不锈钢弹簧片材料制造工艺

某产品所用的弹簧片多年来采用20C钢带材料制造由于20C钢属于高碳钢在进行镀镉钝化时易出现下面两方面问题院一是因热处理氧化斑点在镀镉时零件表面出现起泡花斑现象曰二是高碳钢镀镉钝化存在氢脆倾向一旦上述两方面问题出现将会导致因弹簧片合格率低而成批报废的质量事故发生造成人力物力财力资源极大浪费 301不锈钢材料性能与20C钢相比具有疲劳强度高抗盐雾能力好等特点目前xxx-3产品用电刷弹簧采用301不锈钢材料制造使用状况良好本文以某产品用弹簧片为研究对象通过对301材料制弹簧片进行不同工艺的回火处理获得不同状态的弹簧片然后采用对比试验的方法对各种状态的301材料制弹簧片与20C钢制弹簧片分别进行了抗拉强度试验弯曲试验盐雾试验和吸片组件力学特性测试.

1实验材料与方法
采用厚度为(0.15±0.005)mm的20C高碳钢钢 带由原材料直接加工成未回火的弹簧片(抗拉强度滓b=2080MPa)镀镉钝化后弹簧片(回火后抗拉强度 滓b=18001810N) 厚度为0.15±0.005)mm的301不锈钢钢带,采用301不锈钢钢带制造弹簧片对其分类标识后分别进行350℃伊3.5h450℃伊3.5h450℃伊1.0h470℃伊3.5h470℃伊1.0h490℃伊0.5h520℃伊3.5h600℃伊3.5h回火处理曰对20C钢带弹簧片分别对其进行380℃伊2.0h回火处理镀镉钝化处理 采用对比试验法对20C钢制零件和301不锈钢制弹簧片进行抗拉强度试验弯曲试验盐雾试验和吸片组件力学性能测试.

2实验过程及结果分析
2.1抗拉强度试验
301材料属于奥氏体不锈钢这类材料一般不能通过热处理来强化而是通过冷变形加工来提高其强度随着冷加工变形度的增加材料强度升高而塑性下降 试验使用301不锈钢原材料抗拉强度与xxx-1xxx-2产品用弹簧片抗拉强度要求不符(1700～1850MPa1800～1950MPa)为使301制弹簧片的抗拉强度符合要求通过对301不锈钢材料进行一系列回火试验并对试验结果进行力学性能测试.为反映回火温度对抗拉强度的影响将回火温度(保温时间均为3.5h)与抗拉强度的关系所示曲线可看出回火温度低于350℃时随着回火温度的升高抗拉强度有所升高曰当回火温度超过350℃随着回火温度升高抗拉强度开始降低曰回火温度超过450℃时抗拉强度急剧降低 回火保温时间对抗拉强度具有影响院对冷变形强化的奥氏体不锈钢而言当回火温度一定时只有当保温到一定程度冷变形强化效果才会减弱本批试验用301材料保温时间在1.0～3.5h其抗拉强度稳定在一定范围 20C钢弹簧片经380℃伊2.0h回火(原工艺) 后抗拉强度滓b=18001810MPa满足某产品抗拉 强度要求值
2.2弯曲试验 经过落冲-去毛刺-回火等加工工序后将抗拉强度不同的301弹簧片及未进行回火处理的301弹簧片用弯曲夹具进行弯曲试验结果可看出随回火温度的升高保温时间的适当延长弹簧片的弯曲次数从总体上看是增加的这主要与回火后存留的冷变形程度有关冷变形存留的程度越小材料抗拉强度越小其塑性韧性升高因此打弯次数便增加.

弯曲次数统计数据表明301不锈钢弹簧片无论是原材料状态还是回火后状态其打弯次数高于相应状态的20C弹簧片原因主要有两个方面院一是奥氏体不锈钢具有良好的韧性曰二是冷变形加工的奥氏体不锈钢疲劳强度大幅度提高而20C属于高碳钢其疲劳强度相对较低2.3盐雾试验 对301材料制未回火弹簧片不同回火温度保温时间处理的弹簧片xxx-3产品用电刷弹簧20C材料制镀镉钝化后的弹簧片均各3件按照GJB150.11-86试验方法进行盐雾试验48h盐雾试验结果列于表4可知院对于301不锈钢弹簧片除520℃伊3.5h(表面光亮)外其余弹簧片当零件表面光亮无氧化膜时盐雾试验结果院表面均无腐蚀曰350℃伊3.5h回火后表面氧化的弹簧片由于回火温度低在表面仅形成一层极薄的氧化色因此其耐盐雾性能也较好曰520℃伊3.5h回火后表面光亮的弹簧片出现局部严重腐蚀主要在于301不锈钢材料在500～800℃回火时碳化铬将沿奥氏体晶界析出在腐蚀介质中便易产生腐蚀曰301不锈钢材料在加热时表面形成的致密氧化膜(即钝化膜Cr2O3)能防止材料内部进一步氧化但是这层钝化膜在含氯离子的介质中会因发生化学反应而遭到破坏致使材料内部发生腐蚀 2.4吸片组件力学性能测试 对采用301材料加工且抗拉强度满足xxx-1产品要求的弹簧片在装配车间进行以下试验院测量厚度-打弯(打弯角度约8毅～15毅)-装配-涂漆-加负荷稳定处理(负荷院170N温度院(170±10)℃时间院30h)低温(温度院-60+1 -5℃时间院2h)测量力学特性 在xxx-1产品用不锈钢弹簧片(平均厚度0.1556)装配的吸片组件机械特性测量过程中第一次打弯角度院12毅15忆±15忆吸片组件测量机械特性不符合资料要求曰第二次打弯角度院12毅±15忆吸片组件测量特性仍不符合资料要求曰第三次打弯角度调整为院11毅45忆±15忆吸片组件测量机械特性均符合资料要求具体试验数据

对采用301材料加工且抗拉强度满足xxx-2某产品要求的弹簧片在装配车间进行以下试验院测量厚度-打弯(打弯角度约8毅～15毅)-装配-涂漆-加负荷稳定处理(负荷院170N温度院(170±10)℃时间院30h)-低温(温度院-60+1 -5℃时间院2h)-测量机械特性 在xxx-2产品用不锈钢弹簧片(平均厚度0.1556)装配的吸片组件机械特性测量过程中第一次打弯角度院12毅15忆±15忆吸片组件测量机械特性不符合资料要求曰第二次打弯角度院12毅±15忆吸片组件测量特性仍不符合资料要求曰第三次打弯角度调整为院11毅45忆±15忆吸片组件力学特性均符合资料要求具体试验数据见表6 20C弹簧片在生产中已应用多年本文就吸片组件装配及机械特性测量方面没有另行试验统计而是采用xxx批产品中吸片组件测试数据,20C弹簧片折弯直至断裂的次数正常情况下在25～35次生产中仅作折弯5次未断的考核.在含氯醋酸溶液中的迁移速率高于醋酸溶液中的迁移速率醋酸为含氧酸其提供的氧离子在一定条件下可促进不锈钢表面钝化膜的形成和修复所以不锈钢片在4%醋酸溶液中煮沸30min并放置一段时间后其重金属离子几乎不再析出但在含氯醋酸介质中由于氯离子对不锈钢表面的点蚀作用重金属离子在浸泡过程中持续迁移析出.

3总结
(1)不锈钢的化学成分及其组织是决定其重金 属迁移量的主要因素铁素体由于其本身合金元素较少且其耐蚀性能较好所以其比奥氏体不锈钢的迁移量要低高锰低镍不锈钢由于锰的加入并不能提高材质的抗蚀性能且降低了材质抗点蚀性能所以其迁移量较铬镍不锈钢要高且其在含氯醋酸中的重金属迁移量远大于其在不含氯的醋酸介质中的迁移量
(2)高锰不锈钢在醋酸介质中浸泡一定时间后重金属离子的迁移量几乎不再增加但是由于氯离子对高锰不锈钢的点蚀作用其在含氯醋酸中重金属离子从点蚀孔中持续析出.

3结论
(1)冷变形强化不锈钢301制弹簧片无论是原材料还是回火状态在装配成组件前后打弯中打弯次数均高于20C制弹簧片
(2)表面光亮的301不锈钢弹簧片具有优良的抗盐雾腐蚀性.

亨特弹簧厂设计生产各类不锈钢弹簧，不锈钢弹簧适用于高低温、耐腐蚀等工作环境；拥有十年生产经验，可生产各类不锈钢弹簧片。