螺旋弹簧热处理工艺的设计方法

1.50CrA钢制气门弹簧的热处理工艺设计

（1）气门弹簧的失效特点 该弹簧以往采用65Mn钢制造，由于其承受高频率、高的非对称交变应力作用，以及在燃烧产物的较高温度下工作，往往以疲劳断裂和应力松弛为主，多数断裂在1～3圈，断面与轴线成45°，断裂源一般在弹簧的内表面。此外，应力松弛后其精度失准也导致弹簧失效。

分析认为，气门弹簧是汽车发动机中特别主要的弹簧，其精度失准会降低发动机工作效率而增加油耗量；一旦断裂掉入气缸内，严重时甚至引发机毁人亡事故等。然而，65Mn钢是合金弹簧钢中力学性能最低的一种，其仅适用于制造低应力弹簧。为了提高气门弹簧的使用性能和安全性，应选择力学性能更好的材料并正确设计其热处理工艺。

（2）气门弹簧选材 从该种弹簧的重要性考虑，首先应当选择高级优质合金钢，如60Si2MnA、60Si2CrA、50CrVA等。从经济、易得和不浪费功能以及强韧兼优等角度出发，认为50CrVA钢更适合制造气门弹簧。

（3）50CrVA钢制气门弹簧的热处理工艺设计 在正确选材的基础上，为了充分发挥其性能特点，拟选择复合等温淬火方法，即旨在获得马氏体和下贝氏体混合组织，来提高其强韧性。

1）在充分脱氧的中温盐浴炉中900～910℃加热，透烧后立即油冷至250～300℃后进行260～280℃等温转变，保持1～1.5h后空冷。

2）在280～310℃硝盐浴中保温60min后空冷到室温。

3）在清水流中彻底除净硝盐后进行钝化处理。

（4）处理结果 同批试样的力学性能为：R_m＝1816～1896MPa，Z＝46.7％～49.1％。传统的普通淬火回火处理弹簧使用寿命均低于2.24×10⁶次，而复合等温淬火的弹簧在τ_max＞780MPa的试验条件下，其疲劳寿命达1×10⁷次。

2.60Si2MnWA钢制缓冲弹簧的热处理工艺设计

（1）缓冲弹簧的工作特点分析 缓冲弹簧和蝶形弹簧等，其主要作用是缓冲减振，具有负荷重（28～32kN）、硬度高（50～54HRC）、旋绕比小（仅1.75）等特点。因此，这种弹簧多用60Si2MnWA钢制造。其热处理工艺为870℃加热透烧后，在油中冷却淬火，在420℃保温2.5～3h回火。(www.xing528.com)

（2）缓冲弹簧的失效分析 以往这种弹簧在压缩过程中，常发生脆断，有时甚至脆断成若干小段。分析认为，造成脆断的主要原因是强度、硬度高，塑性、韧性不足或弹簧表面有缺陷（如凹坑、深度划痕等）所致。因此，在保证原材料表面质量的前提下，如何选择强度和韧性等的最佳配合极为重要。

（3）缓冲弹簧的热处理工艺设计 为了确保60Si2MnWA钢制缓冲弹簧具有强韧兼优的性能，拟采用等温淬火方法，其工艺参数如下：

1）在充分脱氧的中温盐浴炉中850～870℃加热，透烧后立即进行等温冷却转变。

2）在280～310℃硝盐浴中恒温保持30min后空冷到室温。

3）在清水流中彻底除净硝盐。

4）回火：在硝盐浴中290～330℃加热，保持1.5h后空冷。

（4）处理结果 表3-4所示为不同工艺处理后的力学性能。

表3-4 60Si2MnWA钢制缓冲弹簧不同工艺处理后的力学性能