50CrVA鋼調速彈簧的

熱解決工藝設計

1熱解決工藝課程設計日勺意義

熱解決工藝課程設計是高等工業學校金屬材料_L程專業一次專業課設計練習，是熱解

決原理與工藝課程R勺最后一種教學環節。其目的是：

(1)培養學生綜合運用所學的熱解決課程日勺知識去解決工程問題的能力，并使

其所學知識得到鞏固和發展。

(2)學習熱解決工藝沒計日勺一般措施、熱解決設備選用和裝夾具設計等。

(3)進行熱解決設計的基本技能訓練，如計算、工藝圖繪制和學習使用設計資

料、手冊、原則和規范。

2熱解決課程設計的任務

①一般熱解決工藝設計

②特殊熱解決工藝設計

③制定熱解決工藝參數

④選擇熱解決設備

⑤設計熱解決工藝所需日勺掛具、裝具或夾具

⑥分析熱解決工序中材料的I組織和性能

⑦填寫工藝卡片

350CrVA調速彈簧日勺技術規定及選材

3.1技術規定

5()CrVA鋼噴油泵調速彈簧技術規定如下：

硬度：HRC46?51

3.2零件圖

噴油泵調速彈簧日勺零件如圖3.1所示。

圖3.1噴油泵調速彈簧

3.3材料的選擇

3.3.1零件用途

噴油泵調速彈簧，運用彈簧日勺受力形變和恢復來調節氣門的開合，從而調節噴

油泵的噴油速度與噴油量。

3.3.2工作條件

（1）噴油泵調速彈簧工作時，要承受高應力。

（2）噴油泵調速彈簧要承受高頻率往復運動。

（3）噴油泵調速彈簧要在較高的溫度下工作。

3.3.3性能規定

彈簧的性能規定為如下幾種方面:

力學性能：由于彈簧是在彈性范疇內工作，不容許有永久變形。規定彈簧材

料有良好的微塑性變形能力，即彈性極限、屈服極限和屈強比要高。

理化性能方面：噴油泵調速彈簧的工況很復雜，要在較高的溫度下長期工作,

因此規定彈簧材料有良好的耐熱性，即有高H勺蠕變極限、蠕變速率較小和較低的

應力松弛率。

，藝性能方面：尺寸較小的彈簧熱解決時變形大、難以校正和保證彈簧產品

質量，宜選用已強化的彈簧材料，冷成型后不經淬火、回火，只須進行低溫退

火。這樣更能保證大批量小彈簧口勺產品質量和成本低廉。

3.3.4材料選擇

選用50CrVA鋼熱軋彈簧鋼絲卷制。由于50CrVA鋼中具有格可以提高淬透性并

且可減少便引起過熱H勺敏感性，格熔于馀素體中使彈性極限提高。饑可以細化組

織，減少過熱敏感性，提高鋼的強度和沖擊韌性。可用作特別重要日勺承受高應力

的多種尺寸日勺螺旋弗簧，也可也用作在300°C如下工作的I重要彈簧，如多種閥

門彈簧，噴油嘴彈簧。

3.3.550CrVA鋼化學成分及合金元素作用

表3.150CrVA鋼的化學成分⑴(GB/T3077-1990)3/%

CSiMnCrVNiPS

0.44-0.540.17~0.370.50-0.800.80-1.100.10-0.20<0.35WO.035WO030

50CrVA鋼的化學成分示于表3.1

化學元素作用：

①C:保證形成碳化物所需要口勺碳和保證淬火馬氏體可以獲得的硬度

②Cr:提高鋼日勺淬透性并有二次硬化作用，是剛在高溫時仍具高強度和高硬

度，增長鋼日勺耐磨性，增高鋼的淬火溫度。

③Si:能提高鋼日勺淬透性和抗回火性，對鋼日勺綜合機械性能，還能增高淬

火溫度，阻礙碳元素溶于鋼中。

④Mn：能增長鋼的強度和硬度,有脫氧及脫硫的功能（形成MnS）,避免熱

脆，故Mn能改善鋼的鍛造性和韌性，可增進剛的硬化深度，減少鋼的下臨界點,

增長奧氏體冷卻時的過冷度，細化珠光體組織以改善機械性能。

⑤V：可以細化組織，減少過熱敏感性，提高鋼日勺強度和沖擊韌性。

3.3.650CrVA鋼熱解決臨界轉變溫度

50CrVA鋼熱解決日勺臨界轉變溫度見表3.2

表3.250CrVA鋼臨界轉變溫度⑵

臨界溫度（近似值）（匕）

鋼號

AcAC3Ari

50CrV740810688

3.3.650CrVA鋼日勺淬透性曲線

相同淬火硬度的棒科直徑/mm硬度部位淬火

97表面

28517497122147170距中心3R/4水淬

183141516171819199中心

204664768697表面

1325415161718191102距中心3R/4油淬

51525364351617169中心

H65

25

20

0369121518212427303336394245

至水微常物瞞/mm

圖3.250CrVA鋼日勺淬透性曲線

3.450CrVA鋼調速彈簧加工制造工藝流程

50CrVA鋼調速彈簧加二制造工藝流程如下:

鋼材檢查f回旋與調節f淬火f清洗f中溫回火f校正f檢查f法蘭

450CrVA調速彈簧的熱解決工藝

4.150CrVA鋼的淬火工藝

4.1.1淬火目的

淬火的目的是使過冷奧氏體進行馬氏體轉變，得到馬氏體組織，然后配合以不

同溫度日勺回火，提高彈簧的強度和彈性，獲得所需的力學性能。

4.1.2熱解決設備

選用RDM系列埋入式鹽浴爐，鹽浴爐參數見表4.1。

闡明：鹽浴爐合用于中小型工件加熱。加熱速度快，溫度均勻，中性介質,

不易氧化、脫碳；爐口敞開，便于吊掛，工件變形小。

裝爐方式：40件/爐，用專用夾具，懸掛入爐。

表4.1RDM-100-13埋入式鹽浴爐⑶

電源工作空間尺寸（mmX

型號額定功率額定溫度

相數電壓nun)

RMD-100-13100(KW)3380(V)1300℃450X350X560

4.1.3淬火溫度

淬火溫度：860±10℃

根據：加熱溫度t=Ac3+30?50℃,

t=810+50=860℃故取860±10℃。

4.1.4加熱方式

鹽浴爐加熱，溫度均勻，加熱速度快。

4.1.5加熱介質

加熱介質：50%NaCI+50%BaCI2

4.1.6保溫時間

保溫時間：5min

選定的根據：加熱時間可按下列公式進行計算：t二aXKXD,式中t為加熱時間

(min),K為反映裝爐時日勺修正系數，可根據表4.3可得K取1.4,a為加熱系

數min/mm,加熱系數a可根據鋼種與加熱介質、加熱溫度，參數按照表4.2選用,

D為工件有效厚度(mm)可得廿aXKXD=0.75X1.4X3.2=3.36mino考慮到夾具

的隨爐加熱，因此，

取保溫時間5min

表4.2工件加熱系數a⑷

鋼號退火、正火(箱式爐)____________________幽_______________

箱式爐鹽爐

碳鋼0.7?0.8min/mm0.7~0.8min/mm20?30s/mm

合金鋼0.9?1.Omin/mm0.9?1.Omin/mm30?45s/mm

高合金鋼1.0^1.5min/mm預熱Imin/mm預熱30s/mm

加熱45s/mm加熱16s/mm

高速鋼2?3uin/mm2?2.5miri/mm預熱15?30s/nur

加熱8?12s/mm

表4.3工件裝爐修正系數K

工件裝爐方式修壬系數

//e/////

1.0

//////////////

2.0

///////////////////

1.4

/////////////?////////////1.3

巍,

1.7

4.1.7冷卻方式

由于50CrVA鋼淬透性較好，冷卻速度越大，則淬火內應力越大，淬火變形

也越大，工件容易變形開裂。使用冷卻較為緩和的淬火介質，其熱應力就相對較

小。因此選擇油冷。

4.1.8淬火萬式

80°C油冷，選用2號一般淬火油油淬

2號一般淬火油的冷卻能力見表4.4

由于零件尺寸較小，油淬可以達到淬火臨界冷卻速度，并且油淬操作簡樸，經

濟，易于操作；淬火過程中Ms點已經進入對流階段，低溫區冷卻能力遠小于水,

可以減少工件應力的產生，減少由于內應力產生日勺變形和開裂。

表4.42號一般淬火油的冷卻能力⑸

冷卻介質特性溫度特性時間800?400℃冷卻/s800?300℃冷卻/s

2號一般淬火油6332.253.154.55

4.1.9淬火后組織

馬氏體+殘存奧氏體

4.1.10淬火后硬度

淬火后組織為馬氏體+殘存奧氏體，具有較高的硬度，硬度可達50?56HRC,

通過回火解決后可以滿足零件的性能規定。

4.1.11淬火工藝曲線

淬火工藝曲線見圖4.1

溫

度860±10C

C、

5min

汩冷

時間t

H4.1淬火工藝曲線

4.250CrVA日勺中溫回火工藝

4.2.1回火目的

中溫回火，使鋼獲得最高的彈性極限。

4.2.2熱解決設備

選用RX3系列950℃箱式電阻爐，電阻爐參數見表4.50

闡明：合用于中，小型工件成批量生產。可進行退火，淬火和高溫及低溫回

火等熱解決操作。新型構造爐襯保溫性好，爐襯變薄，重量減輕，有效日勺減少了

爐襯時散熱和蓄熱損失，減少了空載功率，縮短了空爐升溫時間。

裝爐方式：200件/爐，用專用夾具夾緊，用裝具分層擺放

表4.5RX3-30-9Q950℃箱式電阻爐⑥

電源工作空間尺寸（mmX

型號額定功率額定溫度

相數電壓nun）

RX3-30-9Q30(KW)3380(V)950℃760X360X310

4.2.3回火溫度

2000

1800

1600

1400-

1200-

1000-

800

600

400

圖4.250CrVA材料力學性能于回火溫度關系曲線

回火溫度：480±10℃o

中溫回火使鋼獲得最高的彈性極限，鋼的彈性極限往往在回火溫度為

200?400℃之間時浮現極大值。在350?500℃范疇內的中溫回火就是運用這一

特性，碳素彈簧鋼的I回火取此溫度范疇的I下限，合金彈簧鋼日勺回火取此溫度范

疇日勺上限，由于合金元素提高了鋼區I回火抗力。根據50CrVA材料力學性能于回

火溫度關系曲線，為保證材料符合力學性能規定選擇溫度范疇為400?500℃。

因此回火溫度取480±10℃

4.2.4加熱方式

用空氣電阻爐采用到溫加熱方式，可以減少工件加熱時間，回火后硬度下降

較小

4.2.5加熱介質

加熱介質：空氣

4.2.6保溫時間

根據表4.6保溫時間約為35而必由于考慮到隨爐加熱的夾具和裝具，故選

定保溫時間為60mino

保溫時間:60min

根據：參見表4.6

表46硅鎰和錯鈾彈簧鋼在回火溫度為40c?520°C時日勺保溫口寸間⑶

材料直徑/mmW1010?1515?2020?2525?42

保溫時間/min25?3530?3540?4550?6070?90

4.2.7冷卻方式

出爐空冷。

4.2.8回火組織

回火屈氏體+很少量殘存奧氏體

4.2.9硬度

硬度46?51HRC

4.2.10回火工藝曲線

回火工藝曲線見圖4.2

溫

度

、

t

t

時間

曲線

工藝

2回火

圖4.

線

工藝曲

熱解決

總日勺

4.3

4.3

見圖

曲線

工藝

決總

熱解

回火

中溫

淬火

線

藝曲

總工

解決

3熱

圖4.

檢查

工藝的

熱解決

4.4

設備

1實驗

4.4.

計。

硬度

F洛式

HR-

①

間:

持時

力保

實驗

0℃：

錐12

石圓

：金剛

類型

壓頭

00N；

：15

驗力

：實

參數

重要

6-99s,可設立；測試硬度范疇20-70HRC。

②金相顯微鏡

4.4.2檢查操作

①硬度的檢查：選用三點用金剛石壓頭進行硬度測試，取三次測量

的平均值。

②金相組織檢查：試樣制備：選用試樣橫截面切取，夾具夾持進行拋光，50%

鹽酸水溶液加熱70℃左右進行腐蝕，用20%酒精進行清洗，再吹干。試樣觀測：

在金相顯微鏡下進行觀測試樣的金相組織，為回火屈氏體組織，符合工件熱解

決組織規定。

5熱解決工序中材料日勺組織及性能

5.1淬火工藝材料中的組織及性能

(1)正常加熱冷去1：工件加熱到860℃后珠光體轉變為奧氏體，保溫時組

織不變，晶粒細化，田爐油冷至室溫時得到馬氏體+殘存奧氏體，具有較高的硬

度。

(2)加熱溫度局限性時，加熱后組織為奧氏體+鐵素體，室溫后組織為馬氏

體+鐵素體，硬度局限性，塑性大。

(3)加熱溫度過高時：加熱后組織為(粗大)奧氏體，室溫后組織為(粗大)馬

氏體，脆性太大，易斷裂。

(4)冷卻速度過大時，組織為馬氏體，由于晶粒不均勻，性能較差，容易開裂

和變形。

⑸冷卻速度局限性時，組織為馬氏體+貝氏體。硬度和強度不高，塑性較大。

5.2回火工藝材料中的J組織及性能

(1)正常加熱冷卻：加熱溫度為時，則加熱后組織為馬氏體，回火保溫足夠

時間后組織為回火屈氏體，彈性性能很大提高，硬度和強度適中。

(2)加熱溫度局限性時，加熱后組織為馬氏體+碳化物(大量)，室溫后組織為

回火馬氏體。硬度偏高。

(3)加熱溫度過高時，得到由鐵素體和彌散分布于其中日勺細粒狀滲碳體構成的

回火索氏體組織。回火索氏體的塑性和韌性比較高，彈性局限性。

6常見缺陷及避免措施

50CrVA彈簧鋼熱解決營見缺陷及避免措施參照表6.1⑸

注：

1.操作規定嚴格執行熱解決操作規范

2.熱解決嚴格按照工藝執行

3.其他缺陷產生因素另行分析

表6.150CrVA彈簧鋼熱解決常見缺陷及避免措施

常見缺陷產生因素避免措施

1嚴格執行工藝，控制好淬火溫度

1淬火溫度過高，殘留奧氏體和保溫時間

硬度局限性，彈性低過多2.鹽浴爐要充足及時脫氧，或采

2淬火加熱表面脫碳用保護氛圍、真空熱解決

2.鹽浴爐要充足及時脫氧，或采用

保護氛圍、真空熱解決

1.產生回火脆1用迅速冷卻消除回火脆

脆性大

2.過熱2.嚴格控制淬火溫度和保溫時間

1.用專用夾具進行定型回火

1?內應力大

變形2.延長回火時間

2.殘存奧氏體過多

3多次回火

1.淬火加熱速度過快

1.嚴格執行熱解決工藝，嚴格控制

2.冷卻過快，淬火介質K當

加熱溫度和保溫時間，使用合適淬

淬火開裂3.加熱溫度過高，保溫時間過

火介質

長

3.加熱溫度過高，保溫時間過長

1.原材料脫碳超標1.嚴格原材料復檢

表面脫碳或元素貧化

2.淬火加熱的鹽浴脫氧不充足2.鹽浴爐充足及時脫氧

1.鹽浴爐及時充足脫氧

1.鹽浴爐脫氧不良，或帶硝鹽

2.及時清理殘鹽

表面腐蝕2.沒有及時清理殘鹽

3.零件熱解決前表面清洗干凈

3.零件表面不干凈

4.熱解決后及時鈍化和烘干

7.彈簧淬火及回火熱解決夾具和裝具

7.1