前言
對(duì)長(zhǎng)度50m、外徑ф60mm的扁截面圓柱螺旋壓縮彈簧的熱處理是我們接受的一項(xiàng)外援任務(wù)。在國(guó)外，制造這種彈簧是使用油淬、回火后的鋼絲繞制成形然后經(jīng)低溫回火來(lái)消除繞制應(yīng)力。而在國(guó)內(nèi)，到目前為止還沒(méi)有生產(chǎn)此類扁截面彈簧的專業(yè)廠，因而對(duì)這種異形截面鋼絲大多數(shù)是用圓鋼絲軋制或拉拔而成，繞制成彈簧后再經(jīng)淬火和回火處理。顯然對(duì)這么長(zhǎng)的彈簧進(jìn)行淬、回火處理困難很大。我們經(jīng)過(guò)調(diào)研分析和大量試驗(yàn)，初步摸索了這種長(zhǎng)彈簧的電阻法加熱淬火工藝，取得了比較滿意的結(jié)果。
一、電阻法加熱工藝方案的確定和設(shè)備設(shè)計(jì)
根據(jù)這種彈簧較長(zhǎng)的特點(diǎn)和技術(shù)要求，我們比較了以下三種工藝方案，即火焰淬火、高頻淬火和電阻加熱淬火，經(jīng)過(guò)分析對(duì)比認(rèn)為，雖然電阻加熱淬火方案也有一定的技術(shù)難點(diǎn)，但最大特點(diǎn)是加熱時(shí)不要求彈簧旋轉(zhuǎn)，不要噴射冷卻液的專業(yè)設(shè)備。所以，確定用電阻加熱淬火法進(jìn)行試驗(yàn)。我們?cè)跓釋W(xué)、電學(xué)的基礎(chǔ)上推導(dǎo)了溫度隨時(shí)變化的函數(shù)，依次推導(dǎo)出電阻加熱過(guò)程中電能轉(zhuǎn)換成熱能以及輻射熱的熱量隨時(shí)的變化規(guī)律，作為確定電阻加熱工件參數(shù)的參考依據(jù)。
二、試驗(yàn)設(shè)備與結(jié)果
1．試驗(yàn)設(shè)備
試驗(yàn)中采用的儀器設(shè)備有：（1）ZUDG—253鹽浴爐變壓器一臺(tái)；（2）彈簧加熱淬火用絕緣固定裝置一套；（3）冷卻水槽一個(gè)；（4）WGG2—302光學(xué)高溫計(jì)一個(gè)IRT—1200型紅外測(cè)儀一個(gè)；秒表一只。
2．試驗(yàn)的主要內(nèi)容
確定淬火加熱時(shí)間和回火時(shí)間，選擇淬火介質(zhì)和觀察金相組織。
3．試驗(yàn)結(jié)果
（1） 淬火加熱時(shí)間的確定，根據(jù)電阻加熱是內(nèi)熱源加熱，溫度是時(shí)間的函數(shù)關(guān)系本試驗(yàn)采用秒表，光學(xué)高溫計(jì)和紅外測(cè)溫儀分別測(cè)量在一定電參數(shù)下試件能達(dá)到不同溫度的連續(xù)加熱時(shí)間，以此確定淬火加熱時(shí)間。
（2） 回火時(shí)間的選擇，采用秒表和紅外測(cè)溫儀進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明回火加熱時(shí)間在25—30S之間較為適宜。
（3） 淬火介質(zhì)的選擇，按照水、油聚乙烯醇三種淬火介質(zhì)分別進(jìn)行了試驗(yàn)。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，這三種淬火介質(zhì)都能滿足硬度和淬透性要求，但水淬的試件有明顯脆性，而油污染大，易著火。經(jīng)大量試驗(yàn)比較，選用濃度為0.5%的聚乙烯醇淬火劑較為適宜。
（4） 金相組織，試驗(yàn)結(jié)果表明：這類彈簧在電參數(shù)選取適宜，并能保證電參數(shù)穩(wěn)定的條件下，淬火加熱2min,溫度可達(dá)到860—880℃，得到極細(xì)的淬火組織，在1000倍光學(xué)顯微鏡下才能觀察到明顯的馬氏體針狀組織特征?；鼗鸸に嚍?80℃×28S，硬度可達(dá)到39—43HRC。金相組織為回火屈氏體+少量回火素氏體，未見(jiàn)明顯的脫碳層故具有良好的綜合機(jī)械性能。
三、 試驗(yàn)結(jié)果分析
1.電阻法加熱具有較高的加熱速度，從而能使鋼在加熱時(shí)奧氏體晶粒得到細(xì)化，在加熱時(shí)間控制適當(dāng)時(shí)，一般不會(huì)出現(xiàn)過(guò)熱現(xiàn)象。油淬火硬度與加熱時(shí)間之間關(guān)系得知：雖然在電參數(shù)穩(wěn)定條件下，加熱1.5min就能達(dá)到硬度要求，但考慮到繞制時(shí)，彈簧圈內(nèi)側(cè)較外側(cè)厚這個(gè)因素，因此將加熱時(shí)間延長(zhǎng)2min較為適宜。
2．就電阻法加熱來(lái)說(shuō),時(shí)間對(duì)溫度的敏感性很大，因此要求材質(zhì)和截面尺寸可能達(dá)到均勻一致。從整體看，電阻法加熱速度快，時(shí)間控制適當(dāng)不會(huì)造成過(guò)熱現(xiàn)象?？墒钱?dāng)工作截面明顯變化時(shí)，有可能造成局部溫度過(guò)高，重則過(guò)燒甚至熔斷，所以在使用電阻法加熱設(shè)備加熱工件時(shí)，特別是處理這類異形截面彈簧時(shí)，要預(yù)備一臺(tái)空氣壓縮機(jī)進(jìn)行局部降溫，減小溫差；同時(shí)在加熱前必須除去工件表層的銹蝕，防止電加熱接觸不良，產(chǎn)生電火花燒傷工件。
3．本試驗(yàn)選用聚乙烯醇火劑，能滿足彈簧淬火硬度要求，減小了變形和開(kāi)列現(xiàn)象這類介質(zhì)冷卻速度可介于水和油之間，從而可大大減小奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的熱應(yīng)力和相變應(yīng)力，減小工件的變形和開(kāi)裂現(xiàn)象。
對(duì)長(zhǎng)度50m、外徑ф60mm的扁截面圓柱螺旋壓縮彈簧的熱處理是我們接受的一項(xiàng)外援任務(wù)。在國(guó)外，制造這種彈簧是使用油淬、回火后的鋼絲繞制成形然后經(jīng)低溫回火來(lái)消除繞制應(yīng)力。而在國(guó)內(nèi)，到目前為止還沒(méi)有生產(chǎn)此類扁截面彈簧的專業(yè)廠，因而對(duì)這種異形截面鋼絲大多數(shù)是用圓鋼絲軋制或拉拔而成，繞制成彈簧后再經(jīng)淬火和回火處理。顯然對(duì)這么長(zhǎng)的彈簧進(jìn)行淬、回火處理困難很大。我們經(jīng)過(guò)調(diào)研分析和大量試驗(yàn)，初步摸索了這種長(zhǎng)彈簧的電阻法加熱淬火工藝，取得了比較滿意的結(jié)果。
一、電阻法加熱工藝方案的確定和設(shè)備設(shè)計(jì)
根據(jù)這種彈簧較長(zhǎng)的特點(diǎn)和技術(shù)要求，我們比較了以下三種工藝方案，即火焰淬火、高頻淬火和電阻加熱淬火，經(jīng)過(guò)分析對(duì)比認(rèn)為，雖然電阻加熱淬火方案也有一定的技術(shù)難點(diǎn)，但最大特點(diǎn)是加熱時(shí)不要求彈簧旋轉(zhuǎn)，不要噴射冷卻液的專業(yè)設(shè)備。所以，確定用電阻加熱淬火法進(jìn)行試驗(yàn)。我們?cè)跓釋W(xué)、電學(xué)的基礎(chǔ)上推導(dǎo)了溫度隨時(shí)變化的函數(shù)，依次推導(dǎo)出電阻加熱過(guò)程中電能轉(zhuǎn)換成熱能以及輻射熱的熱量隨時(shí)的變化規(guī)律，作為確定電阻加熱工件參數(shù)的參考依據(jù)。
二、試驗(yàn)設(shè)備與結(jié)果
1．試驗(yàn)設(shè)備
試驗(yàn)中采用的儀器設(shè)備有：（1）ZUDG—253鹽浴爐變壓器一臺(tái)；（2）彈簧加熱淬火用絕緣固定裝置一套；（3）冷卻水槽一個(gè)；（4）WGG2—302光學(xué)高溫計(jì)一個(gè)IRT—1200型紅外測(cè)儀一個(gè)；秒表一只。
2．試驗(yàn)的主要內(nèi)容
確定淬火加熱時(shí)間和回火時(shí)間，選擇淬火介質(zhì)和觀察金相組織。
3．試驗(yàn)結(jié)果
（1） 淬火加熱時(shí)間的確定，根據(jù)電阻加熱是內(nèi)熱源加熱，溫度是時(shí)間的函數(shù)關(guān)系本試驗(yàn)采用秒表，光學(xué)高溫計(jì)和紅外測(cè)溫儀分別測(cè)量在一定電參數(shù)下試件能達(dá)到不同溫度的連續(xù)加熱時(shí)間，以此確定淬火加熱時(shí)間。
（2） 回火時(shí)間的選擇，采用秒表和紅外測(cè)溫儀進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明回火加熱時(shí)間在25—30S之間較為適宜。
（3） 淬火介質(zhì)的選擇，按照水、油聚乙烯醇三種淬火介質(zhì)分別進(jìn)行了試驗(yàn)。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，這三種淬火介質(zhì)都能滿足硬度和淬透性要求，但水淬的試件有明顯脆性，而油污染大，易著火。經(jīng)大量試驗(yàn)比較，選用濃度為0.5%的聚乙烯醇淬火劑較為適宜。
（4） 金相組織，試驗(yàn)結(jié)果表明：這類彈簧在電參數(shù)選取適宜，并能保證電參數(shù)穩(wěn)定的條件下，淬火加熱2min,溫度可達(dá)到860—880℃，得到極細(xì)的淬火組織，在1000倍光學(xué)顯微鏡下才能觀察到明顯的馬氏體針狀組織特征?；鼗鸸に嚍?80℃×28S，硬度可達(dá)到39—43HRC。金相組織為回火屈氏體+少量回火素氏體，未見(jiàn)明顯的脫碳層故具有良好的綜合機(jī)械性能。
三、 試驗(yàn)結(jié)果分析
1.電阻法加熱具有較高的加熱速度，從而能使鋼在加熱時(shí)奧氏體晶粒得到細(xì)化，在加熱時(shí)間控制適當(dāng)時(shí)，一般不會(huì)出現(xiàn)過(guò)熱現(xiàn)象。油淬火硬度與加熱時(shí)間之間關(guān)系得知：雖然在電參數(shù)穩(wěn)定條件下，加熱1.5min就能達(dá)到硬度要求，但考慮到繞制時(shí)，彈簧圈內(nèi)側(cè)較外側(cè)厚這個(gè)因素，因此將加熱時(shí)間延長(zhǎng)2min較為適宜。
2．就電阻法加熱來(lái)說(shuō),時(shí)間對(duì)溫度的敏感性很大，因此要求材質(zhì)和截面尺寸可能達(dá)到均勻一致。從整體看，電阻法加熱速度快，時(shí)間控制適當(dāng)不會(huì)造成過(guò)熱現(xiàn)象?？墒钱?dāng)工作截面明顯變化時(shí)，有可能造成局部溫度過(guò)高，重則過(guò)燒甚至熔斷，所以在使用電阻法加熱設(shè)備加熱工件時(shí)，特別是處理這類異形截面彈簧時(shí)，要預(yù)備一臺(tái)空氣壓縮機(jī)進(jìn)行局部降溫，減小溫差；同時(shí)在加熱前必須除去工件表層的銹蝕，防止電加熱接觸不良，產(chǎn)生電火花燒傷工件。
3．本試驗(yàn)選用聚乙烯醇火劑，能滿足彈簧淬火硬度要求，減小了變形和開(kāi)列現(xiàn)象這類介質(zhì)冷卻速度可介于水和油之間，從而可大大減小奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的熱應(yīng)力和相變應(yīng)力，減小工件的變形和開(kāi)裂現(xiàn)象。
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