专利名称:弹簧钢丝形变热处理方法及设备的制作方法
本发明彈簧鋼丝形变热处理方法是一种新的鋼鉄材料热处理技术，它是淬火热处理强化与形变强化的复合强化工艺。本发明彈簧鋼丝形变热处理设备滿足了这一工艺要求。
一、技术背景自60年代以来就有瓦·雅·祖包夫〔《金相学与金属热处理》1962·No.1(俄)〕;阿姆斯特朗(《金属线工业》1964·10(美)〕;荒川次郎〔《热处理》第四号11卷1971·(日)〕;奥斯卡·帕瓦斯金〔《鋼铁》1974·No.13(德)〕;奥·伊·沙布林〔《鋼》1978·(俄)〕;朱·苏德达〔第一届全国热处理文集1963(中)〕等从事研究利用拉丝形变热处理工艺来生产超高强度彈簧鋼丝以代替現有的彈簧鋼丝油回火(我国称为油淬火)工艺。这些工作都因拉丝时断丝頻繁不能连续生产，产品表面貭量不高，性能不均，模具冷却不良，造成磨損严重等原因而不能用于工业生产。
图一a为瓦·雅·祖包夫、朱磊、苏德达等人的形变热处理生产线的原理图，其工作过程是鋼丝从放线架(1)引出，在(2)、(3)两鉛槽之間，通上大电流，使鋼丝迅速升温。槽(3)起分级冷却作用，(4)为拉丝模，(5)为淬火冷却，(6)为鉛浴回火炉，(7)为拉丝机。其相应的工艺如图一b。这种设备的缺点是用鉛作分级冷却和回火加热介貭污染严重;鋼丝在运动中多次弯曲容易断丝，特别是当淬火鋼丝进入回火鉛浴处;拉丝模与鉛槽(3)分离，分级冷却时間不能缩短至接近于零。模具冷却不良，鋼丝表面氧化。
日本鋼鉄公司专利J53030-917，其缺点是此方法仅适用于0.4～0.9%的碳鋼，加热时間及回火时間太长，不易形成连续生产线;采用盐浴冷却增加了清洗工序;获得的产品为高韧性而非超高强度，其工艺以0.69%碳，φ8碳鋼丝为例如图二所示。
二、发明目的本发明的任务在于解決鋼丝形变热处理过程中的断丝，模具冷却不良，表面氧化等缺陷，同时在工艺上缩短加热时間，回火时間，便于连续生产提高生产效率，並同时适用于碳鋼及合金鋼，下列为采取的新措施1)，生产线的设計总体方案仍采用电接触加热法(見图三)，但采用了浸泡在石墨型液态潤滑剂中的銅电极代替了图一a中的鉛槽(2)从而将鋼丝接触电极装置和涂敷潤滑剂装置合而为一。
2)，采用涂潤滑剂与电极合一装置(見图四)3)，本发明的形变淬火装置改变了图一a中(4)与(5)的位置。如图五所示形变淬火合一装置中拉丝模的入口面朝向鉛鉍液，便于分级冷却后的鋼丝直接进入拉丝模，其出口端面为流动的淬火油。淬火油除不断冷却鋼丝使之淬火外，同时起到不断冷却拉丝模作用。因此，降低了拉丝模的工作溫度，延长了寿命，稳定了拉丝过程。
4)，回火工序采用自行设計的流动粒子炉代替通用的鉛槽(图六)。采用流动粒子炉时，脆硬的淬火鋼丝可直进直出，去掉了将脆性淬火鋼丝压弯入鉛液中回火的操作，避免了鋼丝回火前期的脆断，又免除了环境污染对于采用盐浴回火炉的生产线，节省了一道清洗除盐工序。
5)采用快速加热淬火与回火工艺，提高了生产率，並使工艺可适用于低合金彈簧鋼。
三、附图説明图一a瓦·雅·祖包夫及苏德达等人的彈簧鋼丝形变热处理生产試验线原理图。
图中(1)放线架、(2)鉛浴电触点一、(3)鉛浴电触点二、(4)拉丝模、(5)噴油淬火头、(6)鉛浴回火槽、(7)拉丝机卷筒图一、b·与图一相应的工艺过程曲线(2)-(3)鋼丝加热、(3)-(4)分级冷却、(4)-(5)拉丝变形及油淬火、(6)回火、(7)卷收图二、日本鋼鉄公司专利J53030-917的典型工艺图(1)-(2)升溫至950℃、(2)-(2)保溫480秒、(3)盐浴分级冷却及拉丝变形、(4)-(4)回火图三、本发明彈簧鋼丝形变热处理生产线图中(1)放线架、(2)自动电压調压噐、(3)可控硅电源、(4)涂潤滑剂与电极合一装置、(5)Pb-Bi合金槽、(6)-(7)形变与淬火合一装置、(8)流动粒子回火炉、(9)双卷筒拉线机图四、涂潤滑剂与电极合一装置图中(1)鋼丝、(2)电极轮、(3)压轮组、(4)支架、(5)压轮组及支架升降調节螺母、(6)鋼丝托轮、(7)潤滑剂槽、(8)溢流槽、(9)潤滑剂泵入管、(10)潤滑剂回流管、(11)电流输入轮、(12)水銀盒、(13)水銀、(14)电源电极、(15)轮軸图五、形变淬火合一装置图中(1)Pb-Bi合金槽前鋼板、(2)拉丝模、(3)模座、(4)外模座、(5)具有缝装开口的管状淬火油槽、(6)噴油头、(7)淬火油图六、流动粒子炉图中(1)高压风进口、(2)电热口、(3)风室、(4)布风板、(5)鋼玉球粒子四、技术解決方案1)本发明的设备彈簧鋼丝形变热处理生产线的工作原理如图三所示。工作时鋼丝自放架(1)引出，经潤滑、电极合一装置(4)，在此浸入液态的潤滑剂中，並与直流电源負电极銅轮接触。电流乃由电源正极经鋼丝流向負极，使鋼丝加热升溫，电源正极位于Pb-Bi合金槽(5)中，控制电源输出电压，使鋼丝在达到(5)入液处时达到所需的淬火溫度，红热的鋼丝进入Pb-Bi浴停止加热並在运动中冷却至規定时間(1～7秒)后，进入拉丝模(6)减徑至規定尺寸，出模后，在淬火装置(7)中淬火之后进入流动粒子炉(8)回火，(9)为拉丝机卷筒，不断地将处理好的成品鋼丝卷收成捆。图中(2)为自动电压調压噐，(3)为带有自动稳压与稳流装置的可控硅整流电源。
2)本发明设备中的涂潤滑剂与电极合一装置构造如图四，工作时鋼丝(1)进入潤滑槽(7)，浸沒于潤滑剂中在压轮组(3)的压力下和电极轮(2)紧密接触，电流乃由电极(14)通过水銀触点(13)，电流输入轮(11)，轮軸(15)，电极(2)流向鋼丝，並沿着鋼丝进入另一电极(見图三·(5))。电流使鋼丝升温，烤干包裹于外层的润滑剂，高溫时可免于鋼丝氧化。利用螺母(5)調节螺杆及支架(4)的上下位置可以改变鋼丝及电极轮的接触电阻及拉丝时的后拉力。
3)本发明中拉丝模及淬火槽布置及其工作过程。图五中空心园柱外模座(4)焊在合金槽鋼板(1)上，其中心与鋼丝引出孔重合，並与导轮(9)位于同一水平，安装拉丝模(2)时，先将其放在模座(3)的座室上，然后将模座(3)装在外模座(4)上，拧紧螺扣将拉丝模压紧在槽板上，以防Pb-Bi外流，再将开有缝状开口的管状淬火油槽(5)插入模座后端的园孔中，启动油泵，油(7)从噴油口(6)噴出，从管状油槽的缝口流入充滿整个油槽，鋼丝在Pb-Bi合金槽分级，冷却后进入模具变形，变形后进入淬火油槽冷却，完成淬火过程。移动压轮组(8)(9)、可以改变淬火鋼丝在槽中的停留时間，从而改变鋼丝的分级时間及形变淬火溫度。
在合金浴槽中装有一个可以上下浮动的浮筒(10)，以控制浴槽液面的高低，在开始穿线时，浮筒上浮，液面下降，拉丝模口露出液面，将磨尖的鋼丝穿过拉丝模，用引线拉拔至拉线机卷筒后，卽可压下浮筒並用，挂鈎固定，这时合金液面乃淹沒拉丝模口一段鋼丝及导轮(9)，这时拉丝形变淬火卽可进行。
4)流动粒子炉构造及工作过程本发明的生产线及其流动粒子炉的工作原理及其构造如图六，高压冷风从进风管(1)进入风室(3)，在此与电热体(2)(电阻带)进行热交換，升溫至一定溫度，然后从布风板(4)吹出，带动鋼玉球粒子(5)浮动，电阻带通电发热后，除将热量傅给冷风之外，还通过輻射傅给鋼板制的槽形炉膛，因此，处于炉膛的浮动粒子乃升溫，並把热量傅给淬火鋼丝使之回火。
粒子炉的优点是a.无环境污染b.升溫至400℃仅需1～1.5小时c.脆硬淬火鋼丝无需弯曲进入回火炉d.省电5)本发明的鋼丝形变热处理方法其内容包括将碳素鋼或低合金鋼彈簧鋼丝快速加热至Ac3+(100～250)℃而后在380～400℃Pb-Bi合金槽中冷却1～7秒，再进入拉丝模減徑，減面率为15～30%，然后淬冷5～10秒再在380～400℃炉中回火44～78秒，处理的鋼丝直徑范围1～6mm。
五、本发明的应用实例及效果1)机械性能对比由于世界各国尚未把鋼丝形变热处理工艺付諸于生产，没有直接可比对象，目前国内外已有的鋼丝热处理先进技术为“油淬火技术”，由于这項技术在国外各厂家未予公开，因此，本发明的比較对象为北京特殊鋼厂50CrVA油淬火鋼丝产品，並把GB2271-84及JIsG3565-77作为先进指标进行比較。
对象，目前国内外已有的钢丝热处理先进技术为“油淬火技术”，由于这项技术在国外各厂家未予公开，因此，本发明的比较对象为北京特殊钢厂50CrVA油淬火钢丝产品，並把GB2271-84及JISG3565-77作为先进指标进行比较。
a)本发明产品的机械性能
50CrV阀门油淬火钢丝国标(GB2271-77)同日本(JISG3565-77)的性能及北京特殊钢厂产品实例GB2271-84(JISG3565-77)
北京特殊钢厂50GrV阀门油淬火钢丝产品性能实测
b)疲劳性能及装机寿命对比钢丝制成弹簧寿命就喷油咀簧装机试验来说已是普通热处理的15倍以上，同机疲劳试验比油淬火钢丝制簧寿命长2～3倍。
c)生产效率本发明的设备-生产线，可设计成单线拉丝或同时多线拉丝(如图三)其单线生产效率高，北京特殊钢厂的油淬火钢丝生产线运行速度为1.96～3.9米/分，而本发明的是6.28米/分，φ5的产品则为3.48米/分，以φ3.5钢丝为例，单线年生产量应为102～115吨(二班制)。
d)工艺参数举例以φ2.5，φ2.8，φ5.0的50CrVA弹簧钢丝产品为例，本发明的工艺参数如下表
本发明的产品-形变热处理钢丝制成弹簧在一些单位使用，证明其性能优良，例如西安弹簧厂制簧，由陕西汉江油泵油咀厂在西安草滩农场装机试验，其中第一批已达7500小时尚未断裂，超过设计寿命1500小时的5倍，超过平均寿命500小时的15倍，而使用在咸阳彩电总厂的模具复位弹簧寿命已超过日本进口的原配件。
权利要求
1.一种由放线架、加热装置、分级冷却装置、拉丝模、淬火冷却装置、回火炉及拉丝机组成的弹簧钢丝形变热处理设备。其特征在于本发明采用了涂润滑剂与加热电极合一装置、形变淬火合一装置及流动粒子回火炉。
2.根据权利要求
1中所記载的彈簧鋼丝形变热处理设备，其特征在于涂潤滑剂与加热电极合一装置中的压轮组(3)及电极轮(2)，利用螺母(5)，調节螺杆及支架(4)的上下位置，可以改变鋼丝与电极轮(2)的接触电阻及拉丝时鋼丝的后拉力。
3.根据权利要求
2中所記载的涂滑滑剂与加热电极合一装置，其特征在于电极轮(2)、压轮组(3)及鋼丝全部浸没在潤滑剂中。
4.根据权利要求
1中所記载的彈簧鋼丝形变热处理设备，其特征在于形变淬火合一装置中的拉丝模(2)的入口面朝向Pb-Bi合金槽(1)，其中心与拉丝引出孔重合，並且与导轮(9)处于同一水平;拉丝模的出口面向淬火冷却槽(5)，鋼丝一出模具，卽行淬火。
5.根据权利要求
1中所記载的鋼丝形变热处理设备，其特征在于流动粒子回火炉的高压冷风从进风管(1)进入风室(3)，在此与电热体(2)进行热交換成为热风，由布风板(4)吹出。
6.一种包括加热、分级冷却、拉丝形变、淬火、回火等工序的彈簧鋼丝形变热处理的方法。其特征在于鋼丝快速加热至Ac+3(100℃～250℃)，加热后鋼丝在Pb-Bi合金槽中分级冷却1～7秒，然后立卽拉丝变形15～30%，鋼丝一出模具，随卽淬火。
专利摘要
本发明的弹簧钢丝形变热处理方法是一种钢材复合强化方法，即将碳素钢或低合金钢等弹簧钢丝在一连续作业生产线上加热至AC本发明所涉及的弹簧钢丝形变热处理设备由涂润滑剂与电极合一装置、形变淬火装置和流动粒子回火炉等组成。克服了旧方法中拉拔形变时常断丝，产品表面质量低劣，性能不均等缺陷。
文档编号C21D9/52GK85100190SQ85100190
公开日1986年8月6日 申请日期1985年4月1日
发明者朱达明, 陆蟠引, 王金瑞, 韩相忠, 熊孟昆 申请人:西安冶金建筑学院导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan