攀枝花学院
学生课程设计（论文）
题目：3Cr13弹簧热的热处理工艺设计
学生姓名： X X
学号： 20111110XXXX 所在院(系)：材料工程学院
专业： 20XX级材料成型及控制工程
班级：材料成型及控制工程一班
指导教师： X X X 职称：讲师
2012年12月28日
攀枝花学院教务处制
攀枝花学院本科学生课程设计任务书
课程设计（论文）指导教师成绩评定表
摘要
本课设计了3Cr13弹簧的热处理工艺设计。主要的工艺过程包括扁钢剪断、热卷成形、淬火、中温回火、喷丸、装配等热处理过程。通过各种不同的工艺过程进行恰当的处理可以获得各种性能良好的材料并且满足各项性能的要求。3Cr13不锈钢制造弹簧，则生产工艺简单，可免去高温淬火时弹簧易变形、软硬不均等缺点。3Cr13弹簧在弱腐蚀介质（如空气、水蒸气、淡水、盐水、硝酸及某些浓度不高的有机酸）温度不超过30℃都有良好的耐腐性。它的弯、扭及缠绕等力学性能良好。但脆性倾向较大。
3Cr13弹簧是满足特殊需要为主的特种弹簧，用于制造300°C以下工作的弹簧，产品可用于各类马达、电机轴、各类家电、电机轴、玩具轴、各类水泵、潜水泵用轴等，产品经热处理后强度高、耐磨性强。
关键词：3Cr13不锈钢，高温油淬，中温回火，耐腐性
目录
摘要 (Ⅰ)
1、设计任务 (1)
1.1设计任务 (1)
1.2设计的技术要求 (1)
2、设计方案 (1)
2.1 3Cr13弹簧设计的分析 (1)
2.1.1工作条件 (1)
2.1.2失效形式 (1)
2.1.3性能要求 (2)
2.2钢种材料 (2)
3、设计说明 (2)
3.1加工工艺流程 (2)
3.2具体热处理工艺 (3)
3.2.1预备热处理工艺 (4)
3.2.2机械加工 (4)
3.2.3淬火+中温回火热处理工艺 (5)
3.2.4喷丸处理 (7)
3.2.5物理性能及性能测试 (7)
4、常见缺陷及防补措施 (8)
5、提高弹簧质量措施 (9)
6、结束语 (10)
7、热处理工艺卡片 (11)
参考文献 (11)
1 设计任务
1.1设计任务
3Cr13弹簧的热处理工艺设计。
1.2设计的技术要求
3Cr13是一种马氏体类型不锈钢，该钢机械加工性能好，经热处理不完全退火或低温退火，再经过最终热处理淬火、回火等工艺过程后，具有优良的耐腐蚀性能、抛光性能、较高的强度和耐磨性，适宜制造承受高负荷，高耐磨及在腐蚀介质作用下的塑料模具。因此，它满足其弹簧耐腐蚀的要求，但要提高其硬度、热稳定性。
调质处理后硬度在HRC30以下的3Cr13材料加工性较好，易达到较好的表面质量。而硬度大于HRC30时加工出的零件，表面质量虽然较好，但刀具易磨损。所以，在材料进厂后，先进行调质处理硬度达到HRC25～30，然后再进行切削加工。3Cr13马氏体不锈弹簧钢热处理3Cr13，淬火后获得高硬马氏体，回火：470℃以下会有M7C3，新碳化物析出，产生二次硬化，在475-550℃会产生回火脆性，450℃左右可获得最佳力学性能，为了提高抗腐蚀性能，回火温度大多选在450℃以下，此类弹簧钢一般适用于大气、水、弱酸性环境中（较强的抗腐蚀性）。
2 设计方案
2.1.3Cr13弹簧设计的分析
2.1.1工作条件
3Cr13弹簧一般在高低温、耐腐蚀等工作环境下工作。在各种机器设备中，它的主要作用是吸收冲击能量，缓和机械振动和冲击。因此其工作环境较为恶劣，
2.1.2失效形式
主要失效形式为断裂失效和应力松弛失效两大类。
断裂失效。在断裂失效中又分脆性断裂和塑性断裂，其中突发性的脆性断裂危害最大。又可以分为脆性断裂、疲劳断裂、应力腐蚀断裂及腐蚀疲劳断裂。其中疲劳断裂约占弹簧断裂的80％~90％。
应力松弛失效。应力松弛失效是弹簧工作过程中最普遍存在的现象，但一般不被重视，而对那些执行控制性元件中则是影响产品效率、灵敏度及可靠性的关键性零件。弹簧的早期失效对钢的浪费相当严重、造成直接和间接的经济损失巨大。
2.1.3性能要求
3Cr13弹簧钢应具备高的弹性极限或屈服极限和高的屈强比，以保证弹簧有足够高的弹性变形能力，并能承受大的载荷；高的疲劳极限，以保证弹簧在长时期的振动和交变应力作用下不产生疲劳破坏；为了满足成型的需要和可能承受的冲击载荷，弹簧钢应具有一定的塑性和韧性还应具有良好的耐热性和耐腐蚀性。
2.2钢种材料
3Cr13是一种中、低碳的13％Cr钢的马氏体不锈钢，3Cr13钢的热加工性能良好,退火材料冷轧总变形量可达60％以上。马氏体不锈钢淬火后的硬度随钢中碳含量增加而增高,当碳含量达到0.6％左右后,钢的硬度基本上不再增高。从提高钢的硬度考虑,3Cr13钢最合适的淬火温度为1000～1050℃,3Cr13淬火钢的最高硬度达到HRC57.5,淬火—低温回火后的最高硬度达到HRC56.5。淬火—低温回火3Cr13钢的抗锈蚀性能良好,并明显地优于退火后的3Cr13钢。
3 设计说明
3.1加工工艺流程
3Cr13弹簧的热处理工艺设计的热加工工艺流程经过许多次改进形成如下的工艺流程:扁钢剪断→机械加工→完全退火→淬火+中温回火→喷丸→装配。
3Cr13属于低碳钢，其成分如下表1
表1 3Cr13的化学成分（质量分数，%）
C Mn P S Cr Ni Cu Si
0.26～0.35 ≤1.00≤0.035≤0.03512.0~14.0 ≤0.60≤0.25≤1.00
成分分析：Mn是良好的脱氧剂和脱硫剂。它能消除或减弱由于硫所引起的钢的热脆性，从而改善钢的热加工性能。Mn和Fe形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度，经固溶处理后有良好的韧性，当受到冲击而变形时，表面层将因变形而强化，具有高的耐磨性；同时又是碳化
物形成元素，进入渗碳体中取代一部分铁原子。
Si能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度。硅能提高钢的弹性极限、屈服强度和屈服比(σs/σb),以及疲劳强度和疲劳比(σ-1/σb)等。硅能促使铁素体晶粒粗化，降低矫顽力。
Cr是决定不锈钢耐腐蚀性能的最基本元素。在氧化性介质中，铬能使钢的表面很快形成一层实际为腐蚀介质不能透过和不溶解的富铬的氧化膜，这层氧化膜很致密，并与金属基本结合得很牢固，保护钢免受外界介质进一步氧化浸蚀；铬还能有效地提高钢的电极电位。当含铬量不低于12.5%原子时,可使钢的电极电位发生突变,由负电位升到正的电极电位。因而可显著提高钢的耐蚀性。铬的含量越高，钢的耐蚀性能越好。当含铬量达到25%、37.5%原子时，会发生第二次第三次的突变，使钢具有更高的耐腐蚀性能。
Ni对不锈钢耐腐蚀的影响，只有它与铬配合时才能充分显示出来。因为，低炭镍钢要获得纯奥氏体组织，含镍量需达24%；要使钢在某些介质中的耐腐蚀性能显著改变，含镍量需在27%以上。所以，镍不能单独构成不锈钢。而在含铬18%的钢中加入9%的镍，就能使钢在常温下获得单一奥氏体组织，并可以提高钢对非氧化性介质（如：稀硫酸、盐酸、磷酸等）的耐蚀性，并能改善钢的焊接和冷弯等的工艺性能。
C在不锈钢中的含量及其分布的形式，在很大程度上左右着不锈钢的性能和组织：一方面碳是稳定奥氏体元素，并作用的程度很大，约为镍的30倍，含碳量高的（马氏体）不锈钢，完全可以接受淬火强化，从而在机械性能方面可大大提高它的强度；另一方面由于碳和铬的亲和力很大，在不锈钢中要占用十七倍碳量的铬与它结合成碳化铬。随着钢中含碳量的增加，则与碳形成碳化物的铬越多，从而显著降低钢的耐蚀性。所以，从强度与耐腐蚀性能两方面来看，碳在不锈钢中的作用是互相矛盾的。在实际应用中，为了达到耐腐蚀的目的，不锈钢的含碳量一般较低，在大多在0.1%左右，为了进一步提高钢的耐腐蚀能力，特别是抗晶间腐蚀的能力，常采用超低碳的不锈钢，含碳量在0.03%甚至更低；但用于制造滚动轴承、弹簧、工具等不锈钢，由于要求有高的硬度和耐磨性，因而含碳量较高，一般均在0.85~1.00%之间。
3.2具体热处理
3Cr13钢的热处理包括初期的和预先热处理，以减少坯料的硬度为方便后面的机加工，也为后续淬火、回火提供优良的原始组织。
3Cr13钢的热处理工艺分析：
①由于3Cr13钢的含碳量较低，对于弹簧这种要求高强度和高弹性的特性，那么3Cr13钢的最重要的就是提高其硬度和弹性极限。
②通过锻造和随后的退火，形成硬度较低的原始坯料，为后续的切削加工提供有利的方便和减少对于弹簧的磨损。
③一般3Cr13使用时都需要进行锻造和预先热处理, 以减少碳化物的不均匀分布, 为后续淬火、回火提供优良的原始组织。
④最后进行喷丸处理，以提高和改善弹簧疲劳强度与应力腐蚀断裂强度。
3.2.1预备热处理工艺
退火是将偏离平衡状态的金属坯料或零件加热至较高温度，保持一定的时间后通常以相当缓慢的速度冷却，以得到接近于平衡状态组织的各种工艺方法。
退火的目的是：
a消除钢锭的成分偏析，使成分均匀化。
b消除因铸、锻、焊引起的组织缺陷。
c降低硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工。
d细化晶粒，均匀组织，为后续热处理做组织准备。
e消除钢中的内应力，以防止变形与开裂。
3
Ac1
图1 3Cr13完全退火工艺曲线
加热温度：Ac3+30~50℃；加热速度：小于200℃/h；保温时间：2min/mm 3.2.2机械加工
由于我们专业并不怎么涉及机加工方面的知识，因此此处只能说明其弹簧上进行加工。
3.2.3淬火+中温回火热处理工艺
①淬火
淬火是将钢加热至临界温度点Ac3或Ac1以上一定的度，保温后以大于临界冷却速度的速度冷却得到马氏体（或下贝氏体）的热处理工艺叫做淬火。
弹簧淬火的目的是把奥氏体化的钢材，以合理的冷却方式淬火形成马氏体，然后回火达到所要求的组织和性能。马氏体是高温奥氏体快速冷却，在抑制其扩散性分解条件下形成的。因此，要形成马氏体，第一，过冷奥氏体必须大于临界淬火速度的速度冷却，以避免发生奥氏体向珠光体和贝氏体转变。第二，过冷奥氏体必须过冷到一定温度M S点以下才能开始发生马氏体转变，这是马氏体转变的热力学条件决定的。即保证淬硬的关键是淬火介质在弹簧钢C曲线的鼻尖处得冷速要足够大，以使过冷奥氏体不至于形成珠光体或贝氏体组织。弹簧回火的温度一般为中温回火，为了获得回火屈氏体，是由奥氏体在低于珠光体形成温度时分解而得到铁素体与大量弥散分布的细粒状渗碳体的混合组织，具有较高的弹性极限和韧性然后配以不同温度回火获得各种需要的性能。3Cr13钢1000℃-1050℃温度范围内淬火。淬火时为了减少变形，可用硝盐分级冷却，淬火后将得到马氏体+碳化物+少量的残余奥氏体。
钢的理想淬火冷却曲线如图2所示
图2 淬火冷却曲线
对于3Cr13弹簧有两个方案。
方案1：将3Cr13弹簧片材料在炉中加热到890℃，使其奥氏体化，然后在
该温度下保温30min，加热温度不宜过高保温时间不宜过长，否则会产生材料过热或表面氧化脱碳，甚至发生过烧造成废品。然后淬入330℃的盐浴炉中，在该温度下保温20min，然后取出空冷却至室温；再加热至300℃回火，保温60min，在炉中缓慢冷却至室温。下图3为3Cr13卷簧淬火回火工艺图。然后观察热处理后试样的组织形貌，检查在该工艺下拉伸性能，室温冲击性能以及HRC硬度。
图3 Cr13卷簧淬火回火工艺
方案2：将50CrV A卷簧组装定型后，放在模具中，在炉中加热到890℃，使其奥氏体化，然后在该温度下保温30min，同样加热温度不宜过高保温时间不宜过长，否则会产生材料过热或表面氧化脱碳，甚至发生过烧造成废品。然后使其进行油淬，淬火至330℃，在该温度下分别保温20min，然后冷却至室温；再加热至300℃回火，保温60min，在炉中缓慢冷却至室温。然后观察热处理后试样的组织形貌，检查在该工艺下拉伸性能，室温冲击性能以及HRC硬度。
②低温回火
回火是将淬火钢加热到A1以下某一温度，经过保温，然后以一定的冷却方法冷至室温的热处理操作。
其目的在于：
a.降低脆性，消除内应力。工件淬火后存在着很大的内应力和脆性，若不及时回火，零件会产生变形或开裂。
b.得到对工件所要求的力学性能。工件淬火后，硬度高，脆性大，为了了获得对工件要求的性能，可以用回火温度调整硬度，减小脆性，得到所需要的塑性、强度和硬度。
c.稳定工件尺寸。淬火后的组织是马氏体和残余奥氏体，这两种组织都是不稳定的，会自发地逐渐地发生组织转变，因而引起工件尺寸和形状的改变。通过回火，可以促使这些组织转变。达到较稳定状态，以便在以后的使用过程中不发生变形。
3.2.4喷丸处理
3Cr13弹簧一般采用变温热喷丸，喷丸机和弹丸同上，先将弹簧预热至280℃，取出弹簧立即进行喷丸，喷丸强度为0.45Amm ，喷丸过程中弹簧逐渐降温至室温状态，实际是经历热喷丸和室温喷丸两个过程。
3.25
3.50
3.75
4.004.25
层深 /μm
半高宽 / d e g .
图4 变温热喷丸(0.45Amm/280℃)的残余应力分布
3.2.5物理性能及性能测试
经过上述各种热处理后3Cr13的韧性、硬度、耐磨性都有所甚至很大的提升。经1000-1040℃ 温度范围内淬火，3crl3钢热处理后获得了最高的硬度，淬火后的最高硬度达57．5HRC ， 淬火并低温回火后钢的最高硬度可达到HRC56．5HRC 。
经过处理的3Cr13弹簧弹簧片还不能直接包装，需要进行质量检验，如射线探伤、超声波探伤等。射线探伤的实质是根据被检工件与其内部缺陷介质对射线能量衰减程度不同，而引起射线透过工件后的强度差异，使缺陷能在射线底片或X 光电视屏幕上显示出。利用材料及其缺陷的声学性能差异对超声波传播的影响
来检验材料内部缺陷的无损检验方法[27]。现在广泛采用的是观测声脉冲在材料中反射情况的超声脉冲反射法，此外还有观测穿过材料后的入射声波振幅变化的穿透法等。常用的频率在0.5～5MHz之间。常用的检验仪器为A型显示脉冲反射式超声波探伤。根据仪器示波屏上反射信号的有无、反射信号和入射信号的时间间隔、反射信号的高度，可确定反射面的有无、其所在位置及相对大小[28]。仪器的基本结构和原理见图5
图5 A型脉冲反射式超声波探伤仪电路框图
由于仪器水平扫描线的长短与扫描电压有关，而扫描电压与时间成正比，即反映声波传播的距离，故由此可以对缺陷定位。又由于反射波幅度的高低与接收的电讯号大小有关，电讯号的大小取决于接收的反射声能多少，而反射声能又与缺陷反射面的形状和尺寸有一定关系，因此反射波幅度的高低将间接的反映出缺陷的大小，故由此可以对缺陷定量和评价[29]。
4 常见缺陷及防补措施
弹簧钢在热处理后，有时会发现很多缺陷，可能是由于加热温度过高、操作不当或者没有脱氧处理等。表3是弹簧钢热处理后常见的缺陷及预防补救措施。
5 提高弹簧质量的措施
①形变热处理--将钢的变形强化与热处理强化两者结合起来,以进一步提高钢的强度和韧性。形变热处理有高、中、低温之分。高温形变热处理是在奥氏体状态下产生形变后立即淬火,也可与锻造或热轧结合起来,即热成型后立即淬火。形变热处理已应用于汽车板簧生产中。
②弹簧的等温淬火--对于直径较小或透透性足够的弹簧可采用等温淬火,它不仅能减少变形,而且还能提高强韧性,在等温淬火后最好再进行一次回火,可提
高弹性极限,回火温度与等温淬火温度相同[30]。
③弹簧的松弛处理--弹簧长时间在外力作用下工作,由于应力松弛的结果会产生微量的永久(塑性)变形,特别是高温工作的弹簧,在高温下应力松弛现象更为严重,使弹簧的精度降低,这对于一般精密弹簧是不允许的。因此,这类弹簧在淬火,回火后应进行松弛处理--对弹簧预先加载荷,使其变形量超过弹簧工作时可能产生的变形量。然后在高于工作温度20℃的条件下加热,保温8～24h。
④低温碳氮共渗--采用回火与低温碳氮共渗(软氮化)相结合的工艺,能显著提高弹簧的疲劳寿命及耐蚀性,此工艺多用于卷簧。
⑤喷丸处理--划痕、折叠、氧化脱碳等表面缺陷往往会成为弹簧工作时应力集中的地方和疲劳断裂源。若用细小的钢丸高速喷打弹簧表面,不仅改善弹簧表面质量,提高表面强度,并使表面处于压应力状态,从而提高弹簧疲劳强度和使用寿命
6 结束语
这次3Cr13弹簧热的热处理工艺设计的完成，让我不仅通过自己的努力大致了解了3Cr13弹簧的制作流程，还学会了把自己书本上学到的知识运用到实际物体上去。
弹簧必须满足高强度和高弹性的特性，所以3Cr13钢必须具有强的硬度和高的弹性。3Cr13钢扁钢剪断→完全退火→机械加工→淬火+中温回火→喷丸→装配。3Cr13钢有良好的热加工性能，热加工时要注意控制加工温度，热加工后需缓冷并及时退火，在淬火加热时，为了防止氧化和脱碳，应尽量采用快速加热，最好是在盐炉或带有保护性气氛的炉中进行，。淬火后尽快回火，以防延迟断裂。因为弹簧的质量对使用寿命影响很大，表面微笑的缺陷如脱碳、裂纹、夹杂、斑痕等，都会是钢的疲劳强度降低，因此弹簧热处理后还用喷丸处理来进行表面强化，使表面层产生残余压应力，提高期疲劳强度。
7 热处理工艺卡片
8 参考文献
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[8] 林约利,程芝苏.简明金属热处理手册（第二版）[M].上海,上海科技出版社.2003,3.
[9] 崔中圻.金属学与热处理.北京：机械工业出版社，2000.290～306
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弹簧的热处理工艺(P103) 弹簧的热处理工艺,主要是根据弹簧的品种和加工状态来制定的,概括起来可分为三种类型, 第一种,凡是用经过强化处理的钢丝,如碳素弹簧钢丝,琴钢丝,, 油淬火回火弹簧钢丝和 钢带一冷成形工艺制作的弹簧,形成后只需进行去应力退火处理 第二种,凡是用经过固溶处理和冷拉强化的奥氏体不锈钢, 沉淀硬化的不锈钢钢丝, 钢带和铜镍合金材料以冷成形工艺制作的弹簧,成形后需进行时效硬化处理. 第三种,凡是用热成型和以退火材料冷卷的弹簧，均需进行淬火回火处理。 弹簧的淬火和回火 1弹簧的淬火淬火就是把钢加热到临界温度ＡC3或AC1 以上保温一定时间，使其奥氏体化，再以大于临界了冷却速度急剧了冷却，从而获得马氏体组织的热处理方法。 对于一般热卷螺旋的弹簧，热弯板簧以及热冲压的蝶形弹簧，最好是在热成之后，利用其余热立即淬火。这样可以省去一次加热，减少弹簧的氧化脱碳程度，既经济又改 善了弹簧的表面质量。例如60Si2MnA钢板弹簧目前采用的热处理工艺是在900—925℃弯片之后，在850—880℃入油淬火。若受条件限制，也可在成形之后重新加热淬火。 冷成形的弹簧剩余应力较大，在淬火加热时，由于剩余应力的释放，变形较大。为了保证弹簧尺寸精度，可在淬火之前加一次去应力退火处理,这样可以减轻淬火加热变形程度. 弹簧的淬火温度可根据弹簧材料的临界温度而定.淬火后弹簧材料的金相组织中,应无自由铁素体和渗碳体,以免导致不均匀变形或疲劳强度的下降.淬火加热时,应尽量防止氧化和脱碳.为了保证弹簧的质量,在弹簧钢材的技术标准和各种金属弹簧的制造与验 收技术条件中,对脱碳层的深度都有明确规定. 目前,大型弹簧成形加热和淬火加热,多采用火焰炉或电炉.为了防止或减轻表面氧化和脱碳,得到较高的表面质量,最好采用可控制气氛的加热炉,或使炉中气氛略带还原性,并采用高温快速加热的方法,对中小弹簧,可用脱氧良好的盐浴炉进行淬火加热. 弹簧淬火宜在油中冷却,以避免变形和开裂.用尺寸较大的碳钢材料制造的弹簧,当要求不高时,可用水冷. 为了减小变形量,除了采用正确的加热和冷却方法外,有时还采用专用淬火夹具进行成形淬火,例如板簧在弯板机上淬火,中,小型螺旋弹簧装在心轴上或专用夹具上进行加 热和冷却. 2.弹簧的等温淬火主要应用在要求热处理变形小和希望获得良好的塑性和韧性的 情况. 等温淬火就是将弹簧加热到钢种的淬火温度,保温一定时间,以获得均匀的奥氏体组织,然后淬入Ms点以上20—50℃的熔盐中,等温足够的时间,使过冷奥氏体基本上完全转变成贝氏 体组织,再将弹簧取出,在空气中冷却.这种处理比普通淬火,回火处理的材料具有更高的延 展性和韧性,而且弹簧极少变形或开裂.如果在等温淬火后再加一次略高于等温淬火温度的 回火,则弹性极限和冲击韧性还能有所提高,而强度并没有大的变化. 等温淬火时,盐浴的温度是根据弹簧所要求的力学性能决定的,必须严格控制.通常是稍高于该钢种的Ms点,获得下贝氏体组织.如温度偏高,得上贝氏体组织,其硬度较前者低;如温度过低,虽能提高弹性极限,但塑性,韧性较差,以致失去等温淬火的优越性. 弹簧的等温淬火规范,即等温淬火温度和等温淬火保温时间,必须按照该钢号的等温转变 曲线图确定.表4-1为几种常用弹簧钢丝的等温淬火规范. 2.弹簧的回火将淬火后的弹簧重新加热到低于Ac1的某一选定温度,并保温一定时间,
攀枝花学院 学生课程设计（论文） 题目：65Si2MnW A弹簧钢的热处理工艺设计学生姓名： 学号： 所在院(系)：材料工程学院 专业： 20 XX级材料成型及控制工程班级：材料成型及控制工程一班 指导教师： X X 职称：讲师 2013年12月15日 攀枝花学院教务处制
攀枝花学院本科学生课程设计任务书 注：任务书由指导教师填写。
课程设计（论文）指导教师成绩评定表
摘要 本课设计了65Si2MnWA弹簧钢的热处理工艺设计。其主要的工艺过程包括锻造、预备热处理（去应力退火）、渗碳、油淬火+低温回火等过程。通过各种不同的工艺过程进行恰当的处理可以获得各种性能良好的材料并且满足各项性能的要求。65Si2MnWA弹簧钢是热轧弹簧钢中合金弹簧钢的一种，钢中含碳量增加能有效的提高冷变形强化或马氏体相变强化效果，获得较高的强度和弹性极限，这是碳素弹簧钢的主要优点。但是，碳素弹簧钢的淬透性小，抗应力松弛性能不够好、耐蚀性差和弹性模量温度系数较大，只能用于制造截面积较小、工作温度不高的弹簧。为了改善上述性能，在钢中加入Si、Mn、Cr、Ni、V、W、Nb及B等合金元素制成合金弹簧钢。 关键词：65Si2MnWA弹簧钢，去应力退火，淬火，低温回火
目录 摘要 (Ⅰ) 1、设计任务 (1) 1.1设计任务 (1) 1.2设计的技术要求 (1) 2、设计方案 (2) 2.1 65Si2MnWA弹簧钢设计的分析 (2) 2.1.1工作条件 (2) 2.1.2失效形式 (2) 2.1.3性能要求 (2) 2.2钢种材料 (3) 3、设计说明 (4) 3.1加工工艺流程 (4) 3.2具体热处理工艺 (4) 3.2.1预备热处理工艺 (5) 3.2.2机械加工 (5) 3.2.3渗碳工艺 (5) 3.2.4淬火+低温回火热处理工艺 (6) 4、质量检验项目 (7) 5、分析与讨论 (8) 6、结束语 (9) 7、热处理工艺卡片 (10) 参考文献 (11)
【弹簧处理工艺】复位弹簧工作原理 弹簧处理工艺 弹簧处理工艺 1整定处理Setting 又称“立定处理”。将热处理后的压缩弹簧压缩到工作极限载荷下的高度或压并高度（拉伸弹簧拉伸到工作极限载荷下的长度，扭 转弹簧扭转到工作极限扭转角），一次或多次短暂压缩（拉伸、扭转）以达到稳定弹簧几何尺寸为主要目的的一种工艺方法。2加温 整定处理Hot-setting 又称“加温立定处理”。在高于弹簧工作温度条件下的立定处理。 3强压处理[Compressive]prestressing 将压缩弹簧压缩至弹簧材料表层产生有益的与工作应力反向的残余应力，以达到提高弹簧承载能力和稳定几何尺寸的一种工艺方法。 4加温强压处理Hot-[compressive]prestressing 在高于弹簧工作条件下进行的强压处理 5强拉处理[tension]prestressing 将拉伸弹簧拉伸至弹簧材料表面产生有益的与工作应力反向的残余应力，以提高弹簧承载能力和稳定其几何尺寸的一种工艺方法。 6加温强拉处理Hot[tension]prestressing 在高于弹簧工作温度条件下进行的强拉处理 7强扭处理[torsion]prestressing 将扭转弹簧扭转至弹簧材料表层产生有益的与工作应力反向的残余应力，以提高弹簧承载能力和稳定其几何尺寸的一种工艺方法。
8加温强扭处理Hot[torsion]prestressing 高于弹簧工作温度条件下进行的强扭处理。 几种常见弹簧介绍 （1）控制直径（Controllingdiameter）（a）外径、（b）内径、（c）所套管之内径、（d）所穿圆杆之外径。 （2）钢丝或钢杆之尺寸（Wireorbarsize）。 （3）材料（种类及等级）。 （4）圈数：（a）总圈数及（b）右旋或左旋。 （5）末端之形式（Styleofends）。 （6）在某一挠区长度下之负荷。 （7）一寸至几寸长度变化范围内之负荷比率。 （8）最大体高“自由长”（Maximumsolidheight）。 （9）运用时之最小压缩高。 压缩弹簧(CompressionSpring)乃变体弹簧第一种，由直筒型、 锥形至缩、凸腰形，乃至各种尾端之变体，均可依设计成型。 拉伸弹簧(ExtensionSpring) （1）自由长度：（a）总长度、（b）全部圈长、（c）自钩圈内之长度。 （2）控制直径：（a）外径、（b）内径、（c）所套管之内径。 （3）钢丝尺寸“线径”。 （4）材料（种类、等级）。 （5）圈数：（a）总圈数及（b）右旋或左旋。 （6）末端之形式。
弹簧热处理常见的问题及预防 热处理是指材料在固态下，通过加热、保温和冷却的手段，以获得预期组织和性能的一种金属热加工工艺。而在弹簧的热处理过程中会出现这样那样的问题，那么我们该如何预防那些问题的出现呢？ 弹簧热处理常见问题一：开裂和变形 弹簧淬火后的开裂和变形是热应力和组织应力共同作用的综合结果。热应力是弹簧在淬火加热和冷却的过程中材料表面和内部存在温差造成热胀冷缩不一 致造成的。 组织应力是由于奥氏体和其转变产物的比容不同以及弹簧的表里各部分之 间的组织转变时间不同造成的内应力。热应力的特点是弹簧表面受到压应力，内部受到拉应力。组织应力的特点是弹簧表面受限时发生永久变形，如果超过强度极限，弹簧机会开裂。 一般说，大多数弹簧的线径都比较细，热应力相对比较小，占主要的组织应力，尤其有些弹簧在水淬以后组织应力很大，如控制不当容易造成开裂。 预防淬火裂纹，从热处理方面应该减少内应力着手，在淬火的过程中注意 一下几点： （1）过热倾向较大的弹簧材料如65Mn，Si-Mn系弹簧钢，加热温度不宜取的太高，以免过热。 （2）在保证淬透的情况下，尽量使用冷却性能温和的介质。对线径较粗，油淬不能淬透，要改用水淬的弹簧，加热温度可以适当降低20-40℃，水冷到250℃左右即可出水空冷，以减少组织应力。 （3）淬火后的弹簧要及时回火，水淬的弹簧最好能立即回火，油淬弹簧一般也应在8h内回火完毕，一时来不及回火的弹簧应先进行一次低温消除应力回火。 弹簧和其他刚性零件不同，柔度大，加热时容易变形，为减少变形，可使用淬火压床进行定型淬火，在回火时则可采用定型夹具，套芯棒、管子或对弹簧间距加入楔子等办法把变形矫正后回火。 弹簧热处理常见问题二：过热和过烧 淬火加热温度过高或在高温下停留的时间过长，都会使奥氏体晶粒粗大，淬火后得到粗针状的马氏体组织，甚至出现魏氏组织，弹簧过热后脆性上升，疲劳性能下降，容易形成淬火裂纹，或弹簧早期失效。 弹簧过热后可以通过细化晶粒的退火予以补救。假如加热的温度过高。以致奥氏体晶界局部已经熔化，这种行为称之为过烧，过烧的退火无法补救，只能报废。造成过热过烧的原因大都是在成型或热处理时炉温失控，有时弹簧碰到电热丝或电极棒也会造成局部过热或过烧。 弹簧热处理常见问题三：硬度过高和过低 硬度过高一般是由回火温度过低或保温时间不足引起的，造成上述情况的原因有测温仪表失灵、钢种搞错（如60Si2Mn当作50CrVA），有时在用箱式炉回火时，尤其当装炉量较大时，各部分的炉温常常很不均匀，靠近炉门处的炉温偏低、，在此区域回火的弹簧可能也会发生硬度偏高的现象。硬度过高的弹簧可以进行再次回火予以纠正。 造成硬度过低，淬火方面原因是淬火的温度过低，保温时间不足，或冷却速度不足，回火方面的原因是回火温度太高。硬度过低的弹簧要进行重新淬火回火
S i M n弹簧钢的热处理工 艺 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】
50Si2Mn弹簧钢的热处理工艺 目录 1 选材论证 弹簧刚定义 弹簧钢分类 截面硬度分部曲线 2 材料选择 给定条件 技术要求 材料的选择 材料合金元素的分析 3 设计说明书 工艺流程 原材料检验 预备热处理 淬火加中温回火 去应力退火 交验 工装图 4 技术文件 真空炉设备的简介及操作规程
工艺守则 金相组织检验规程 常用炉型的选择 5 参考文献 摘要 通用合金弹簧钢是用途最广、最重要的弹簧材料.分析了标准合金弹簧钢的合金化特点及常用合金系列.标准合金弹簧钢使用的合金元素不够广泛,合金系列比较简单,未能充分利用多元合金化的效应.分析和研究了弹簧钢合金化的最新发展趋势.其特点是在更广泛和深入地研究合金元素作用、合金系列及合金化理论的基础上,扩大了合金元素的使用范围,特别是使用了很多以前未曾用过的微量合金元素,发展了大量多元(甚至七元或更多)合金系列,充分利用合金元素的复合合金化效果,明显改善了弹簧钢的性能 关键词：弹簧合金钢热处理 1选材论证 1.1弹簧钢定义： 弹簧钢是指由于在淬火和回火状态下的弹性，而专门用于制造弹簧和弹性元件的钢。钢的弹性取决于其弹性变形的能力，即在规定的范围之内，弹性变形的能力使其承受一定的载荷，在载荷去除之后不出现永久变形。 弹簧钢应具有优良的综合性能，如力学性能 (特别是弹性极限、弹性极限、屈强比)、抗弹减性能(即抗弹性减退性能，又称抗松弛性能)、疲劳性能、淬透性、物理化学性能(耐热、耐低温、抗氧化、耐腐蚀等)。为
中石化清江石化有限责任公司2台×2000m3液化气球罐 热处理工艺方案 二○○○年七月
目 录 1. 编制依据 2. 概况 3. 热处理方法与工艺 4. 流程与装置 5. 热处理前准备 6. 热处理操作 7. 劳动力组合与岗位细则 8. 热处理效果评定 9. 质量保证措施 10. 安全措施 11. 机具及材料一览表 12. 热工计算 13. 附图 13.1 2000m3球罐整体热处理工艺流程图(1) 13.2 2000m3球罐整体热处理保温图(2) 13.3 2000m3球罐整体热处理测点布置图(3) 13.4 2000m3球罐整体热处理工艺曲线(4) 13.5 2000m3下级板温度补偿电加热器布置图 (5) 13.6 喷嘴结构示意图(6) 13.7 焊接试板固定示意图(7)
1. 编制依据及执行规范 1.1 编制依据 1.1.1 2000m3球罐工艺图 1.2 执行规范 1.2.1 《球形储罐施工及验收规范》GBJ94-98 1.2.2 《球形储罐工程施工工艺标准》SHJ512-90 1.2.3 《钢制球形储罐》GB12337-98 1.2.4 《钢制压力容器》GB150-98 1.2.5 《压力容器安全技术监察规程》 2. 概 况 2.1 概况介绍 清江石化有限公司2000m3液化气球罐为现场组焊的压力容器，根据施工图的要求为消除球罐组装与焊接的残余应力和变形，改善焊缝及热影响区的组织，减少产生应力腐蚀条件，需现场对这台球进行整体热处理。 2.2 主要技术参数 容 积 2000m3 内 径 φ15700mm 材 质 16MnR 介 质 液化石油气 壁 厚 48mm 设计压力 1.75Mpa 设计温度 50℃ 容器类别 Ⅲ 重 量 329624kg 结构形式 混合式
精密弹簧热处理方法 热成型弹簧的热处理工艺--用这种方法成型弹簧多数是将热成型和热处理结合在一起进行的,而螺旋弹簧则大多数是在热成型后再进行热处理。这种弹簧钢的热处理方式是淬火+中温回火,热处理后组织为回火托氏体。这种组织的弹性极限和屈服极限高,并有一定的韧性。 *冷成型的压缩弹簧冷成型弹簧的热处理工艺--对于用冷轧钢板、钢带或冷拉钢丝制成的弹簧,由于冷塑性变形使材料强化,己达到弹簧所要求的性能。故弹簧成型后只需在250C左右范围内,保温30min左右的去应力处理,以消除冷成型弹簧的门应力,并使弹簧定型即可。
一、工作条件以及材料与热处理要求 1.形状简单,断面较小,受力不大的弹簧 要求: 65 785-815℃油淬,300℃400℃、500℃。600℃回火，相应的硬度HB512、HB430、HB369,75,780-800℃油或水淬,400-420℃回火, HRC42-48. 2.中等负荷的大型弹簧 要求: 60Si2MnA 65Mn 870℃油淬,460℃回火,HRC40-45(农机座位弹簧65Mn 淬火回火HB280-370) 3.重负荷、高弹簧、高疲劳极限的大形板簧和螺旋弹簧 要求: 50CrVA、60SiMnA 860℃油淬,475℃回火,HRC40-45 4.在多次交变负荷下工作的直径8-10mm的卷簧 要求: 50CrMnA 840-870℃油淬,450-480℃回火,HB387-418 5.机车、车辆、煤水车或板弹簧 要求: 55SiMn、60Si2Mn HRC39-45(hb363-432)(解放牌汽车板簧:55Si2Mn HB363-441) 6.车辆及缓冲器螺旋弹簧、汽车张紧弹簧 要求: 55Si2Mn、60Si2Mn、60Si2CrA 淬火,回火,HRC40-47 或HB370-441 7.柴油泵柱塞弹簧、喷油嘴弹簧、农用柴油机气阀弹簧及中型、重 型汽车的气门弹簧和板弹簧 要求: 50CrVA 淬火,回火,HRC40-47
北京奇朔科贸有限公司 部分金属材料热处理及表面处理工艺规范 第一版 编写：赵贵波 审核： 批准： 北京奇朔科贸有限公司 二零一二年六月
目录 1.0 热处理的工艺分类及代号---------------------------------------------------------------------3 1.1 基础分类-----------------------------------------------------------------------------------------------3 1.2 附加分类-----------------------------------------------------------------------------------------------3 1.3 热处理工艺代号--------------------------------------------------------------------------------------4 1.4 图样中标注热处理技术条件用符号--------------------------------------------------------------7 2.0 金属材料的热处理方法和应用目的-------------------------------------------------------8 2.1 钢的淬火-----------------------------------------------------------------------------------------------8 2.2 热处理的过程方法和应用目的--------------------------------------------------------------------9 3.0 部分金属材料的热处理规范-----------------------------------------------------------------17 3.1 渗碳钢的热处理工艺--------------------------------------------------------------------17 3.2 渗氮钢的热处理工艺--------------------------------------------------------------------------------20 3.3 调质钢的热处理工艺-------------------------------------------------------------------------------21 3.4 -弹簧钢的热处理工艺------------------------------------------------------------------------------23 3.5 轴承钢的热处理工艺-------------------------------------------------------------------------------25 3.6 合金工具钢的热处理工艺------------------------------------------------------------------------- 26 3.7 碳素工具钢的热处理工艺--------------------------------------------------------------------------29
弹簧加工工艺 .亨特弹簧 我们在日常生活中会使用到很多的弹簧产品，弹簧表面上看是很简单的产品。在教科书里也是一笔带过的部分。但是大家所不知的是弹簧的生产其实并不容易！很多产品的设计者常常把所有的机构全部设计完成了后再让弹簧加工商来生产所需的弹簧。殊不知在设计时由于没有提前把弹簧考虑进去所以造成了之前的所有设计全部报废。因为弹簧他是在一根钢丝上产生的机械性能！他可调性很差！只有材料、外径、圈数、总长这几大项可调。但由于提前把机构就已设计死，这样就限制了弹簧的多项的不可调性。那么下面我就以我在东莞市亨特五金制品公司里里多年生产弹簧的经验和大家做一个简单的分享吧。 现在我就以常见的压缩弹簧的加工及每部分所产生的功能来介绍： 一.弹簧加工卷制： 弹簧主要性能的产品主要就是这个部份产生。这几个部份在弹簧生产过程中是必须有的，少一项都不能生产出一个合格的弹簧.目前弹簧的卷制使用的均为CNC电脑数控弹簧机 1.材料. 需要知道材质及材料的大小也就是线径。材质一般常见分类为钢丝、琴钢、不 锈钢及合金钢。选择弹簧材料时，应考虑其用途、使用条件(载荷性质、大小及循 环特性、工作持续时间、工作温度等)以及加工、热处理和经济性等因素。 为了保障弹簧能够可靠地工作，其材料除应满足具有较高的强度极限和屈服极限外，还必须具有较高的弹性极限、疲劳极限、冲击韧性、塑性和良好的热处理工艺性等。 表20-2列出了几种主要弹簧材料及其使用性能。实践中应用最广泛的就是弹簧钢， 其品种又有碳素弹簧钢、低锰弹簧钢、硅锰弹簧钢和铬钒钢等。图20-2给出了碳 素弹簧钢丝的抗拉强度极限。 弹簧材料选择必须充分考虑到弹簧的用途、重要程度与所受的载荷性质、大小、循环特性、工作温度、周围介质等使用条件，以及加工、热处理和经济性等因素， 以便使选择结果与实际要求相吻合。钢是最常用的弹簧材料。当受力较小而又要求 防腐蚀、防磁等特性时，可以采用有色金属。此外，还有用非金属材料制做的弹簧， 如橡胶、塑料、软木及空气等。 碳素弹簧钢(如65、70钢)：价格便宜、来源方便，但弹性极限低； 低锰弹簧钢(如65Mn)：淬透性好、强度较高，淬火后易产生裂纹 硅锰弹簧钢(如60Si2MnA)：弹性极限高，回火稳定性好，力学性能良好； 铬钒钢(如50CrVA)：耐疲劳和抗冲击性能好，价格贵，用于要求高的场合。 2.外径. 外径、内径及中径在知道线径的大小的前提下可以只提供其中的任意一项！但如不 知线径就必须要提供最少两项。 他们的关系式为： 1．外径-线径=中径 2．外径-中径=线径 3．中径+线径=外径
弹簧钢热处理工艺方法有哪些？ 答：弹簧有热成型弹簧和冷成型弹簧，在成型之后都需要热处理。 (1)热成型弹簧热处理工艺方法①退火与正火处理：球化退火和软化退火处理，硬度在225HBS。退火工艺见表6-4。表6-4 弹簧钢退火工艺序号钢号临界温度/℃退火正火Ac1/Ar1Ac3/Ar3Ms温度/℃ 冷却介质硬度要求/HB温度/℃ 冷却介质硬度要求/HB 165727 /769752/730 答：弹簧有热成型弹簧和冷成型弹簧，在成型之后都需要热处理。 (1)热成型弹簧热处理工艺方法 ①退火与正火处理：球化退火和软化退火处理，硬度在≤225HBS。退火工艺见表6-4。 表6-4 弹簧钢退火工艺
②淬火、回火处理：淬火处理的加热温度见表6-5，一般在Ac3（或Acm）+( 30～50)℃。在盐浴炉中的加热系数a=0.5 min/mm，空气炉中的加热系数按1.2～2min/mm。空气炉加热时应防止氧化脱碳，装炉时可以在弹簧内径内穿入杆状吊具，且水平淬火，防止螺旋式工件变形。淬火介质选择时注意合金钢使用油淬火介质，大截面可以使用水油淬火。 回火处理时尽量选用带风机的回火炉，增加回火的均匀性，大多数弹簧的硬度在45～50HRC，片簧在40～45HRC。回火温度一般在400～500℃，回火保温时间按经验公式：保温时间T(min)=30+3d（适用于弹簧丝径d=12mm以下），T(min)=30+3d（适用于弹簧丝径d=12mm以上）。 回火之后一般采用水冷或油冷的快速冷却方式，防止回火脆性。
表6-5 弹簧钢淬火、回火工艺规范 ③贝氏体等温处理：根据Ms点确定贝氏体等温温度，淬火介质选用硝盐，经过等温处理的弹簧疲劳寿命高。(2)冷成型弹簧热处理工艺方法。对于冷轧钢带、钢板、冷拉钢丝成型的弹簧，需要进行去应力处理，压扭簧的处理温度在240～280℃；拉簧的处理温度在200～300℃，保温时间约30min处理，处理之后的冷却均采用水冷。
京隆发电有限公司烟气脱硝改造工程 钢结构焊接热处理工艺 施工措施 批准： 审核： 编制： 南京龙源环保有限公司京隆项目部
目录 一、编制依据 (2) 二、材料介绍 (2) 三、焊接施工流程 (3) 四、焊接工艺参数的选择 (3) 五、现场焊接顺序： (4) 六、现场技术管理 (9) 七、作业的安全要求及措施 (9)
内蒙京隆电厂2×600MW机组烟气脱硝工程，SCR钢架的主立柱、梁、垂直支撑全部采用"H"型钢，母材材质为Q345（属低合金结构钢），钢架主立柱采用分段对接方式连成一体，其中"H"型钢的腹板采用高强螺栓连接，翼缘板之间的连接采用对接焊接方式。 一、编制依据 1.1《火电施工质量检验及评定标准》(焊接篇)1996年版。 1.2《火力发电厂焊接技术规程》DL/T869-2004。 1.3《电力建设安全工作规程》（第1部分：火力发电厂） DL5009.1—2002。1.4《火力发电厂焊接热处理技术规程》DL/T819-2002。 1.5《管道焊接超声波检验技术规程》DL/T820-2002。 1.6《焊接材料质量管理规程》JB/T3223-1996。 1.7京隆电厂脱硝钢架安装相关图纸 1.8《工程建设标准强制性条文》（电力工程部分）2006版。 二、材料介绍 1. Q345化学成分如下表（%）： 2.Q345力学性能如下表（%）： 其中壁厚介于16-35mm时，σs≥325Mpa；壁厚介于 35-50mm时，σs≥295Mpa
3. Q345钢的焊接特点 3.1 碳当量(Ceq) Ceq=0.49%，大于0.45%，可见Q345钢焊接性能不是很好，需要在焊接时制定严格的工艺措施。 3.2 Q345钢在焊接时易出现的问题 3.2.1 热影响区的淬硬倾向 Q345钢在焊接冷却过程中，热影响区容易形成淬火组织-马氏体，使近缝区的硬度提高，塑性下降。结果导致焊后发生裂纹。 3.2.2 冷裂纹敏感性 Q345钢的焊接裂纹主要是冷裂纹。 三、焊接施工流程 1、坡口清理准备→点固→焊前预热→焊接→施焊→自检/专检→焊后热处理→无损检验（合格）焊接材料的选用 2、由于Q345钢的冷裂纹倾向较大，应选用低氢型的焊接材料，同时考虑到焊接接头应与母材等强的原则，选用E5015 （J507）型电焊条。 3、对于要求焊接的部位严格按图纸要求施焊，注意坡口角度、间隙及焊角高度。 4、焊接过程应注意层间清理和层间检查,确保无裂纹、气孔、夹渣等缺陷,方可继续施焊。 5、焊接过程应注意接头和收弧质量,接头应熔合良好,收弧时弧坑应填满,以防弧坑裂纹。 6、焊接工作应一气呵成,更换焊条时应迅速,中途不应无故停顿，注意层间熔化,避免出现夹沟。焊接过程中途因故停止后重新焊接时，必须检查焊缝表面是否有裂纹、气孔、生锈、水迹等，发现问题及时处理。 四、焊接工艺参数的选择
合金弹簧钢的热处理
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合金弹簧钢的热处理 我要打印 IE收藏放入公文包 文章来源：斯普弹簧信息网添加人：ｌina 添加时间：2007-9－14 14:3４:18 当弹簧材料的截面较大或使用条件较苛刻时,碳素钢已不能满足使用要求,这类弹簧必须使用合金弹簧钢制造。在合金弹簧钢中由于添加了合金元素，不仅使淬透性增加，而且具有碳素钢所没有的宝贵性能。下面介绍常用合金弹簧钢的热处理规范。 1.硅锰钢的热处理由于我国硅锰合金元素资源丰富,硅锰钢是弹簧钢应用广泛的材料之一。这类钢材具有成本低,淬透性好，抗拉强度、屈服点、弹性极限高,回火稳定性好等优点。但硅锰钢为本质粗晶粒钢,过热敏感、脱碳倾向大、易产生石墨化，所以在热处理时淬火温度不宜过高、保温时间不宜过长，以防止晶粒粗大和脱碳。常用硅锰弹簧钢的热处理工艺及力学性能见表4—9和表4 —1０。 表1 常用硅锰钢热处理工艺规范及力学性能
材 料淬火温度 ／℃ 冷却 剂 硬度 HRC 回火温度 ／℃ 硬度 HRC 抗拉强度 σb／MPa 屈服点 σs／MP a 断面收缩 率 ψ(％) 伸长率 δ(％) 55Si2Mn 60Si2Mn 60Si2Mn A 70Si3Mn A 860～880 850～870 850～870 850～870 油 油 油 油 ＞58 ＞60 ＞60 ＞62 440 440 440 430 47 48 48 52 1340 1680 1680 1810 1180 1470 1470 1620 ＞40 44 44 20 10 11 11 5 表2 不同回火温度下的硬度值 温度／℃ 材料200 250 300 350 400 450 500 550
弹簧是应用很广泛的各种机械和仪表中重要零件，其外形可分成板簧和螺旋弹簧两大类。弹簧的主要功能是消震及储能。弹簧工作时产生很大的弹性变形、吸收冲击能量、缓和冲击，例如汽车等车辆上的缓冲弹簧；弹簧还可以通过释放所吸收的能量，使其它零件完成某种动作，例如发动机上的气阀弹簧、仪表弹簧等。 1、弹簧钢的特点 弹簧钢首先，必须应具备高的弹性极限和高的屈强比，以避免弹簧在高载荷下产生永久变形；其次，应具备高的疲劳极限和高的抗拉强度，以免弹簧在长期震动和交变载荷应力的作用下产生疲劳破坏；再次，有一定冲击韧度和足够的塑性；同时还要求有良好的淬透性和低的脱碳敏感性，使弹性极限大幅度降低；以及良好的表面质量，在冷热状态下容易加工成形和良好的热处理工艺性。 弹簧钢一般均在弹性极限范围内服役，承受载荷时不允许产生塑性变形，因此要求弹簧钢经淬火、中温回火后具有尽可能高的弹性极限和屈强比值（≥0.90）。 为了获得弹簧所要求的性能，弹簧钢采用较高的含碳量，碳素弹簧钢通常在0.60%～0.85%范围。如65、70钢等的淬透性较差，其截面尺寸超过12mm时在油中就不能淬透，若用水淬火就容易开裂。对于截面尺寸较大、承受较重负荷的弹簧都是用合金钢制造。 合金弹簧钢的合碳量一般在0.50%～0.70%之间，所含合金元素有Si、Mn、Cr、V等，它们的主要作用是提高钢的淬透性和回火稳定性，强化铁素体和细化晶粒，从而有效地改善弹簧钢的力学性能。Si和Mn主要提高淬透性，同时也提高屈强比，且以Si的作用最突出，但它在热处理时促进表面脱碳，Mn则使钢易过热，造成晶粒粗大。重要用途的弹簧钢必须加入Cr、V、W等元素，Si--Cr弹簧钢表面不易脱碳；Cr--V弹簧钢不易过热，晶粒细，不易长大粗化，耐冲击性能好，高温强度也高，其中Cr、V、W还有利于提高弹簧钢的高温强度。 弹簧钢的牌号请见《888弹性地带》第85期“弹簧钢的技术发展与生产使用”一文。 2、弹簧制造过程的特征 弹簧热处理后质量的判别主要是弹簧的寿命，从性能的角度考虑时需要调整弹性参数与韧性参数的平衡；性能与弹簧钢的淬透性有密切关系。 目前弹簧制造方法采用钢材和工艺路线的不同可分为三类。 其一采用冷轧钢带和冷拔钢丝、冷卷成型，经淬火回火或低温回火； 其二采用热轧不退火钢材，热成形后，进行淬火回火，一般板簧及大型卷簧的制造都采用此方法； 其三采用热轧退火钢材，冷卷成型，除应力整型后，再加热淬火和回火热处理，一般钢丝直径在6-12mm的中型卷簧。 弹簧钢的热处理可分冷拔钢丝的热处理和热轧弹簧钢的热处理。 冷拔钢丝的热处理是先对材料进行淬火+中温回火，获得回火托氏体组织，成形后进行低于150℃去除应力回火。 热轧弹簧钢的热处理是热成形后的弹簧，可在830～890℃加热后油淬火、400～480℃回火，获得回火托氏体组织。如果弹簧钢丝直径太大（＞15mm）、板材太厚（＞8mm），会出现淬不透现象，结果弹性极限下降，疲劳强度降低。 弹簧在服役时承受的弯曲应力、旋转应力在表面，故它的表面状态非常重要。热处理时的氧化脱碳是预防的重点，加热时要严格控制炉内气氛，尽量缩短加热时间。弹簧经热处理后，一般要进行喷丸处理，使表面强化并在表面产生残余压应力，以提高疲劳强度。 强力喷丸技术是将高速弹丸喷射到弹簧表面，使表面层在弹丸的冲击作用下发生塑性变形，由此产生强化及表面压应力，使弹簧的抗疲劳性能及耐应力腐蚀能力均得到改善的方法。强力喷丸在弧高值为0.15-0.60mmA时，可以改善表面粗糙度值＞4μm的表面质量，延长了
一、齿轮 1.渗碳及碳氮共渗齿轮的工艺流程 毛坯成型→预备热处理→切削加工→渗碳（碳、氮共渗）、淬火及回火→（喷丸）→精加工2.感应加热和火焰加热淬火齿轮用钢及制造工艺流程 配料→锻造→正火→粗加工→精加工→感应或火焰加热淬火→回火→珩磨或直接使用调质 3.高频预热和随后的高频淬火工艺流程 锻坯→正火→粗车→高频预热→精车（内孔、端面、外圆）滚齿、剃齿→高频淬火→回火→珩齿 二、滚动轴承 1.套圈工艺流程 棒料→锻制→正火→球化退火 棒料→钢管退火磨→补加回火→精磨→成品 2.滚动体工艺流程 （1）冷冲及半热冲钢球 钢丝或条钢退火→冷冲或半热冲→低温退火→锉削加工→软磨→淬火→冷处理→低温回火→粗磨→补加回火→精磨→成品 （2）热冲及模锻钢球 棒料→热冲或模锻→球化退火→锉削加工→软磨→淬火→冷处理→低温回火→粗磨→补加回火→精磨→成品 （3）滚子滚针 钢丝或条钢（退火）→冷冲、冷轧或车削→淬火→冷处理→低温回火→粗磨→附加回火→精磨→成品 三、弹簧 1.板簧的工艺流程
切割→弯制主片卷耳→加热→弯曲→余热淬火→回火→喷丸→检查→装配→试验验收 2.热卷螺旋弹簧工艺流程 下料→锻尖→加热→卷簧及校正→淬火→回火→喷丸→磨端面→试验验收 3.冷卷螺旋弹簧工艺流程 下料→锻尖→加热→卷簧及校正→去应力回火→淬火→回火→喷丸→磨端面→试验验收 四、汽车、拖拉机零件的热处理 1.铸铁活塞环的工艺流程 （1）单体铸造→机加工→消除应力退火→半精加工→表面处理→精加工→成品 （2）简体铸造→机加工→热定型→内外圆加工→表面处理→精加工→成品 2.活塞销的工艺流程 棒料→粗车外圆→渗碳→钻内孔→淬火、回火→精加工→成品 棒料→退火→冷挤压→渗碳→淬火、回火→精加工→成品 热轧管→粗车外圆→渗碳→淬火、回火→精加工→成品 冷拔管→下料→渗碳→淬火、回火→精加工→成品 3.连杆的工艺流程 锻造→调质→酸洗→硬度和表面检验→探伤→校正→精压→机加工→成品 4.渗碳钢气门挺杆的工艺流程 棒料→热镦→机加工成型→渗碳→淬火、回火→精加工→磷化→成品 5.合金铸铁气门挺杆的工艺流程 合金铸铁整体铸造（间接端部冷激）→机械加工→淬火、回火→精加工→表面处理→成品合金铸铁整体铸造（端部冷激）→机械加工→消除应力退火→精加工→表面处理→成品钢制杆体→堆焊端部（冷激）→回火→精加工→成品 钢制杆体→对焊→热处理→精加工→表面处理→成品 6.马氏体型耐热钢排气阀的工艺流程 马氏体耐热钢棒料→锻造成型→调质→校直→机加工→尾部淬火→抛光→成品 7.半马氏体半奥氏体型耐热钢（Gr13Ni7Si2）排气阀的工艺流程
弹簧的热处理弹簧钢的特点—弹簧主要在动载荷下工作,即在冲击、振动的条件下,或在交变应力作用下工作, 利用弹性变形来吸收冲击能量,起缓冲作用。 由于弹簧经常承受振动和长期在享变应力作用下工作,主要是疲劳破坏,故弹簧钢必须具有高的弹性极限和高疲劳极限。此外,还应有足够的韧性和塑性,以防止在冲击力作用下突然脆断。 在工艺性论方面,弹簧钢应具有较好的淬透性和低的过热、脱碳敏感性。降低弹簧表面粗糙度能提高疲劳寿命。 为了获得所需的性能,弹簧钢必须具有较高的含碳量。碳素弹簧钢的含碳量在0.6-0.9％之间,由于
碳素弹簧钢的淬透性差,故只用于制造截面尺寸不超过10-15mm 的弹簧。对于截面尺寸较大的弹簧,必须采用合金弹簧钢。合金弹簧钢碳含量在0.45-0.75 ％之间,加入的合金元素有Mn ,Si ,W ,V ,Mo 等。它们的主要作用是提高淬
透性和回火稳定性,强化铁素体和细化晶粒,有效地改善弹簧钢的力学性能,其中Cr ,W ,Mo 还能 提高钢的高温强度。 在热状态下成型的弹簧（直径或厚度一般在10mm 以上） 在冷状态下成型的弹簧（直径或厚度一般在10mm 以下） 热成型弹簧的热处理工艺--用这种方法成型弹簧多数是将热成型和热处理结合在一起进行的,而螺旋弹簧则大多数是在热成型后再进行热处理。这种弹簧钢的热处理方式是淬火+中温回火,热处理后组织为回火托氏体。这种组织的弹性极限和屈服极限高,并有一定的韧性。 冷成型弹簧的热处理工艺--对于用冷轧钢板、钢带或冷拉钢丝制成的弹簧,由于冷塑性变形使材料强化,己达到弹簧所要求的性能。故弹
簧成型后只需在250C 左右范围内,保温30min 左右的去应力处理,以消除冷成型弹簧的门应力, 并使弹簧定型即可。 耐热弹簧钢的热处理--内燃机的气阀弹簧是在较高温度下工作,有的还存在腐蚀性气氛,因此必须选用特殊的弹簧钢和合适的热处理规范。 弹簧淬火时常见的缺陷及防止措施 (1)脱碳(降低使用寿命)--1、采用盐浴炉或拄制气氛加热炉加热。2、采用快速加热工艺。 (2)淬火后硬度不足,非马氏体数量较多,心部出现铁素体(产全残余变形,降低使用寿命)--1、选用淬透性较好的材料。2、改善淬火冷却剂的冷却能力。3、弹簧进入冷却剂的温度应控制在Ar3 以上。4、适当提高淬火加热温度。 (3)过热(脆性增加)--1、严格控制成型及淬
[常用牌号]： 常用合金弹簧钢的牌号、化学成分、热处理、力学性能及用途。 常用的合金弹簧钢有60Si2Mn、50CrVA、30W4Cr2VA等。 60Si2Mn钢是应用最广泛的合金弹簧钢，其生产量约为合金弹簧钢产量的80％。它的强度、淬透性、耐回火性都比碳素弹簧钢高，工作温度达250℃，缺点是脱碳倾向较大，适于制造厚度小于10mm的板簧和截面尺寸小于25mm的螺旋弹簧，在重型机械、铁道车辆、汽车、拖拉机上都有广泛的应用。 30W4Cr2VA是高强度的耐热弹簧，用于500℃以下工作的 [弹簧成型方法]： 对直径或板簧厚度大于10 mm的大弹簧，可在比正常淬火温度高出50～80℃的温度热成形，对直径或板簧厚度小于8～10mm的小弹簧，常用冷拔弹簧钢丝冷卷成形。 为保证弹簧具有高的强度和足够的韧性，通常50CrVA钢的力学性能与60Si2Mn钢相近，但淬透性更高，钢中Cr和V能提高弹性极限、强度、韧性和耐回火性，常用于制作承受重载荷、工作温度较高及截面尺寸较大的弹簧。锅炉主安全阀弹簧、汽轮机汽封弹簧等。 常采用淬火+中温回火。对热成形弹簧，可采用热成形余热淬火，对热冷成形的弹簧，有时可省去淬火、中温回火工艺，成形后只需进行200～300℃进行去应力退火即可。弹簧钢热处理后通常进行喷丸处理，其目的是在弹簧表面产生残余压应力，以提高弹簧的疲劳强度。 [性能]： 硬度为40～48HRC，有较高的弹性极限和疲劳强度，以及一定的塑性和韧性弹簧是起缓冲、减振和储能等作用。弹簧一般是在交变应力下工作，常见的破坏形式是疲劳破坏，因此，必须具有高的屈服点和屈强比（σs/ σb）、弹性极限、抗疲劳性能，以保证弹簧有足够的弹性变形能力并能承受较大的载荷。同时，弹簧钢还要求具有一定的塑性与韧性，一定的淬透性，不易脱碳及不易过热。一些特殊弹簧还要求有耐热性、耐蚀性或在长时间内有稳定的弹性。 中碳钢和高碳钢都可作弹簧使用，但因其淬透性和强度较低，只能用来制造截面较小、受力较小的弹簧。合金弹簧钢则可制造截面较大、屈服极限较高的重要弹簧。[化学成分]： 合金弹簧钢为中、高碳成分，一般wC=0.5％～0.7％，以满足高弹性、高强度的性能要求。加入的合金元素主要是Si、Mn、Cr，作用是强化铁素体、提高淬透性和耐回火性。但加入过多的Si会造成钢在加热时表面容易脱碳，加入过多的Mn容易使晶粒长大。加入少量的V和Mo可细化晶粒，从而进一步提高强度并改善韧性。此外，它们还有进一步提高淬透性和耐回火性的作用。 55Si2Mn特性：强度大、弹性极限好，屈服比值高，热处理后韧性较好，焊接性差，冷变形塑性低，切削性尚好，淬透性较65、65Mn钢高，临界淬透直径：油中约为25~57mm；水中约为44~88mm；此钢宜油淬、水淬时有形成裂纹倾向，无回火脆性倾向，且具有抗回火稳定和抗松弛稳定性；钢中夹杂物较高，轧制较困难，表面易出疵病，脱碳倾向大；适宜在淬火并中温回火状态下使用。用途：适用于制造铁道车辆、汽车、拖拉机等承受中等载荷的扁形弹簧、直径<25mm的螺旋形弹簧、缓冲弹簧以及汽缸安全阀门等高应力下工作的重要弹簧。 55Si2MnB特性：性能与55Si2Mn钢相近，但淬透性更高，在油中临界淬透直径约为90~180mm，疲劳强度也显著提高。用途：适用于制造中、小型截面的钢板弹簧，如汽车上的前后副钢板弹簧。
概述 本课程设计了65Mn刹车弹簧热处理工艺设计。主要包括淬火、低温回火等过程。在不同阶段，根据需求不同选择恰当方式进行处理，可获得不同的性能要求。65Mn，锰提高淬透性，φ12mm的钢材油中可以淬透，表面脱碳倾向比硅钢小，经热处理后的综合力学性能优于碳钢，但有过热敏感性和回火脆性。热处理及冷拔硬化后，强度较高，具有一定的韧性和塑性；在相同表面状态和完全淬透情况下，疲劳极限与合金弹簧相当。 关键词：65Mn，淬火，低温回火 目录 概述 (1) 1.1课程设计的目的 (3)
1.2热处理工艺课程设计的任务 (3) 1.3课程设计题目 (3) 第二部分课程设计的内容及部分 2.1设计要求 (3) 2.2 65Mn刹车弹簧热处理设计的分析 (4) 2.2.1工作条件 (4) 2.2.2失效形式 (4) 2.2.3性能要求 (4) 2.3 65Mn材料 (4) 3、设计说明 (5) 3.1加工工艺流程 (5) 3.2具体热处理工艺 (5) 3.2.1锻造工艺 (6) 3.2.2 预备热处理工艺 (7) 3.2.3机械加工 (8) 3.2.4淬火+低温回火热处理工艺 (8) 4、分析与讨论 (10) 5、结束语 (12) 参考文献 (13)
第一部分概述 1.1课程设计的目的 热处理工艺课程设计是高等学校金属材料工程专业一次专业课设计练习，是热处理原理与工艺课程的最后一个教学环节。其目的是： （1）培养学生综合运用所学热处理课程的知识去解决工程问题的能力，并使其所学知识得到巩固和发展。 （2)学习热处理工艺设计的一般方法，热处理设备的选用等。 （3）进行热处理设计的基本技能训练，如计算、工艺图绘制和学习使用设计资料、手册、标准和规范 1.2热处理工艺课程设计的任务 根据技术要求，选定相应的热处理方法，制定热处理工艺参数，画出热处理工艺曲线图，分析各热处理工序中材料的组织和性能，选择热处理设备。 1.3课程设计题目 65Mn刹车弹簧钢热处理工艺 二部分课程设计的内容及步骤 2.1设计要求 65Mn低合金圆钢必须应具备高的弹性极限和高的屈强比，以避免弹簧钢在高载荷下产生永久变形；同时还要求有良好的淬透性和低的脱碳敏感性，使弹性极限大幅度降低；以及良好的表面质量，在冷热状态下容易加工成形和良好的热处理工艺性。在热状态下成型的弹簧热成型弹簧钢的热处理工艺。用这种方法成型弹簧钢多数是将热成型和热处理结合在一起进行的,而螺旋弹簧钢则大多数是在热成型后再进行热处理。这种弹簧钢的热处理方式是淬火+中温回火,热处理后组织为回火托氏体。这种组织的弹性极限和屈服极限高,并有一定的韧性。