油淬火-回火弹簧钢丝

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油淬火-回火弹簧钢丝

摘要:本文简要介绍了油淬火-回火钢丝的特性,现行产品标准、产品发展方向;以及产品生产流程和工艺控制要点,为用户合理选用该类钢丝牌号,订购优质产品提供了有用信息。

油淬火-回火钢丝产品介绍

摘要:本文简要介绍了油淬火-回火钢丝的特性,现行产品标准、产品发展方向;以及产品生产流程和工艺控制要点,为用户合理选用该类钢丝牌号,订购优质产品提供了有用信息。
关键词:油淬火-回火处理,预硬化处理,多次回火,在线探伤。
特殊钢丝中有一部分产品最终需要在淬火-回火状态下使用,传统的做法是金属制品厂提供冷拉或退火状态的钢丝,下游企业将钢丝制成相应零部件或元件,再进行淬火+回火处理,强韧性达到预定要求后交付使用。因为零部件或元件的尺寸、形状千变万化,带来最终热处理炉千差万别,势必造成生产成本增加,热处理性能波动加大。现在逐步演变成:将形状不复杂、加工成形方便的零部件或元件用钢丝的淬火+回火处理转移到金属制品厂进行,由此形成了一个新品种——淬火-回火钢丝。

1. 概况

油淬火-回火处理:

指将拉拔到成品尺寸的钢丝,在连续炉中进行淬火和回火处理,展开的钢丝首先在连续炉中加热到完全奥氏体化温度,然后通过油槽淬火获得马氏体组织,再通过连续炉回火,获得预期的强韧性。油淬火-回火钢丝平直度好,力学性能的均匀性,制成零部件或元件后只需进行低温消除应力处理即直接可使用。
油淬火-回火热处理炉由张力放线装置、加热炉、油淬火槽、回火炉和收线机5个部分组成。常用于碳素弹簧钢丝、合金弹簧钢丝、弹性针布钢丝、合金结构钢丝和马氏体不锈钢丝等成品热处理,热处理后钢丝的显微组织通常为回火马氏体、回火托氏体或回火索氏体,具有很高的强度(硬度)、适宜的韧性和良好的挺直性能。

预硬化处理:

是一种特殊的油淬火-回火处理,指钢丝拉拔到成品尺寸后进行油淬火处理,然后根据牌号及使用情况,再进行一次或多次高温回火处理,使钢丝的硬度或抗拉强度达到相应级别的要求。常用于冷作模具钢丝、热作模具钢丝和塑料模具钢丝等成品热处理。因为此类钢丝碳和合金元素含量较高,油淬火-回火时必须采用一些特殊的工艺措施:

①为保证碳和合金元素充分溶解,必须提高奥氏体化加热温度(有的高达1150℃),延长保温时间;

②淬火后钢丝中残留奥氏体含量大,为促使残奥分解确保钢丝达到预定硬度,必须选用多次回火的方法,回火保温时间比一般回火要延长数倍到数百倍。

③一般淬火-回火处理时,回火的目的是:促进马氏体转变成回火马氏体、回火托氏体、回火索氏体或珠光体,回火后钢丝的韧性和塑性显著提高,但抗拉强度和硬度必然有不同幅度的下降。预硬化处理时,回火同样有促使组织转变的目的,但同时还具有沉淀硬化效应,钢中的Fe、Mn和合金元素(Cr、Mo、Ti、V、W、、Al等)的碳化物、氮化物或金属间化合物(γ'和γ''相)沉淀析出,钢丝可以做到在韧性和塑性显著提高的同时,抗拉强度和硬度无明显下降,甚至有所提高。

特殊的工艺要求决定了预硬化处理的设备与一般(弹簧钢丝)油淬火-回火设备有很大不同:弹簧钢丝通常选用连续炉进行油淬火-回火处理,淬火炉最高使用温度900℃,回火炉最高使用温度600℃,炉长相对较短。硬化处理的淬火和一次回火通常也选用连续炉,但炉子的最高使用温度和炉长均有大幅度的提高。目前世界先进水平的预硬化处理炉,淬火炉最高使用温度1150℃、有效加热区长度22m;回火炉最高使用温度700℃、有效加热区长度30m。此外,收放线系统可对钢丝施加一定的、可调整的预张力,以改善钢丝的抗蠕变和抗应力松弛性能。

一般说来,预硬化处理炉可以用于油淬火-回火处理,但油淬火-回火炉无法用于预硬化处理。更大的不同是:预硬化处理通常需进行的2次或2次以上的回火,回火保温时间以小时计算,无法在连续炉中完成,需在周期式退火炉中进行,生产厂可配置不同规格的周期式气体保护退火炉,为该类钢丝的研制和开发奠定基础。

2. 油淬火-回火弹簧钢丝

油淬火-回火弹簧钢丝金相组织为均匀的回火马氏体或回火索氏体,各向同性,;在抗拉强度相同条件下,比冷拉钢丝具有更高的弹性极限,有良好的弹直性能,抗应力松弛性能和抗蠕变性能优于冷拉钢丝;如要保证松驰率≤6.0%,冷拉碳素钢丝的最高工作温度为120℃,油淬火-回火碳素钢丝的最高工作温度为150℃,油淬火-回火合金钢丝50CrV的最高工作温度为200℃,55CrSi和60Si2MnA的最高工作温度为250℃,65Si2MnWA的最高工作温度为350℃。使用油淬火-回火钢丝绕制的弹簧,经消除应力回火后直接使用,简化了弹簧厂的生产工艺流程、降低生产成本;与原绕制后再淬火-回火的弹簧相比,弹簧表面脱碳与力学性能均匀性有了根本性改善,疲劳寿命有了数十倍的提高。目前日本的合金弹簧钢丝标准,已完全用油淬火-回火状态取代了冷拉状态。我国近年来中大规格油淬火-回火钢丝大有取代冷拉钢丝趋势。油淬火-回火钢丝的缺点是处理不当表面氧化、脱碳较重,影响疲劳寿命;钢丝的氢脆敏感性强,抗应力腐蚀性稍差。

我国现行标准GB/T18983-2003《油淬火回火弹簧钢丝》是参照ISO/FDIS8458-3起草的,自2003年实施之日起,代替YB/T5008(原GB2271)《阀门用油淬火-回火铬钒合金弹簧钢丝》、YB/T5102(原GB/T4359-85)《阀门油淬火-回火碳素弹簧钢丝》、YB/T5103(原GB/T4360-85)《油淬火-回火碳素弹簧钢丝》、YB/T5104(原GB/T4361-85)《油淬火-回火硅锰弹簧钢丝》、YB/T5105原(GB/T5362-85)《阀门用油淬火-回火铬硅合金弹簧钢丝》。目前世界最先进的标准是欧洲标准化委员会2011年10月发布,2012年4月正式实施的新标准:EN 10270-2:2011(E)《机械用弹簧钢丝—第2部分:油淬火-回火弹簧钢》。


油淬火—回火弹簧钢丝 

钢丝的分类、代号、直径范围以及与钢牌号的对应关系

分类 静态     中疲劳 高疲劳 常用代表性牌号
 
抗拉强度
低强度 FDC TDC VDC 65、70、65Mn
中强度 FDCrV(A、B) TDCrV(A、B)  VDCrV(A、B) 50CrVA67CrV
FDSiMn TDSiMn
60Si2Mn、60Si2MnA
高强度  FDCrSi  TDCrSi  VDCrSi 55CrSi、SAE9254V
直径范围 0.5mm~17.0mm 0.5mm~17.0mm 0.5mm~10.0mm
注1:静态级钢丝适用于一般用途弹簧,以FD表示
注2:中疲劳级钢丝适用于离合器弹簧、悬架弹簧、减震螺旋弹簧等,以TD表示。
注3:高疲劳级钢丝使用于剧烈运动的场合,例如发动机气门弹簧、阀门弹簧,以VD表示。

钢丝直径控制范围
注:不圆度不大于尺寸允许偏差的一半


钢丝表面检验
钢丝表面光滑,不应有对钢丝使用可能产生有害影响的划伤、锈蚀、折叠、结巴等缺陷,允许有最大深度不超过下
表规定深度的缺陷。VD级、TD级钢丝不得有全脱碳,但允许有不大于d1.0%的部分半脱碳。                                  

表面缺陷允许的最大深度

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热处理
卷簧后,弹簧应在380℃~420℃之间回火处理,以减轻表面应力,抛丸后应在250℃进行热压或消除应力处理。
交货状态
油淬火-回火
交货形式
钢丝以线圈形式交货
 QQ截图20170731162029

力学性能                          
静态级、中疲劳级力学性能表(同盘强度不大于50MPa)                       
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高疲劳级力学性能表   (同盘强度不大于40MPa)
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油淬火—回火弹簧钢丝
材料介绍
钢丝牌号55CrSiA、50CrVA,该材料加工性能好,抗拉强度、屈强比和弹减抗力都优于其它钢材,能承受更高的应力负荷,特别适宜在工作应力振幅高、疲劳性能要求更严的弹簧,如汽车发动机气门弹簧、阀门弹簧、调节弹簧、冷凝器支承弹簧、喷油嘴弹簧和安全阀簧等 。  
QQ截图20170731162233


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