弹簧钢及热处理-弹簧热处理

弹簧是应用很广泛的各种机械和仪表中重要零件，其外形可分成板簧和螺旋弹簧两大类。弹簧的主要功能是消震及储能。弹簧工作时产生很大的弹性变形、吸收冲击能量、缓和冲击，例如汽车等车辆上的缓冲弹簧；弹簧还可以通过释放所吸收的能量，使其它零件完成某种动作，例如发动机上的气阀弹簧、仪表弹簧等。
1、  弹簧钢的特点
弹簧钢首先，必须应具备高的弹性极限和高的屈强比，以避免弹簧在高载荷下产生永久变形；其次，应具备高的疲劳极限和高的抗拉强度，以免弹簧在长期震动和交变载荷应力的作用下产生疲劳破坏；再次，有一定冲击韧度和足够的塑性；同时还要求有良好的淬透性和低的脱碳敏感性，使弹性极限大幅度降低；以及良好的表面质量，在冷热状态下容易加工成形和良好的热处理工艺性。
弹簧钢一般均在弹性极限范围内服役，承受载荷时不允许产生塑性变形，因此要求弹簧钢经淬火、中温回火后具有尽可能高的弹性极限和屈强比值（≥0.90）。
为了获得弹簧所要求的性能，弹簧钢采用较高的含碳量，碳素弹簧钢通常在0.60%～0.85%范围。如65、70钢等的淬透性较差，其截面尺寸超过12mm时在油中就不能淬透，若用水淬火就容易开裂。对于截面尺寸较大、承受较重负荷的弹簧都是用合金钢制造。
合金弹簧钢的合碳量一般在0.50%～0.70%之间，所含合金元素有Si、Mn、Cr、V等，它们的主要作用是提高钢的淬透性和回火稳定性，强化铁素体和细化晶粒，从而有效地改善弹簧钢的力学性能。Si和Mn主要提高淬透性，同时也提高屈强比，且以Si的作用最突出，但它在热处理时促进表面脱碳，Mn则使钢易过热，造成晶粒粗大。重要用途的弹簧钢必须加入Cr、V、W等元素，Si--Cr弹簧钢表面不易脱碳；Cr--V弹簧钢不易过热，晶粒细，不易长大粗化，耐冲击性能好，高温强度也高，其中Cr、V、W还有利于提高弹簧钢的高温强度。
弹簧钢的牌号请见 “弹簧钢的技术发展与生产使用”一文。
2、  弹簧制造过程的特征
弹簧热处理后质量的判别主要是弹簧的寿命，从性能的角度考虑时需要调整弹性参数与韧性参数的平衡；性能与弹簧钢的淬透性有密切关系。
目前弹簧制造方法采用钢材和工艺路线的不同可分为三类。
其一采用冷轧钢带和冷拔钢丝、冷卷成型，经淬火回火或低温回火；
其二采用热轧不退火钢材，热成形后，进行淬火回火，一般板簧及大型卷簧的制造都采用此方法；
其三采用热轧退火钢材，冷卷成型，除应力整型后，再加热淬火和回火热处理，一般钢丝直径在6-12mm的中型卷簧。
弹簧钢的热处理可分冷拔钢丝的热处理和热轧弹簧钢的热处理。
冷拔钢丝的热处理是先对材料进行淬火+中温回火，获得回火托氏体组织，成形后进行低于150℃去除应力回火。
热轧弹簧钢的热处理是热成形后的弹簧，可在830～890℃加热后油淬火、400～480℃回火，获得回火托氏体组织。如果弹簧钢丝直径太大（＞15mm）、板材太厚（＞8mm），会出现淬不透现象，结果弹性极限下降，疲劳强度降低。
  弹簧在服役时承受的弯曲应力、旋转应力在表面，故它的表面状态非常重要。热处理时的氧化脱碳是预防的重点，加热时要严格控制炉内气氛，尽量缩短加热时间。弹簧经热处理后，一般要进行喷丸处理，使表面强化并在表面产生残余压应力，以提高疲劳强度。
强力喷丸技术是将高速弹丸喷射到弹簧表面，使表面层在弹丸的冲击作用下发生塑性变形，由此产生强化及表面压应力，使弹簧的抗疲劳性能及耐应力腐蚀能力均得到改善的方法。
强力喷丸在弧高值为0.15-0.60mmA时，可以改善表面粗糙度值＞4μm的表面质量，延长了弹簧表面接触疲劳裂纹的萌生期，并使扩展裂纹多次分叉，扩展速度降低，使弯曲疲劳裂纹变得短而细，因而延缓了弯曲疲劳裂纹的形成及降低了裂纹扩展速度，弯曲疲劳强度提高42%-56%。
为此，弹簧零件一般均采用强力喷丸，应注意的是强力喷丸工艺指标值的确定。JB/T10174-2000规定“喷丸强度一般应为0.35mmA以上，表面覆盖率一般应不低与200%”。根据喷丸对弹簧表面微观结构的影响，弹簧喷丸强度为0.35-0.43mmA较为适宜。考虑在相同条件下，板簧发生弯曲疲劳断裂的表面部位喷丸强度只有圆棒的1/3，弹簧喷丸的表面覆盖率要求≥250%为佳。
3、  弹簧的热处理种类
  弹簧用材有钢和非铁金属，大部分是钢材。原材料状态有棒料、丝料、板料和带料；有些是在热轧、冷轧、冷拔后进行退火、淬火回火或贝氏体等温淬火状态供货，制成弹簧后再进行最终热处理。
3、1预备热处理
3．1．1退火
热成形弹簧用的各种圆钢及硬钢丝等，为了便于进一步冷拔或切削，需进行软化退火（球化退火），以降低材料硬度，改善其切削性能、提高冷塑性变形能力。弹簧钢材料退火应在有保护