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。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力。但在我國，目前還沒有專門的廠家生產這種平截面彈簧，所以這種特殊截面鋼絲大多是用圓鋼絲軋制或拉制而成，卷成彈簧后再進行淬火和回火。顯然，這么長的彈簧很難淬火和回火。經過調查分析和大量試驗，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備設計

（1）根據該彈簧的長特性和技術要求，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，我們認為電阻加熱淬火方案雖然也有一定的技術難度，但最大的特點是專業設備不需要彈簧轉動，加熱時不噴冷卻劑。因此，確定采用電阻加熱淬火法進行試驗。在熱學和電學的基礎上，推導出電阻加熱過程中溫度隨時間變化的函數，進而推導出電阻加熱過程中電能轉化為熱能和輻射熱隨時間變化的規律，作為確定電阻加熱工件參數的參考。

二、測試設備和結果。

（1）試驗設備：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光學高溫計irt-1200紅外探測器1臺；秒表1臺。

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

三、試驗結果

（1）淬火加熱時間的測定。根據電阻加熱與內部熱源的關系，溫度是時間的函數，用秒表、光學高溫計和紅外測溫儀測量試樣在一定電參數下達到不同溫度時的連續加熱時間，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。結果表明，回火加熱時間適宜于25～30s。

（3）根據水和油聚乙烯醇對淬火介質的選擇進行了試驗。試驗結果表明，三種淬火介質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，發現0.5%聚乙烯醇淬火劑的濃度更為適宜。

（4） 金相組織。試驗結果表明，這種彈簧適用于電參數的選擇，能保證電參數的穩定性。加熱2分鐘，溫度可達860-880℃，可獲得非常精細的淬火組織。在1000倍光學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39-43hrc。顯微組織為回火屈氏體+少量回火奧氏體，未發現明顯的脫碳層，具有良好的綜合力學性能。

四、試驗結果分析 

（1） 結果表明，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化。扭簧油淬火硬度與加熱時間的關系表明，雖然在電參數穩定的情況下，加熱1.5min后可以達到硬度要求，考慮到繞制時彈簧圈內側比外側厚，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，時間控制得當不會造成過熱。但是，當工作段發生明顯變化時，可能導致局部溫度過高，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，應準備一臺空氣壓縮機進行局部冷卻，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，減少變形和上浮現象。這種介質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變的熱應力和相變應力，減少工件的變形和開裂現象