弹簧的去应力退火

弹簧的去应力退火
采用冷卷工艺卷制的螺旋弹簧，普遍选用铅浴等温淬火冷拔钢丝(碳素弹簧钢丝、琴钢丝)和油淬火回火弹簧钢丝。用这些钢丝冷卷制成的弹簧，不需淬火处理，但必须进行去应力退火。去应力退火通常简称为回火，有时也称消除应力回火或去应力回火。
去应力退火的目的是：
1)消除金属丝冷拔加工和弹簧冷卷成形的内应力；
2)稳定弹簧尺寸，未经去应力退火的弹簧在后面的工序加工中和使用过程中会产生外径增大和尺寸不稳定现象；
3)提高金属丝的抗拉强度和弹性极限；
4)利用去应力退火来控制弹簧尺寸。如有时将弹簧装在夹具上进行去应力退火能起到调整弹簧的高度。去应力退火所用的热处理设备有如下几种。
1)连续式热风回火电炉。该电炉近年来在弹簧制造业中广泛采用，它的优点是可准确地控制温度和时间，省电。若把该电炉配置在卷簧机前面，即可实现卷簧和去应力退火自动生产线。
2)热风循环回火电炉、箱式电炉。炉温比较均匀，但保温时间要比硝盐炉长得多，3)硝盐回火炉。该炉一般由弹簧制造厂自行制造。硝盐炉的优点是加热速度快，保温时间较其他炉短。缺点是温度不均匀，炉内的液体有侵入弹簧表面的倾向，尤其对油淬火回火弹簧钢丝不利。经硝盐炉处理的弹簧，应进行水冷清洗，然后浸入防锈水中浸泡数分钟，以防生锈。
用电炉去应力退火时，其保温时间应比用硝盐炉的保温时间适当延长。
弹簧在炉中加热要排列整齐，形状特殊或容易变形的弹簧应配置相应的辅助工具。
   1．去应力退火温度和时间的确定  去应力退火温度，通常在150～350℃的范围内选取。总的原则是材料直径细的应采用较低的温度，粗的要采用较高的温度。在材料直径相同的条件下，有些材料的强度高，韧性稍差，则温度可取得高一些。油淬火回火弹簧钢丝卷制的弹簧要比碳素弹簧钢丝和琴钢丝卷制的弹簧温度高一些。对螺旋压缩弹簧和螺旋扭转弹簧推荐采用表1所列加热温度和保温时间。
表1  去应力退火温度及保温时间
弹  簧  材  料 去应力退火规范
类别 规格／mm 去应力退火温度／℃ 保温时间／min 冷却方式
碳素弹簧钢丝
琴钢丝 ＜1
＞1～2
＞2—3．5
＞3．5～6
＞6～8 240～260
260～280
280～300
300～320
320～340 10～20
15～25
20～30
20～30
25～35 空气或水
油淬火回火弹簧钢丝 ≤2
＞2 360～420
380～460 20～30
25～35 空气或水
奥氏体不锈钢丝 ＜3
＞3 280～320
320～360 20～30
30～40 空气或水
硅青铜丝
锡青铜丝 ≤1
＞1～2．6
＞2．6 170～180
180～200
180～220 40
60
60～90 空气或水
铍青铜丝 ≤1．8
＞1．8—2．6
＞2．6 240～300
240～310
280～310 60
60～90
60～90 空气或水
 
螺旋拉伸弹簧去应力退火温度和保温时间对弹簧的初拉力有很大的影响，温度低、时间短，则保留的初拉力大；反之则保留的初拉力小。图1是退火温度与初拉力之间关系的实验值。一般可在200～300℃的范围内选取，保温20～30min。若希望保留较多的初拉力，温度可低至180℃。应指出的是螺旋拉伸弹簧的初拉力应以卷簧控制为主，去应力退火温度只起到辅助作用。
 
图1  拉伸弹簧退火温度与初拉力关系
 
    螺旋拉伸弹簧和螺旋扭转弹簧的第二次去应力退火温度应比第一次低约20℃，保温时间也可缩短些。
    经抛丸处理后的弹簧的去应力退火温度一般在180～220℃，保温时间为20～30min。
    需采用去应力退火的方法来调整弹簧尺寸时，其温度应比一般介绍的温度高20℃左右。
    2．去应力退火对弹簧直径、总圈数的影响碳素弹簧钢丝、琴钢丝卷制成弹簧后，经过去应力退火工序，一般来说其直径要缩小、总圈数要增加。直径的收缩量与旋绕比有关，旋绕比愈大，收缩量愈大。因此在批量生产前应进行首件试样，待试样确定后方可投入批量生产。去应力退火处理后弹簧直径的收缩量ΔD2和总圈数的增加量Δn可按下列经验公式估算
   ΔD2＝KtCD2T            (公式1)
Δn=(1+ )n1            (公式2)
 
    式中  C——旋绕比；
          T——去应力退火温度；
         D2——弹簧外径；
         Kt——变形系数．它与卷制方法有关，有心卷制Kt＝6×10 ，无心卷制Kt＝4．4X10 ；
        铜合金线和奥氏体不锈钢丝卷制的弹簧经去应力退火处理后其直径涨大，应留有余量。