彈簧鋼板的表面脫碳是很難避免的,關鍵在于脫碳層的厚薄的差異,因此在零件的加熱過程中,如何采取必要的措施進行預防和控制是熱處理操作者的首要任務。對于零件熱處理后需要全加工的,輕微的脫碳是允許的,而熱處理后不再進行加工的零件,脫碳將降低零件的硬度、使用壽命和疲勞強度等,嚴重的成為廢品,造成人力、物力和財力的損失,對于彈簧鋼板而言,脫碳的危害更大,因此要引起我們的高度的重視,在實際的熱處理工藝執行過程中,確保實現無氧化、脫碳加熱。
通過對55Si2Mn不同脫碳層厚度的彈簧鋼板進行彎曲疲勞試驗,表明鋼板表面脫碳層越深則疲勞強度越低(當脫碳層深0.141mm時,疲勞極限只有35kgf/mm²),而無脫碳層則明顯提高(57kgf/mm²),具體見表2-15。因此脫碳層的存在對鋼板彈簧的使用壽命有重要的影響,只有確保材料熱處理前后的表面狀態(成分、受力狀態等)沒有改變,才能滿足其高疲勞強度的需要。
資料介紹通過分析55Si2Mn脫碳對疲勞極限的影響,可以確定脫碳與未脫碳的二者的疲勞強度相差59%。
一組中噸位載重車的彈簧鋼板進行臺架疲勞試驗,按要求其正常的疲勞壽命在50萬次以上,而部分彈簧只有20萬~30萬次,經過檢查,材料的化學成分合格,該彈簧的硬度為477HB,顯微組織為回火托氏體十少量的條狀索氏體,組織屬于正常狀態,但彈簧鋼板表面存在嚴重的脫碳現象脫碳層總厚度在0. 35~0. 45mm。可見表面的嚴重脫碳,降低了材料的疲勞強度,因此在反復交變應力的作用下,造成早期的疲勞斷裂。
對彈簧鋼板進行應力拋丸和彈簧棱邊噴丸,可以明顯提高其使用壽命。噴丸后使鋼板表面呈現塑性變形,提高了抗拉強度。可以抵消工作過程中的承受的彎曲壓應力,抗拉強度提高25%以上。通常拋丸是對板簧的凹面噴射,拋丸或噴丸可除掉彈簧鋼板上黏附的殘鹽或油垢及氧化皮等,使表面清潔,呈銀灰色,砂粒直徑在0.5~1mm,壓力在0.3~0.66MPa,噴射角度為30°~40°。
噴丸強化處理可明顯提高疲勞壽命、耐蝕性和耐熱性,采取強壓(彎、扭、拉)也是改善彈簧拉應力松弛的有效方法。該方法主要用于承受循環載荷,容易發生疲勞損壞的各種壓縮彈簧、彈簧鋼板和扭桿彈簧等,在其成形及熱處理后進行。研究發現彈簧經過強化噴丸處理后減輕了或消除了彈簧表面的缺陷(如小裂紋、凹凸、缺口以及表面脫碳等)的有害作用,表層產生循環的塑性變形、加工硬化和有利的殘余壓應力,可有效提高疲勞壽命。
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