弹簧的淬火和回火

SK5弹簧钢薄带的工艺及热处理研究摘要：回火通常可分为三种，即低温回火、中温回火和高温回火，三种回火温度、回火后组织及其性能、主要适用对象如下表所示。

一般弹簧钢的热处理工艺是淬火+中温回火处理,可以获得回火屈氏体,在保证获得良好的弹性极限基础上,还具有良好的韧性和塑性,如85钢,其规范的回火工艺是380℃~440℃。

回火保温时间的选择应尽量保证工件各部分温度均匀，同时保证组织转变充分，并尽可能降低或消除内应力。

回火过程一般在最初0.5h内硬度变化很剧烈，超过2h后，硬度变化很小，因此，一般弹簧钢回火时间均为1~2h。

[1]将淬火后的试样分别在150℃、200℃、250℃、300℃、350℃下进行回火处理，比对金相进行分析；测量硬度值；进行拉伸试验，记录断面收缩率、拉伸率、最大拉伸力等数据；进行试验，记录最大力、最大弯曲强度、弯曲弹性模量等数据。

相关研究发现，抗拉强度与硬度随着回火温度的上升而下降,不同温度阶段的下降趋势不同;断面收缩率在不同的温度范围里有不同的变化趋势。

弹簧钢最重要的性能要求是良好的弹性极限和硬度，通常硬度很高时，断面收缩率会较低，此时的回火温度并不合适，应该选取回火时强度和韧性都较好的回火温度。

关键词：SK5弹簧；热处理；回火温度引言弹簧在生产中的主要功能是吸收冲击能量及缓和振动。

弹簧钢在工业设备、机械零件、铁路、汽车、发动机等行业当中应用非常广泛。

[1]随着我国现代工业能力的增强、汽车、铁路工业稳步发展，工业设备向着载荷量大、运行速度高的方向发展，机械零件承受这越来越高的载荷和频率。

这些现实的需求，要求弹簧钢具备良好的力学性能（高弹性极限σE、屈服极限σs和屈强比σ0.2/σb）、极佳的抗疲劳性能、淬透性，以及优异的物理和化学性能(耐热性、耐腐蚀性、抗氧化性等)。

目前，国内外弹簧钢的研究集中在提升弹簧钢的强度和使用寿命上，主要研究合金成分、组织形态、生产工艺、热处理等问题[2]。

弹簧钢的最终热处理应是淬火+低温回火。

弹簧钢，是金属材料中应用最广泛的材料之一，是结构件、气动机械设备中绚丽多彩的亮点，以其出色的弹性及耐腐蚀性而闻名于世。

弹簧钢是需要经过淬火和低温回火处理的，淬火能够使其性能获得明显提升，而低温回火在实现淬火效果的基础上，进一步提高其抗拉强度以及耐疲劳强度，使之更加持久耐用。

淬火是弹簧钢最重要的热处理手段，也是最终的热处理。

淬火能够帮助晶粒获得重组，使钢组织中的残余应力达到最小，从而提高了钢的硬度。

淬火处理后，弹簧钢的抗拉强度，耐久性，耐腐蚀性极大地提高，使之成为许多机械工程的最佳选择。

以及淬火，低温回火也是弹簧钢的终极热处理手段。

回火可以把淬火过程中产生的弹簧钢的较大残余应力缓和，回火后的钢易于韧性，具有较高的抗拉强度，耐疲劳强度以及抗拉性能，使之有效地抵抗外来负荷及环境的老化。

总而言之，淬火加低温回火是弹簧钢最终热处理的最佳手段，它们能够有效地提升钢的性能，使钢具有良好的效果，耐腐蚀性，抗压强度，耐疲劳性等优点，可以说是为众多机械设备提供良好服务。

弹簧的技术要求1）冷卷弹簧一般在成型后进行去应力退火，其硬度不予考核，根据使用要求也允许不进行应力退火；2）用硬状态的青铜线冷卷的弹簧需要进行去应力退火处理，其硬度不予考核。

用冷硬铍青铜线冷卷的弹簧应进行时效处理；3）需淬火回火处理的冷卷弹簧，淬火次数不超过两次，回火次数不限，其硬度值在42-52HRC范围内选取，特殊情况下其硬度可扩大选取范围到55HRC。

用退火冷硬铍青铜冷卷的弹簧需经淬火和时效处理，淬火次数不得超过两次，时效次数不限；4）经淬火回火处理的冷卷弹簧，单边脱碳层的深度，允许比原材料标准规定的脱碳层深度再增加材料直径的0.25%；5）热卷弹簧成型后，必须进行均匀的热处理，即淬火、回火处理；6）热卷弹簧淬火回火后的硬度，一般为41.5-48HRC。

单边脱碳层的深度允许为原材料标准规定的深度再增加材料直径的0.5%；7）热卷弹簧表面应进行防锈处理。

8）凡弹簧表面镀层为锌、铬与鎘时，电镀后应进行去氢处理。

9）弹簧表面应光滑，不得有肉眼可见的有害缺陷，但允许有深度不大于钢丝直径公差之半的个别小伤痕存在；10）根据需要，对弹簧进行立定处理，强压和加温强压处理，喷丸处理。

主要是生产工艺不同，以压缩弹簧为例：热卷弹簧典型工艺：落料---端头加工（轧扁或锻扁）---加热---卷簧---淬火---回火---磨端面---压缩---（负荷测试）---喷丸（清理）---涂装。

冷卷弹簧使用不需要热处理的材料卷制，点行工艺：卷制→去应力退火→两端面磨削→（抛丸）、（校整）、（去应力退火）→立定或强压处理→检验→表面防腐处理。

整定处理Setting弹簧“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”。

拉簧热处理标准
弹簧的热处理标准一般由国家标准或行业标准规定，其中包括温度、保温时间、冷却方式等多个方面的内容。

以拉簧为例，以下是其热处理标准：
1. 温度：通常在200℃\~300℃的区域内选择，保温20\~30分钟。

若期待保存较多的初拉力，温度可低至180℃，通常建议240℃\~280℃。

2. 回火温度：不可高于250℃热处理回火。

如用热处理回火的方式调节规格时，其温度应该比通常介绍温度高20℃左右。

此外，弹簧的性能受材料、工艺等因素影响，其中热处理是重要的工艺环节之一。

通过适当的加热和保温处理，可以使弹簧的材料组织达到理想状态，从而提高其强度、寿命及抗疲劳性能等，保证弹簧的质量和稳定性。

以上内容仅供参考，如需更具体准确的热处理标准，建议咨询专业人士获取帮助。

1.奥氏体不锈弹簧钢的热处理(1)固溶处理(2)稳定回火处理2.马氏体不锈弹簧钢的热处理(1)马氏体不锈弹簧钢的预备热处理马氏体不锈弹簧钢属于马氏体相变强化钢马氏体不锈弹簧钢的预备热处理工艺(2)马氏体不锈弹簧钢的淬火、回火处理马氏体不锈弹簧钢制成弹簧后的最终热处理是淬火、回火。

1.均匀且美观的表面状态。

2.良好的成形性，均匀的弹性。

3.高塑性，抗疲劳强度，耐热耐腐蚀性能佳。

4.材料表面状态由用户选择：裸线、镀镍弹簧线、镀树脂弹簧线，不锈钢弹簧出厂又分为亮面、雾面、半亮面。

客户可根据产品精密美观程度的要求进行选择。

5.无论是无磁性或弱磁性的不锈钢弹簧。

均可广泛使用于电子，家电，工业，民用等产品。

编辑本段不锈钢弹簧的抛光第一步给不锈钢弹簧去油污、去氧化皮有两种使用方法：1.把不锈钢弹簧浸入放有用清水稀释的金属清洗剂A(清洗剂A与清水稀释配比为1:1或1:2左右)的塑料容器中,时间以弹簧表面无油污、无氧化皮恢复金属本色为宜，浸泡时间不宜过长，取出用清水洗净。

这样不锈钢弹簧表面就有亚光效果。

2.在超声波设备中清洗剂与清水的配比为1：30左右，时间以弹簧表面无油污、无氧化皮恢复金属本色为宜，取出用清水洗净，这样不锈钢弹簧表面就能达到亚光效果。

以上两种方法，可适用于精密度高的弹簧。

3.清洗剂A放入有粗磨料、弹簧的振动光饰机中或六角滚筒中（弹簧与粗磨料的体积比最佳为1：3，清洗剂用量为弹簧重量的1%--2%）研磨抛光以后用清水洗净，弹簧表面的划痕就没有了，提高了弹簧表面的光洁度。

但精密度高易缠绕的弹簧不宜用此法。

第二步给不锈钢弹簧上光：把光亮剂B放入有粗磨料的振动光饰机或六角滚筒内（弹簧与精磨料的体积比为1：3，光亮剂B的用量为弹簧重量的1%--2%左右，时间越长越亮）抛光后，取出用清水洗净晾干即可，这样不锈钢弹簧表面如镀镍一般光亮照人，永不褪色。

编辑本段不锈钢化学抛光化学抛光是不锈钢[3]常用的表面处理工艺，与电化学抛光工艺相比，其最大不锈钢抛光制品优点是不需要直流电源和特殊夹具，可以抛光形状复杂的零件，生产率很高。

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。

1.1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,然后以适宜的冷却速度冷却的工艺方法,叫做回火.回火的目的是:获得所需要的力学性能,稳定弹簧的组织和尺寸以及消除内应力.表4-1 几种常用弹簧钢的等温淬火规范表1-8 美国弹簧标准名称和标准号(P20)。

弹簧的热处理弹簧钢大部分为圆钢，盘条和扁钢，用于制造各种尺寸较大的热式冷成型螺旋谈话和板（片）簧。

弹簧钢的W（C）时0.3-1.2%（碳素弹簧钢W（C）为0.6-0.9%，合金弹簧钢为W(C)为0.45-0.7%（1）钢中碳含量增加有效提高冷变形强化或马氏体相变强化效果，获得较高强度和弹性极限，这是碳素弹簧钢主要优点。

但碳素弹簧钢淬透性小，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，只能用于制造横截面积较小，工作温度不高的弹簧。

（2）合金弹簧钢分为：锰弹簧钢和硅锰弹簧钢硅鉻，硅鉻钒和硅锰钨弹簧钢鉻锰，鉻钒和鉻锰钒弹簧钢硼弹簧钢及稀出弹簧钢其他多元量少的低合金弹簧钢化学成分C Si Mn Cr V 其他合金65 0.62-0.70 0.17-0.37 0.50-0.80 ≤0.2570 0.67-0.75 0.17-0.37 0.50-0.80 ≤0.2585 0.82-0.90 0.17-0.37 0.50-0.80 ≤0.2565Mn 0.62-0.70 0.17-0.37 0.9-1.2 ≤0.2555Si2Mn 0.52-0.60 1.5-2.0 0.6-0.9 ≤0.3555Si2MnB 052-0.60 1.5-2.0 0.6-0.9 ≤0.35 B0.0005-0.00455SiMnVB 0.52-0.6 0.7-1.0 1.0-1.3 ≤0.35 0.08-0.16 B0.001-0.003560Si2Mn 0.56-0.64 1.5-2.0 0.6-0.9 ≤0.3560Si2MnA 0.56-0.64 1.6-2.0 0.6-0.9 ≤0.3560Si2CrA 0.56-0.64 1.4-1.8 0.4-0.7 0.7-1.060Si2CrV A 0.56-0.64 1.4-1.8 0.4-0.7 0.9-1.2 0.1-0.2 55CrMnA 0.52-0.6 0.17-0.37 0.65-0.95 0.65-0.9560CrMnA 0.56-0.64 0.17-0.37 0.7-1.0 0.7-1.060CrMnMo A 0.56-064 0.17-0.37 0.7-1.0 0.7-0.9 Mo0.25-0.3550CrV A 0.44-0.54 0.17-0.37 0.50-0.8 0.8-1.1 0.1-0.260CrMnBA 0.56-0.64 0.17-0.37 0.7-1.0 0.7-1.0 W0.0005-0.004 30W4Cr2V A 0.26-0.34 0.17-0.37 ≤0.40 2.0-2.5 0.5-0.8 W4.0-4.5 （1）65# 840油500℃回抗拉1000屈服80070# 830油480℃回抗拉1050屈服850用作一般机器上的圆，方螺旋螺弹簧或冷拔钢丝作小型机械弹簧（2）85# 820油冷480空冷抗拉1150屈服1000用作汽车，拖拉机及一般机器上的扁形弹簧，圆形螺旋弹簧，以及其他用途的钢丝等。

弹簧的热处理（一）来源：每天学点热处理弹簧及弹性元件，是量大面广的基础零件，可以说是无处不在。

在动力机械、电器、仪表、武器中作为控制性元件，也是非常关键的零件。

它的基本功能是利用材料的弹性和弹簧的结构特点，在产生及恢复变形时，可以把机械功或动能转换为形变能，或者把形变能转换为动能或机械功，以达到缓冲或减振、控制运动或复位、储能或测量等目的。

所以，在各类机械设备、仪器仪表、军工产品、电器、家具、家电甚至文具、玩具中都广泛使用弹簧。

影响弹簧质量和使用寿命的因素很多，如设计、选材、生产工艺及工况条件等等。

其中，材质和热处理对弹簧的各种性能及其使用寿命有重要的甚至是决定性的影响。

本文分四个主题，分别介绍各类机械设备中常用的弹簧材料和典型弹簧的热处理，对于特殊用途的弹性材料和元件的热处理只做扼要介绍。

一、弹簧的分类、服役条件、失效方式和性能要求1 弹簧分类弹簧种类很多，可按形状、承载特点、制造方法、材料成分和不同用途进行分类。

每一类中又分为若干小类和不同规格。

GB/T1805弹簧的标准中列出了22种，弹簧行业1990年提出的内部标准《弹簧种类》中，把弹簧分为15个小类。

弹簧行业多按形状分类，在机械制造业中多按用途分类或按上述两者综合命名。

如表1 。

▼表1 弹簧的分类典型螺旋弹簧及板簧如图1所示。

▲图1 典型螺旋弹簧及板簧2 弹簧的服役条件和失效形式2.1 弹簧的服役条件和应力状态弹簧的服役条件是指它的工作环境（温度和介质）及应力状态等因素。

工作温度可分为低温（室温以下）、室温、较高温（120℃~350℃）、高温（350℃以上）几个档次。

工作环境介质有空气、水蒸气、雨水、燃烧产物、以及酸、碱水溶液等。

普通机械弹簧一般是在室温或较高工作温度、大气条件下承受载荷。

也有用于耐蚀、承受高应力等各种特殊用途的弹簧。

工作持续时间也是一个值得考虑的重要因素。

▲气门弹簧是要求最严苛的弹簧之一弹簧的载荷特性由弹簧变形时的载荷（P或T）与变形（F或）之间的关系曲线表示。