一种降低热卷制弹簧制品脱碳层厚度的表面处理方法与流程

本发明涉及一种卷制弹簧表面处理方法，属于金属表面改性技术领域。

背景技术：

弹簧制品表面脱碳是影响弹簧性能的主要因素之一，弹簧表面一旦出现脱碳，其表面强度会大幅度下降，显著降低弹簧在服役过程的疲劳寿命。就目前的生产条件下，大多数的弹簧制品都是通过感应加热后进行热卷制再淬火回火，由于在加热和热卷制过程处于高温不可避免面临脱碳的问题。为了减少脱碳，目前大多弹簧棒料加热过程中采用感应加热方法，尽量缩短加热时间，或采用惰性气体进行保护，即使这样在热卷制过程也会发生较为严重的脱碳问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于：提供一种降低热卷制弹簧制品脱碳层厚度的表面处理方法，以解决目前生产条件下，弹簧制品感应加热后进行热卷制再淬火回火，会导致弹簧脱碳，严重影响弹簧性能的问题。

为解决上述问题，拟采用这样一种降低热卷制弹簧制品脱碳层厚度的表面处理方法，其对弹簧钢热轧棒料在感应加热卷制前进行超声滚压强化处理，具体步骤为：

步骤一. 将热轧后的弹簧钢圆棒料，打磨掉表层的铁锈；

步骤二. 将弹簧钢棒料放到车床上固定，对弹簧钢棒料进行超高频滚压，滚压主要工艺参数为：滚珠10~14mm，气压压强0.16~0.3MPa，车床转速90~220r/min，进给量0.05~0.2mm/r，电流0.6~1A，滚压次数为1~6次；

步骤三. 将超高频滚压处理后的弹簧棒料进行感应加热卷制淬火，温度为950~980℃，加热和卷制时间2~3分钟，再油冷至室温。

步骤二中，弹簧钢圆棒料通过车床卡盘固定并带动弹簧钢圆棒料旋转，超声滚压装置固定在车刀位置，滚压过程中超声滚压设备中的滚球与零件表面接触进行高频冲击滚压。

与现有技术相比，本发明经超高频滚压处理技术处理后的弹簧钢棒料其表面质量得到显著提高，粗糙度降低，残留压应力显著提高，再进行感应加热卷制后淬火回火，能够有效的降低表层碳的扩散速率，从而显著减少脱碳层厚度，提高表层硬度和疲劳强度。

具体实施方式

图1是超声滚压处理的简易结构示意图；

图2是直径为22mm的60Si2CrVAT弹簧钢未经超声滚压预处理的条件下880℃淬火0.5小时440℃回火1小时后的脱碳层显微组织图；

图3是直径为22mm的60Si2CrVAT弹簧钢经超声滚压预处理（滚珠10mm，滚压气压压强0.28MPa，车床转速220r/min，进给量0.12mm/r，电流0.8A，滚压1次）的条件下经880℃淬火0.5小时440℃回火1小时热处理后的脱碳层显微组织图；

图4是直径为22mm的60Si2CrVAT弹簧钢经超声滚压预处理（滚珠10mm，滚压气压压强0.28MPa，车床转速220r/min，进给量0.12mm/r，电流0.8A，滚压3次）的条件下经880℃淬火0.5小时440℃回火1小时热处理后的脱碳层显微组织图。

图5是直径为22mm的60Si2CrVAT弹簧钢经超声滚压预处理（滚珠10mm，滚压气压压强0.28MPa，车床转速220r/min，进给量0.12mm/r，电流0.8A，滚压6次）的条件下经880℃淬火0.5小时440℃回火1小时热处理后的脱碳层显微组织图。

图6是图2~5中式样的梯度硬度分布对比图，可从中看出脱碳层厚度基本消失。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明作进一步地详细描述。

实施例1

具体工艺步骤为：

1）采用直径φ33mm的热轧态60Si2CrVAT钢棒料经车削至32mm以去掉表面氧化皮和脱碳层；

2）将棒料进行打磨消除车削痕迹；

3）将棒料按照超高频滚压设备的气压压强0.3MPa，车床转速220r/min，进给量0.2mm/r，滚压次数为4次；

4）将3米长的棒料在未保护的大气下进行970℃感应加热1.5分钟后放入卷制机中热卷成形，待弹簧温度降到850℃后放入油槽中淬火然后进行460℃回火；

5）对弹簧表层进行检测，结果表明：表层半脱碳层20μm；

6）对比同样工艺未经超高频滚压处理弹簧的全脱碳层和半脱碳层达到120μm，整个脱碳层减少了100μm。

实施例2

参照图1-6:

1）将φ24mm的热轧态60Si2CrVAT钢棒料经车削至22mm以去掉表面氧化皮和脱碳层；

2）将棒料进行打磨消除车削痕迹；

3）将棒料按照图3~5的超高频滚压参数进行滚压处理；

4）将未滚压的样与滚压的样进行880℃淬火0.5小时，440℃回火1小时的热处理。

试验结果：由图2~5对比可知，对60Si2CrVAT淬火前进行超声滚压可以有效的降低淬火时碳的扩散速率，从而减少脱碳层（白亮部分）的厚度。由图6可知，对60Si2CrVAT淬火前进行超高频滚压处理，使得表层硬度得到提升，脱碳层厚度下降最高可达80μm。