在我国,目前可能还没有生产扁截面圆柱螺旋压缩弹簧的专业厂家,因而对这种异形截面钢丝大多数是用圆钢丝轧制或拉拔而成,绕制成弹簧后再经淬火和回火处理。显然对这么长的弹簧进行淬、回火处理困难很大。对长度50m、外径ф60mm的扁截面圆柱螺旋压缩弹簧的热处理可以说对我们而言是一项巨大任务,其实在国外,制造这种弹簧是使用油淬、回火后的钢丝绕制成形然后经低温回火来消除绕制应力。功夫不负有心人,在我们经过深入调研和大量实验分析,初步摸索了这种长弹簧的电阻法加热淬火工艺。
一、电阻法加热工艺方案的确定和设备设计
根据这种弹簧较长的特点和技术要求,我们比较了以下三种工艺方案,即火焰淬火、高频淬火和电阻加热淬火,经过分析对比认为,虽然电阻加热淬火方案也有一定的技术难点,但最大特点是加热时不要求弹簧旋转,不要喷射冷却液的专业设备。所以,确定用电阻加热淬火法进行试验。我们在热学、电学的基础上推导了温度随时变化的函数,依次推导出电阻加热过程中电能转换成热能以及辐射热的热量随时的变化规律,作为确定电阻加热工件参数的参考依据。由于推导篇幅较长,不属本文主要内容范畴,故此从略,仅对设备选择做一简介。
二、试验设备与结果
1.试验设备
试验中采用的仪器设备有:(1)ZUDG—253盐浴炉变压器一台;(2)弹簧加热淬火用绝缘固定装置一套;(3)冷却水槽一个;(4)WGG2—302光学高温计一个IRT—1200型红外测仪一个;秒表一只。
2.试验的主要内容
确定淬火加热时间和回火时间,选择淬火介质和观察金相组织。
3.试验结果
(1) 淬火加热时间的确定,根据电阻加热是内热源加热,温度是时间的函数关系本试验采用秒表,光学高温计和红外测温仪分别测量在一定电参数下试件能达到不同温度的连续加热时间,以此确定淬火加热时间。
(2) 回火时间的选择,采用秒表和红外测温仪进行测试,结果表明回火加热时间在25—30S之间较为适宜。
(3) 淬火介质的选择,按照水、油聚乙烯醇三种淬火介质分别进行了试验。从试验结果来看,这三种淬火介质都能满足硬度和淬透性要求,但水淬的试件有明显脆性,而油污染大,易着火。经大量试验比较,选用浓度为0.5%的聚乙烯醇淬火剂较为适宜。
(4) 金相组织,试验结果表明:这类弹簧在电参数选取适宜,并能保证电参数稳定的条件下,淬火加热2min,温度可达到860—880℃,得到极细的淬火组织,在1000倍光学显微镜下才能观察到明显的马氏体针状组织特征。回火工艺为380℃×28S,硬度可达到39—43HRC。金相组织为回火屈氏体+少量回火素氏体,未见明显的脱碳层故具有良好的综合机械性能。
三、 从试验结果得出结论
1.电阻法加热具有较高的加热速度,从而能使钢在加热时奥氏体晶粒得到细化,在加热时间控制适当时,一般不会出现过热现象。油淬火硬度与加热时间之间关系得知:虽然在电参数稳定条件下,加热1.5min就能达到硬度要求,但考虑到绕制时,弹簧圈内侧较外侧厚这个因素,因此将加热时间延长2min较为适宜。
2.就电阻法加热来说,时间对温度的敏感性很大,因此要求材质和截面尺寸可能达到均匀一致。从整体看,电阻法加热速度快,时间控制适当不会造成过热现象。可是当工作截面明显变化时,有可能造成局部温度过高,重则过烧甚至熔断,所以在使用电阻法加热设备加热工件时,特别是处理这类异形截面弹簧时,要预备一台空气压缩机进行局部降温,减小温差;同时在加热前必须除去工件表层的锈蚀,防止电加热接触不良,产生电火花烧伤工件。
3。本试验选用聚乙烯醇火剂,能满足弹簧淬火硬度要求,减小了变形和开列现象这类介质冷却速度可介于水和油之间,从而可大大减小奥氏体向马氏体转变的热应力和相变应力,使得工件的变形和开裂情况很少出现。