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高温碟形弹簧的特处理工艺
 
更新时间:2013.02.26 浏览次数:
 

碟形弹簧可以在较小的空间内具有很大的承载能力;在负荷作用的方向上尺寸较小,因而单位体积材料的变形能较大;可以利用不同的组合方式和改变单片的几何尺寸,得到各种近线性、渐增性、渐减性及其它组合形式;每一种碟簧可以组成多种弹簧组。所以可以适应设计的不同需要;单个碟簧的制造和热处理因其小而特别方便;当弹簧组损坏时,只要换下损坏的部分就可以了,便于整机的维修。

  一般作为重型设备,汽车、钻机、模具、液压件、制动器、减振器和安全阀等的弹簧部件。高温碟簧除了具有普通碟簧的特点外,还具有在高温环境中的弹性性能,可以代替高温圆柱螺旋弹簧。

  1、试验方法

  1.1高温碟簧的材料

  试验用的高温碟簧材料选用30W4Cr2VA。

  材料的化学成分

  材料的机械性能

  1.2弹簧试块的热处理

  为了选择最佳的热处理工艺,将15个同一炉号,同一规格的试块分为三组,采用三种温度进行淬火处理,并测定淬火后的硬度值,检查三种温度淬火后的金相组织。三组试块的淬火温度分别为:

  A1=1050℃ A2=1070℃ A3=1100℃

  将三组经不同温度淬火的试块分别用八个不同的温度进行回火处理,并分别测定试块回火后的硬度值,检查回火后的金相组织。八种回火温度分别为:

  B1=350℃ B2=400℃ B3=500℃ B4=550℃ B5=600℃ B6=650℃ B7=700℃ B8=750℃

  1.3弹簧的热处理

  根据试块的热处理硬度和金相组织观察结果,制定出最佳的热处理工艺,对弹簧进行淬火和回火处理,测试弹簧的性能。

  2、热处理工艺分析与讨论

  2.1弹簧的热处理工艺

  淬火:淬火温度为1050℃,其间在820℃,保温15min。

  回火:第一次回火温度为480℃,保温2h;第二次回火温度为650℃,保温2h。

  2.2弹簧淬火加热方式和保温时间

  30W4Cr2VA材料的热传导性能比普通合金弹簧钢差一些.所以加热采用两段式加热方式。30W4Cr2VA的临界点Ac1=820℃,MS=400℃,第一段加热温度为820℃,保温15min,再放入1050℃的炉内,当弹簧温度达到淬火温度时.马上进行淬火处理。因为30W4Cr2VA在高温区间有晶粒长大的倾向,所以这种材料在高温区停留的时问越短越好。因而采用所谓“零”保温淬火,尽量减少工件在高温区停留的时间,保证了弹簧淬火后的晶粒度。

  2.3淬火加热时的保护气氛

  碟形弹簧的负荷主要作用在弹簧的两个表面上,其中一个表面为拉应力,另一个表面为压应力。当作用力超过碟簧的平面后,则碟簧两个表面的受力情况和原来的受力情况相反,压应力变为拉应力,拉应力则变为压应力。

  总之,碟簧的受力主要集中在碟簧的两个表面。所以碟簧的表面质量直接影响到碟簧的质量。碟簧的表面质量,除了表面缺陷外,还表现在表面的粗糙度和表面氧化脱碳层的深度。表面粗糙度好,应力分散,弹簧的疲劳强度就高。表面脱碳严重降低工件的疲劳性能,使表面层材质弱化,在循环载荷作用下形成疲劳源,导致弹簧早期断裂。试验表明,表面脱碳使40Cr钢的弯曲疲劳极限σ-1降低77%,σ-1n降低22%。使硅锰弹簧钢的σ-1降低41%,,而表面氧化的影响较脱碳更为恶劣。

  弹簧表面的氧化脱碳与热处理有直接关系。为了减少氧化脱碳层的深度,在弹簧加热时采用保护性气氛,这样最大限度地减少工件同氧气的接触,使脱碳降低到最低程度。试验的试块和弹簧加)热时采用氩气保护,经保护加热的试块和弹簧表面,虽经高温加热,也几乎没有脱碳,从而保证了弹簧的质量。

  2.4弹簧的回火处理

  30W4Cr2VA弹簧钢的淬透性比较好,为了及时消除淬火应力,防止弹簧开裂,淬火后应立即进行第一次回火,第一次回火的温度可以适当低一些。一般取480℃。

  从试块的淬火回火硬度分析,30W4Cr2VA有回火二次硬化现象,所以应进行不少于两次的回火处理。从弹簧的弹性性能试验数据看,经过两次以上回火处理后,弹簧性能有很大的提高,故应采用两次回火。

  试块经淬火和回火后的硬度与温度的关系

  3、试验结果

  3.1试块的硬度值与温度的关系

  从试块的试验结果分析,随着淬火温度的提高,淬火硬度值提高,但晶粒也随着变大。同一试块随着回火温度的提高,硬度值也相应增大,在650℃回火时达到最高硬度。但当温度超过700℃时,硬度值下降,弹簧的弹性性能也下降。

  3.2金相分析

  采用1050℃淬火,冷却剂为快速淬火油.淬火组织为较细的淬火马氏体。采用两次回火,第一次480℃回火2h,第二次650℃回火2h.金相组织中的马氏体针状形态已逐渐消失,但仍隐约可见,碳化物很细小,组织为回火屈氏体。从淬火、回火的金相组织看,热处理工艺可以达到金相组织对弹簧的要求,可以认为热处理工艺是合理的。

  4、结论

  30W4Cr2VA制高温碟簧的热处工艺,要考虑这种材料的特点和碟形弹簧的性能要求,采用两段式加热方法、通人保护气体以防止氧化和脱碳、用“零”保温以防止高温区的晶粒长大、经至少两次回火处理。经此处理之高温碟簧能达到图纸要求

 
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