弹簧的热处理（一）(【东莞P20预硬化塑料模具钢P20硬度密度用途材料】报价)
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弹簧的热处理（一）
弹簧失效的原因比较复杂，除了与设计、成形加工质量、安装和使用是否正确等有关外，弹簧材料好坏和热处理质量优劣是影响产品的关键因素。
弹簧性能好坏应包括弹簧材料、几何形状、尺寸精度和表面质量等内容，这其中，对弹簧性能的要求是重点。
由于弹簧是在弹性范围内工作，不允许产生永久变形。
弹性好坏可用应变能或称弹性比功（U）表示。
即弹性比功与材料弹性极限（σe或τe）的平方成正比，与材料的弹性模量（E）成反比。
要求弹性应变能大，也就是要求材料的弹性极限、屈服极限和屈强比要高。
另一方面，许多重要弹簧是在交变载荷条件下长期工作的，要求弹簧有很高的疲劳强度，同时要求有良好的抗应力松性能，减少水久变形，以便保证机电产品效率的正常发挥和仪表的工作灵敏性及可靠性。
因为应力松弛过程就是弹簧长期在室温或较高温度下工作、材料内部的微塑性变形逐渐转变为永久变形的必然结果。
为了提高弹簧的使用寿命，对材料的冶金质量有很高要求。
例如：要求弹簧材料表面不应有裂纹或类裂纹、凹坑、刻痕等弊病，在弹簧加工过程中更不应产生上述缺陷，要求钢质纯净(各种夹杂物含量要少、其形状和大小应在1级以内)，第二相质点匀、细、圆、显微组织均匀，不含脆性马氏体等，尽可能碱少表面脱碳。
同时，要求材料尺寸公差应符合合同或有关标准进行。
弹簧的工况很复杂，有些弹簧是在较高或高温下长期工作的，因此要求弹簧材料有良好的耐热性，即有高的蠕变极限、蠕变速率、较小和较低的应力松弛率。
相反，有些弹簧是在严寒地带工作，则要求村料有较高的低温冲击韧度、较低的脆性转化温度(θ或△TTRS低)，以免发生冷脆，这方面的性能与弹簧材料的化学成分和组织状态有密切关系。
在腐蚀介质中工作的弹簧，其表层金属与腐蚀介质发生化学或电化学反应，弹簧表层逐渐被腐蚀，易造成腐蚀脆性断裂。
特别是在交变应力作用下，材料的疲劳极限将显降低，弹簧更易发生腐蚀疲劳断裂失效。
所以，在这种情况下使用的弹簧必须具有良好的耐蚀性能。
对于精密仪器和电器仪表中使用的弹性元件，则要求有高导电、无磁性、不产生火花或恒弹性等。
例如，铜合金弹性材料能满足高导电性能要求，钛合金、铜合金及奥氏体不锈钢弹性材料能满足无磁的要求，恒弹性合金的热胀系数很小，弹性模量在-50+100°C之间基本上无变化，这是精密测量仪表及电子仪器中比较理想的弹性材料。
对于要求淬火而其截面尺寸又较大的弹簧，其钢材应有相应的淬透性、较小的过热敏感性和表面脱碳倾向。
只有这样，才能保证弹簧表里组织和性能的一致性。
在冷、热成形时要求材料有足够的塑性和良好的弯曲、扭转及缠绕性能，以便保证或提高弹簧的制造质量。
尺寸较小的弹簧，热处理时变形大、难以校正，这很难保证弹簧产品质量。
这种情况就要选用已强化的弹簧材料进行冷成型，冷成形后只进行低温退火，这样更能保证大批量小弹簧的产品质量并且成本低廉。
国标、冶标号分别为：GB/T1222、GB/T4395、YB/T037。
弹簧钢的含碳量（wt）在0.3%1.2%之间，其中，碳素弹簧钢一般在0.6%0.9%范围，属于高碳钢。
合金弹簧钢的含碳量一般在0.45%0.70%范围。
钢中含碳量增加，能有效提高冷变形强化效果，获得较高强度或马氏体相变强化效果，获得较高的弹性极限，这是弹簧钢的主要优点。
但是，弹簧钢尤其是碳素弹簧钢有淬透性小、抗应力松弛性能不够好、耐腐蚀性差以及弹性模量温度系数较大等缺点，只能用于制造截面较小，工作温度不高的弹簧。
为了改善上述不利因素，在钢中加入Si、Mn、Cr、Ni、Mo、V、W、Nb、B等元素制成合金弹簧钢。
在弹簧钢标准的更替进程中，增删了许多弹簧钢钢种。
但标准中的有限钢种远不能满足工业的广泛需求，因此，碳素工具钢、高速工具钢、超高强度钢、不锈钢、耐热钢中有不少牌号也被选入弹簧钢材料当中，甚至还从铜基合金、镍基合金、或镍铬基合金中选用某些牌号做特殊用途弹簧的材料。
各种弹簧钢的热处理工艺参数、热处理后的力学性能及主要用途列于表5中，供参照。
▼表5热轧弹簧钢热处理后力学性能（GB/T1222-1984）及应用举例。
1.2.1弹簧钢丝分类及其热处理工艺原理。
弹簧产品的热处理一般可分为中间热处理和最终热处理两类：前者有退火(等温退火、再结晶退火等)、正火及索氏体化处理。
主要目的是软化，为冷拔工序准备良好的金相组织；后者有铅浴淬火、油淬火-回火、形变热处理及贝氏体等温淬火等。
除冷拔弹簧钢丝通过铅浴淬火后经过多次拉拨达到所需的力学性能外，其他硬态弹簧钢丝都是通过热处理达到所要求的力学性能的。
常用弹簧钢丝的冷拔和热处理过程、工艺原理、质量问题及组织性能特点，见图2和表6。
HOa-铅浴淬火（索氏体化）HOb-油淬火。
HOc-低温形热处理HOd-贝氏体邓文淬火。
冷拔弹簧钢丝分为碳素弹簧钢丝（GB/T4357）、重要用途的65Mn弹簧钢丝（GB/T4358）。
在拉拔前，盘条经过索氏体化处理，以利于拉拔。
钢丝的索氏体化俗称铅淬火或焙燉处理，设备示意图见图3。
1-放线架2-盘条钢丝3-加热炉4-铅浴槽5-收线架。
处理时盘条2（或钢丝）置于放线架1上，一般十几根或几十根同时连续地通过加热炉3，在炉中运行一定时间将钢丝加热到900℃950℃后，浸入450℃600℃的铅槽4中淬火，随后出槽空冷或淋水冷却，最后由收线架5收成盘圆。
这种热处理使盘条获得均匀细片状索氏体，它具有优异的拉拔性能，断面收缩率可以到80%90%以上。
热处理后钢丝经过酸洗、沾白灰拉拔，即可达到所需要的力学性能。
盘条在炉中淬火，淬火温度t淬火（℃）主要根据钢的含碳量及线径大小而定，可以用下式计算：。
钢丝在炉中的最短加热时间τmin（s）可以用以下公式计算：。
也可以近似地认为与钢丝直径成正比，现场试验确定参数。
弹簧钢丝的热处理是连续流水作业，通道式加热炉长十几米甚至几十米，由钢丝直径大小，加热炉长度及铅浴槽长度可以确定钢丝运行速度，用无级变速器来调节收线机的回转速度。
钢丝在炉中加热过程中必须完成奥氏体化过程，将发生如下几个转变：。
铅淬工艺容易出现的问题有：表面脱碳、组织粗大、先共析铁素体量超标（标准规定≤5%）。
这是由于是铅浴前端过热、钢丝通过铅浴时间过快造成的。
另外，铅淬也存在铅蒸汽污染问题，对人体、环境有害。
所以铅浴替代技术是这个行业值得重视的课题。
有人使用PAG水溶液、4%7%聚丙烯酸钠水溶液等做淬火介质，还有用流态床做加热和淬火介质的，小规格钢丝也有人使用鼓风冷却。
随着控制手段的不断发展，铅浴替代技术将趋于成熟。
冷拔碳素弹簧钢丝按丝径不同共有46个规格，按用途和力学性能不同分为A、B、C三组，可参见GB/T4357。
A组抗拉强度较低，用于制造一般弹簧；B组居中，用于制造低应力弹簧；C组的抗拉强度最高，用于制造高应力弹簧。
此外，还有琴钢丝用于制造具有重要用途的不经淬火、只进行去应力退火的弹簧。
它们按用途不同亦分为三组，即G1组，共15个规格，用于制造各种重要用途的弹簧；G2组，共有15个规格，用于各种高应力弹簧；F组，共9个规格，用于各种阀门弹簧，其强度高于普通碳素弹簧钢丝，而且，其强度波动范围亦较小。
例如，直径0.2-1.4mm钢丝，强度的上下限不得超过±40MPa，其他尺寸钢丝的抗拉强度不得超过规定上下限±30MPa。
这类钢丝对化学成分、显微组织、表面质量、缠绕性能及疲劳寿命等都有更高的要求。
在弹簧设计中，材料的抗拉强度(σb)是一个关键性数据。
对于（GB/T4357）标准中A、B、C三组相应为：。
冷拔弹簧钢丝应具有良好的工艺性能，见表8。
其中，琴钢丝（特别是F组）要求比碳素弹簧钢丝有更好的扭转和缠绕性能，以利于成型，对钢丝的表面质量要求也更高，以保证其疲劳寿命（琴丝的振动是一种高频率的交变载荷）。
油淬火-回火钢丝分两类，一是普通质量的油淬火-回火钢丝，用于制造重要的机械弹簧，二是专门用来制造阀门弹簧或其他要求高疲劳性能的阀门弹簧钢丝。
主要不同点是后者冶金质量高，含有害杂质（P、S、O等）更少，表面质量更高，力学性能波动范围更小等。
阀门用油淬火-回火铬钒合金弹簧钢丝（标准GB2211）,。
阀门用油淬火-回火碳素弹簧钢丝（标准YB/T5102）,。
阀门用油淬火-回火硅锰合金弹簧钢丝（标准YB/T5104）,。
阀门用油淬火-回火铬硅合金弹簧钢丝（标准YB/T5105）,。
下面分别叙述这类钢丝的热处理工艺、力学性能和发展趋势。
1-放线架2-钢丝3-加热炉4-淬火油槽5-铅浴回火槽。
6-收线架7-淬火油循环冷却装置8-冷接点（铅浴）。
为了防止钢丝表面脱碳，在加热管中有保护气氛(如滴入微量甲醇等)可获得良好的效果。
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较早的是P20,紧接着P20H,P20Ni相继问世。
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