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| 弹簧材料局部感应加热退火工艺研究 |
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弹簧是量大面广的基础零件，对于动力机械、仪器仪表及武器中的控制性元件都是非常关键的零件，其基本功能是利用材料的弹性和弹簧的结构特点，以便达到缓冲或减振、控制运动或复位等目的。针对碳素弹簧钢丝，材料牌号为IIa，图样要求局部退火，没有任何相应的标准中规定IIa材料的局部退火的工艺参数，通过试验达到局部退火状态，以得到较低硬度并接近于平衡状态的组织，从而改善金属或合金的物理、化学、力学性能，稳定尺寸和形状；改善组织，为后道弯钩工序作准备，此项弹簧局部退火的目的是容易弯钩，保证装配后对弹簧销起到限位作用。1．局部退火工艺参数的确定IIa弹簧材料属于形变强化弹簧钢，以冷变形（冷拉或冷轧）状态供货，绕制弹簧后进行消除应力回火，使弹簧定型，这种钢丝在成形前已经具有很高的强度和足够的塑性和韧性，标准中只规定了回火工艺参数260～300℃，没有规定任何其他的热处理工艺参数，经翻阅航空材料手册、航空弹簧钢丝等资料和咨询其他有关单位，确定 IIa弹簧材料没有退火参数，建议可以考虑借鉴相近材料进行试验。由于IIa弹簧材料的材质为优质碳素钢，是碳素钢65钢、70钢、65Mn等弹簧钢丝的升级材料，其综合性能与碳素钢70钢相近，故决定按70钢的退火参数进行试验。经查阅相关标准，参考70钢的退火参数，终确定了在680～700℃进行退火试验。2．局部退火工艺方法的选择弹簧钢丝较细且较小，结合我公司现有的生产能力，由于盐浴具有加热速度快、加热均匀，并可防止氧化、脱碳，可以用来进行退火。感应加热是靠零件内部感应电流直接加热的，具有加热效率高、加热速度快的特点，也可以用来进行退火。故决定采取盐浴炉和高频机感应加热这两种方法进行局部退火试验。（1）盐浴炉局部退火在盐浴炉中进行局部退火时，加热温度较高，由于弹簧细小，工人操作起来较为困难，无法避免地会将整个弹簧工作圈侵入到盐浴中，造成整个弹簧退火，致使弹簧失去弹性，无法起到限位作用，影响正常工作，违反零件使用规定，造成零件报废，增加生产成本，所以不能选用盐浴炉加热退火方法。（2）感应加热局部退火由于之前有过对30CrMnSiNi2A螺栓螺纹部分退火的先例，故采用高频机对弹簧进行局部感应退火，通过制作适宜的感应加热圈，利用加热圈对弹簧局部进行加热。采用感应加热退火，零件表面没有脱碳，也不会有严重的氧化现象，并且零件变形量较小，生产效率高，易于实现机械化和自动化，有效地扩宽了加工制造能力。3．局部退火具体操作方法采用高频机对弹簧零件根部局部感应加热退火，感应圈选用15mm×15mm空心铜管制造，感应圈间隙为15mm左右，高频机的频率为2500Hz。用圈状感应器内磁场加热退火，加热温度为680～700℃。在实际生产中，感应加热的温度主要依靠电压、电流和加热时间等参数进行控制，工厂一般采用光电高温计测量加热温度，效果比较好。由于感应加热速度快，应采用间歇式加热方式，加热与停止加热交替进行。为了减少穿透加热时零件表面和中心的温差，加热速度应缓慢，加热功率应尽量控制在低，以得到较大的电流透入深度。加热时间根据现场情况而定，通过改变零件与感应器的相对移动速度来改变加热时间，以零件心部加热透为准。加热部位如附图所示，加热退火后将零件加热部位插入砂子内，使其缓慢冷却。加热退火区域示意图4．试验结果经过反复试验，不断摸索，通过做抗拉强度试验，强度值明显降低，弹簧局部硬度明显降低，钳工很容易进行弯钩工作，而过渡区外弹簧整体强度不受任何影响，热影响区很小，实现了局部硬度降低的特点，弹簧弹性在弹性区间内，局部退火部分弯钩，装配起来可以起到限位作用，符合图样要求，为后续装机提供保证。由于感应加热的趋肽效应，表层温度快速升高而心部温度变化慢，心部靠热传导升温。因此退火加热需要低功率、慢速升温、间断性加热。5．结语IIa弹簧材料局部感应加热退火，加热部位强度明显降低，表明IIa弹簧材料局部感应加热退火工艺可行，退火后的硬度有利于钳工工序高效、顺利的进行。通过试验摸索同时确定了此类弹簧的退火工艺参数，解决了此项弹簧局部退火工艺问题，为分厂解决了技术难题，使零件按时间节点完成加工，增加了分厂加工能力。采用高频机对弹簧进行局部退火属于首次，操作简单，时间短，效果好，可继续推广使用。
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