1.弹簧钢的分类

弹簧钢的主要性能要求是高的抗拉强度、弹性极限、屈强比（σ_s/σ_b）和高的疲劳强度。弹簧钢包括碳素弹簧钢和合金弹簧钢。碳素弹簧钢的w（C）为0.6%～0.9%，用于制作截面尺寸不超过10～15mm的弹簧钢。合金弹簧钢的w（C）为0.45%～0.75%，合金元素有Mn、Si、Cr、W、V、Mo等，主要作用是细化晶粒，提高淬透性和耐回火性。

2.弹簧钢制造方法

弹簧钢制造方法根据选材和工艺路线可以分为以下五类。

1）热轧成形不退火，直接在成形之后进行淬火、回火。

2）热轧成形后退火，冷卷成形，去应力整形后再加热淬火、回火。

3）采用冷轧钢板、钢带和冷拔钢丝，冷卷成形。由于冷作硬化，已经达到弹簧的性能要求，热处理只需要定形回火处理。

4）采用冷轧钢板、钢带和冷拔钢丝，冷卷成形，经过淬火、回火处理。

5）采用冷轧钢带经过连续炉加热等温分级淬火、回火之后，成形使用。

一般直径或厚度在14mm以上的弹簧采用热卷成形，在14mm以下的弹簧采用冷成形。

3.弹簧钢的预备热处理

弹簧根据热处理的状态不同，可以分为：①退火状态，硬度<200HV；②冷轧状态，半硬状态硬度为230～270HV，全硬状态硬度为≤33HRC；③淬火、回火处理状态；④贝氏体组织状态。贝氏体组织状态的弹簧钢带都是在连续炉中加热，在铅锑合金浴炉中进行贝氏体等温淬火，随后缓慢冷却或在中温炉中连续回火。

（1）弹簧钢退火处理工艺 对于热轧成形的弹簧钢材料（圆钢和钢丝），为改善可加工性和冷变形能力，需要进行软化退火和球化退火处理。

1）在Ac₁以下700℃±10℃加热退火。

2）在Ac₁上下循环加热-冷却退火。

3）在Ac₁以上加热保温，之后缓冷或在Ar₁以下等温之后冷却。退火之后的组织为球状珠光体，硬度约为180HBW。

（2）弹簧钢的正火工艺 弹簧在热轧处理时由于各处冷却的不均匀性，各处组织也不均匀，应力较大，常采用正火工艺来消除这些缺陷，正火工艺是：Ac₃+（40～60）℃，保温后空冷，处理之后组织均匀，强度和韧性得到提高。

弹簧钢的临界点及退火与正火工艺参数见表5-3。

表5-3 弹簧钢的临界点及退火与正火工艺参数

4.弹簧钢的最终热处理工艺

（1）弹簧钢的淬火、回火处理 包括淬火、回火处理、控制弹簧变形，以及变形弹簧钢工件的回火矫正工序。

1）淬火温度。淬火温度一般在Ac₃或Ac_cm以上30～50℃。设备可选择盐浴炉或保护气氛炉，根据具体情况也可以选择真空炉处理或感应加热。电阻炉加热保温时间按1.2～2min/mm计算，盐浴炉中加热约按0.5min/mm计算，真空加热时间是电阻炉加热保温时间2～3倍。

2）淬火冷却。弹簧合金钢直接淬火冷却一般都采用油冷，淬火油的温度为40～100℃。各种弹簧钢的淬火冷却介质与淬透尺寸见表5-4。水冷淬火时，冷却时间要严格控制，防止开裂。

表5-4 各种弹簧钢的淬火冷却介质与淬火临界尺寸

另一种淬火冷却方式是采用模压胎具夹持冷却。冷却时将弹簧钢工件放入胎具中加压冷却，减少弹簧钢工件的淬火变形。例如汽车钢板弹簧、压缩机网状弹簧片、汽车离合器膜片弹簧等。

3）淬火变形。螺旋弹簧淬火时常常产生中心线弯曲，或螺距发生变化等。水平入油淬火时弹簧中心变形弯曲较大，但是螺距变形较小；垂直入油淬火时，则螺距变形较大，而中心弯曲较小。

控制变形应该注意加热时弹簧在炉中放置和吊挂方式。螺旋状弹簧应该穿入与弹簧内径尺寸相近的管状夹具，并固定弹簧两端，防止淬火弯曲或伸缩变形。

已经产生变形的弹簧，使用专用夹具装夹以后一起回火，见图5-2。在回火到温保温时，从炉内取出，对装夹力进行紧固加力，然后放回炉内，在正常回火温度下继续进行定形回火。这种调整夹紧力操作方式，有时需要进行1～2次。也可以使用专用弹簧回火矫正设备，在回火过程中进行边回火边矫正。(www.daowen.com)

图5-2 弹簧使用专用夹具装夹回火示意图

1—双头螺柱 2、5—螺母 3—垫片 4、6—夹紧压板 7—弹簧片

4）回火处理。回火温度一般在400～500℃之间，根据硬度选择回火温度，下限温度回火后弹簧的弹性极限极高，上限温度回火后弹簧的疲劳极限高。回火保温时间按有效加热尺寸乘以1.5min/mm计算，一般选择30～60min，最短不能少于30min。回火过程尽量在带有循环风扇炉子或硝盐炉中加热回火。回火冷却都采用油冷或水冷，以防止回火脆性，提高疲劳性能。回火组织一般是回火托氏体，硬度要求为40～47HRC。

（2）弹簧钢的马氏体分级、贝氏体等温淬火工艺 这类热处理工艺可以获得下贝氏体组织，或不同比例的马氏体和贝氏体双相组织，以首先生成体积分数为20%～50%的下贝氏体+之后形成的马氏体组织的弹簧钢热处理工艺发展前景较好。

要求硬度高、韧性好的弹簧采用贝氏体等温淬火，等温温度在260～350℃之间。常用弹簧钢贝氏体等温淬火工艺见表5-5。

表5-5 常用弹簧钢贝氏体等温淬火工艺

1）淬火温度为Ac₃+（50～100）℃，奥氏体化温度较常规的淬火加热温度高，保温之后转入等温淬火冷却介质中冷却。

2）淬火冷却介质一般是150～500℃盐浴，或使用温度在100～800℃的低熔点的合金熔液（铅、锡、铋、锑等）。等温处理的弹簧件截面尺寸较小，等温温度和等温时间根据钢材的连续冷却转变图的Ms点和Bs、Bf点来确定。

①获得全贝氏体组织冷却：奥氏体化的弹簧钢工件在Ms点以上等温停留，直至过冷奥氏体全部转变为下贝氏体，然后进行水冷或油冷。

②获得贝氏体+马氏体组织的冷却：在Ms点以上等温停留，保证生成体积分数为20%～50%的下贝氏体，然后转入油冷或水冷，使剩余过冷奥氏体转变为马氏体组织。

3）补充回火。在等温处理之后，可以增加一次低温（或中温）回火处理，以提高综合力学性能，特别是屈强比和弹性极限。

等温处理的弹簧件热处理畸变小，可避免开裂，综合性能高，疲劳寿命高，可以获得高硬度值。

（3）去应力退火处理 直径在ϕ10mm以下冷成形弹簧，由于冷成形过程已经使材料强化达到弹簧的性能要求，所以不需要再进行淬火、回火处理，只需要在200～300℃之间进行定形回火处理，以消除应力。回火时间一般为30～60min。

对于回火之后需要矫正的弹簧，在矫正之后再补充一次回火，回火温度比第一次低10～20℃，回火时间相应缩短一些。

（4）耐蚀耐热弹簧钢热处理 常用耐蚀耐热弹簧钢有合金钢60Si2MnA、50CrVA、30W4Cr2VA钢以及不锈钢30Cr13、40Cr13，高速工具钢65Cr4W3Mo2VNb，模具钢3Cr2W8V和沉淀硬化钢17-7PH等。其热处理工艺见表5-6。

表5-6 耐蚀耐热弹簧钢热处理工艺

5.弹簧的强化处理

弹簧热处理之后的强化处理有喷丸处理和松弛处理。喷丸强化使弹簧表面的缺陷减轻或消除，产生加工硬化并产生残留压应力。松弛处理使弹簧产生残留变形和加工硬化，有利于提高弹簧的弹性极限和承载力。需要进行松弛应力处理的弹簧会产生永久变形。因此，弹簧预制高度必须考虑留出这个变形量。

6.热处理注意事项

1）弹簧热处理之前，先要弄清楚材料的供货状态，熟悉弹簧钢国家标准，掌握弹簧的制造工艺路线，再选择热处理工艺方法。

2）了解弹簧钢的组织转变点及连续冷却转变图。

3）热处理前应该检查工件表面是否存在裂纹等缺陷。

4）淬火过程应注意选择炉型，防止加热过热、脱碳。盐浴炉要作好脱氧处理，可控气氛炉要严格控制加热时间与保温时间。

5）装炉时选择合适的夹具，尽量减少热处理加热、冷却变形。

6）回火过程要保证炉温的均匀性，严格控制回火时间。

7）板簧装配之后，还要进行工作载荷下的永久变形及静载挠度试验。