬火油喷入模腔开始喷淬。喷淬时间控制在25~30s,最后电磁阀复位,喷淬结束。

碟簧的形变淬火也有采用连续式加热炉加热的,但是一般采用模压淬火的多是淬火时易?变形的薄型碟簧,零件本身的热容量较小,要求零件加热结束到淬火冷却之间的时间要尽量短,所以无论采用何种加热方式,必须是按照工艺要求从加热到加压淬火以及零件的移动与就位完全自动控制来进行的形变淬火设备,否则就难以确保弹簧淬火质量的稳定。

在冷却方式上,对于零件厚度在4.0mm以下的碟簧或膜片弹簧可以采用水冷模套冷却上下模芯,利用冷态模芯快速吸收零件的热量来实施形变淬火,此时设备无须淬火冷却用油循环装置。

碟簧按常规热处理(冷、热成形后重新加热淬火)存在碟簧变形严重、表面氧化脱碳超标等问题,造成生产效率低和废品率高而且弹簧疲劳寿命低的后果。而采用中频加热形变淬火由于避免了上面这些问题,因而弹簧变形小、几乎无氧化脱碳现象从而提高了碟簧的制造精度,而且中频加热形变淬火的弹簧可以获得比常规热处理更好的力学性能和更高的疲劳寿命。以对两种较大的碟簧为例,一种为外径D=mm、厚度t=8mm用60Si2Mn圆钢制造的碟簧;一种是外径D=mm、厚度t=17mm用60Si2MnA厚钢板制造的碟簧,采用中频加热形变淬火工艺的碟簧的疲劳寿命有显著的提高,其中D=mmm弹簧在相同的疲劳试验条件下,断裂周次由原来的(0.84~1.38)x10^4提高到(8.93~13.2)x10^4

(5)碟形弹簧的渗碳淬火碟形弹簧通常都用含碳量较高的弹簧钢制造,由于弹簧热处理后易脱碳造成表面硬度不足,而且由于表面与心部含碳量的差异,淬火时表面更早形成马氏体使碟簧表面留有相当高的残余拉应力,这些都会造成弹簧疲劳寿命的降低。

对上述问题的一种改善方案就是碟簧的渗碳淬火,即材料采用含碳量为(0.2~0.4)%的碳钢或低合金钢制造弹簧,在下料和加工成形后在(0.6~1.2)%碳势的气氛中加热到约~℃进行渗碳处理,渗碳层深控制在0.25~0.70mm,表面碳含量控制在(0.70~0.75)%。淬火时,由于心部含碳量低,MS点为~℃,而表面含碳量高,MS点为~℃,所以心部首先转变成低碳马氏体。试验表明:渗碳淬火的碟簧表面形成残余压应力为-~-MPa,而原高碳钢碟簧淬火后表面为残余拉应力+~+MPa,结果渗碳淬火的碟簧的疲劳寿命比原高碳钢碟簧提高约(~)%。




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