回火是弹簧热处理的关键工序,在淬火之后进行,其目的是消除淬火产生的内应力,调整弹簧的硬度和韧性,获得好的综合力学性能。回火工艺的参数控制直接影响弹簧的质量和使用寿命,其技术要求遵循GB/T 1239.4-2009《弹簧技术条件 热处理》。
1、回火工艺的基本原理 弹簧淬火后,组织为马氏体和残余奥氏体,硬度高,但脆性大,内应力大,直接使用易发生断裂。回火是将淬火后的弹簧加热到Ac1以下的某1温度,保温1定时间,然后冷却到室温的热处理工艺。 在回火过程中,马氏体和残余奥氏体发生分解,析出细小的碳化物,组织逐渐转变为回火索氏体或回火屈氏体。同时,内应力得到消除,弹簧的韧性和塑性提高,硬度和强度适当降低,获得强度、韧性、弹性的佳匹配。
二、回火工艺参数控制
1. 回火温度
- 回火温度是影响弹簧性能的关键参数,不同材质的弹簧回火温度不同:
- 碳素弹簧钢(65Mn、70):回火温度350℃-450℃,硬度44-52HRC。
- 硅锰弹簧钢(60Si2MnA):回火温度400℃-500℃,硬度42-50HRC。
- 铬钒弹簧钢(50CrVA):回火温度450℃-550℃,硬度42-50HRC。
- 不锈钢弹簧(304、316):回火温度200℃-400℃,硬度38-45HRC。
- 回火温度越高,弹簧的硬度越低,韧性越高;回火温度越低,硬度越高,韧性越低。应根据弹簧的使用要求选择合适的回火温度。
2. 保温时间
- 保温时间根据弹簧的线径、装炉量和加热设备确定,通常为30-120分钟。 - 线径越粗,装炉量越大,保温时间越长,确保弹簧内部温度均匀,组织转变充分。
- 保温时间过短,组织转变不充分,内应力消除不完全;保温时间过长,会使晶粒粗大,硬度下降过多。
3. 加热方式与炉温均匀性
- 常用加热设备:热风循环炉、井式炉、连续式回火炉。热风循环炉炉温均匀性好,是常用的回火设备。
- 炉温均匀性应控制在±10℃以内,避免局部温度过高或过低,使弹簧硬度不均。
- 弹簧应均匀放置在炉内,不得堆叠过密,确保热量传递均匀。
4. 冷却方式
- 弹簧回火后通常采用空气中自然冷却,对于有回火脆性的钢材(如硅锰钢),回火后应快速冷却(油冷或水冷),避免回火脆性。
- 冷却过程中应避免弹簧受到冲击和碰撞,避免变形。
三、不同类型弹簧的回火工艺要点
1. 冷卷弹簧
- 冷卷弹簧成型后需进行去应力回火,温度通常为200℃-300℃,保温30-60分钟,消除绕制过程中的内应力,提高弹性和尺寸稳定性。
- 对于需要提高硬度和强度的冷卷弹簧,可进行淬火+回火处理。
2. 热卷弹簧
- 热卷弹簧成型后需进行正火+回火处理,正火温度850℃-900℃,回火温度450℃-550℃,细化晶粒,消除内应力,获得良好的综合力学性能。
3. 不锈钢弹簧
- 奥氏体不锈钢弹簧通常采用固溶处理+时效处理,固溶温度1050℃-1100℃,时效温度400℃-500℃,提**度和n腐蚀性。
四、常见回火缺陷及预防
1. 硬度不足或过高 - 原因:回火温度不当,保温时间不足或过长,炉温不均。
- 预防:严格控制回火温度和保温时间,定期校准炉温,确保炉温均匀。
2. 硬度不均 - 原因:弹簧堆叠过密,炉温不均,加热时间不足。
- 预防:弹簧均匀放置,控制装炉量,延长保温时间。
3. 变形 - 原因:加热或冷却不均匀,弹簧放置不当。
- 预防:采用专用夹具固定弹簧,均匀加热和冷却。
4. 回火脆性
- 原因:在回火脆性温度区间(250℃-400℃)长时间保温,或回火后缓慢冷却。
- 预防:避开回火脆性温度区间,回火后快速冷却。