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        超薄QBe2CY彈簧片時(shí)效后顯微硬度值偏低原因分析及改進(jìn)方法

        2014-10-08 11:38:46許東彭麗娟
        金屬加工(熱加工) 2014年13期
        關(guān)鍵詞:彈簧片時(shí)效工裝

        許東,彭麗娟

        近年來,彈簧片需求數(shù)量的不斷增加及滾動(dòng)組批投產(chǎn)的生產(chǎn)策略,加工數(shù)量猛增,各種規(guī)格零件的年投產(chǎn)數(shù)量在6000~8000片之間。由于該彈簧片作為某產(chǎn)品重要用途的彈性元件,要求非常薄,厚僅為0.2mm,同時(shí)外形要求一致性好,無翹曲,具有適合的剛度。彈簧片形狀如圖1所示。

        彈簧片的顯微硬度值技術(shù)要求極嚴(yán),每爐批次時(shí)效處理后的顯微硬度要求達(dá)330~360HV。彈簧片每爐批次時(shí)效處理后出現(xiàn)較大比例顯微硬度值偏低現(xiàn)象,如果不解決顯微硬度值偏低的問題,將勢(shì)必影響產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)品生產(chǎn)成本。為此,我們對(duì)影響彈簧片顯微硬度值偏低的因素,如時(shí)效工藝參數(shù)、工裝厚薄尺寸及冷卻方式等進(jìn)行分析及試驗(yàn),試圖從中找到提高彈簧片顯微硬度值的方法。

        1.試驗(yàn)內(nèi)容

        (1)試驗(yàn)用材料及主要試驗(yàn)設(shè)備 試驗(yàn)選用材料0.2mm厚的QBe2鈹青銅CY態(tài)冷變形大于81%的板材為研究對(duì)象;時(shí)效設(shè)備采用北京機(jī)電研究所生產(chǎn)的WZDT—45型;輔助工具專用仿形工裝。

        (2)材料的化學(xué)成分及性能要求 試驗(yàn)用QBe2CY鈹青銅的化學(xué)成分與性能見表1。

        (3)材料的顯微硬度值 顯微硬度要求330~370 HV。

        2.顯微硬度值影響因素

        (1)時(shí)效工藝參數(shù)對(duì)顯微硬度值的影響 鈹青銅一般常用時(shí)效溫度為310~330℃,保溫時(shí)間為1.5~3h。

        圖1 超薄彈簧片

        在QBe2鈹青銅時(shí)效工藝參數(shù)范圍內(nèi)分3個(gè)組別,每組進(jìn)行3個(gè)不同時(shí)效溫度、同一保溫時(shí)間的工藝參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn),淬火冷卻介質(zhì)為高純氮?dú)狻?個(gè)組別工藝參數(shù)見表2。

        從表2結(jié)果顯示,采用第三組中工藝為時(shí)效溫度320℃、保溫時(shí)間160min處理后的試樣硬度均可滿足技術(shù)要求,顯微硬度330~360HV的要求。在時(shí)效工藝范圍內(nèi)調(diào)整工藝參數(shù)對(duì)彈簧片顯微硬度值有著重要的影響。

        (2)工裝厚薄尺寸對(duì)顯微硬度值的影響 時(shí)效專用仿形工裝采用兩種不同工裝厚薄尺寸8mm和5mm,如圖2所示。

        工裝厚薄尺寸的不同導(dǎo)致時(shí)效處理過程中彈簧片的受熱狀態(tài)不同,薄的部分加熱速度快,而厚的部分加熱速度慢,導(dǎo)致彈簧片易發(fā)生過時(shí)效軟化現(xiàn)象,使強(qiáng)化相γ相向晶界處聚集并球化,晶內(nèi)強(qiáng)化相減少,強(qiáng)度、硬度值有所下降,同時(shí)還易產(chǎn)生脆化現(xiàn)象。工裝厚薄尺寸受熱狀態(tài)不一致,引起彈簧片時(shí)效后的顯微硬度。厚度為8mm和5mm的工裝時(shí)效后硬度參數(shù)如表3所示。

        從表3中結(jié)果看:不同厚度時(shí)效工裝處理的彈簧片顯微硬度相差40HV??梢?,控制時(shí)效工裝厚度尺寸對(duì)彈簧片時(shí)效后的顯微硬度值影響較大。

        (3)冷卻方式對(duì)顯微硬度值的影響 采用專用平臺(tái)碼放及支架碼放兩種冷卻方式作對(duì)比試驗(yàn)。冷卻方法:爐冷到200℃快速充高純氮?dú)?。碼放冷卻方式如圖3所示。

        專用平臺(tái)碼放冷卻方式時(shí)效處理后的顯微硬度總平均值為324.2HV,支架碼放冷卻方式時(shí)效處理后的顯微硬度總平均值為337.5HV。結(jié)果見表4。

        圖2 專用仿形工裝圖

        表1 試驗(yàn)用QBe2鈹青銅合金成分與性能

        表2 試驗(yàn)工藝參數(shù)及結(jié)果

        表3 不同工裝的試驗(yàn)結(jié)果

        表4 對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

        從試驗(yàn)結(jié)果可以看出,采用支架碼放冷卻比專用平臺(tái)碼放冷卻時(shí)效處理后的顯微硬度值有明顯的提高。專用平臺(tái)碼放冷卻時(shí),專用平臺(tái)較厚,快充高純氮?dú)饫鋮s后,易造成專用平臺(tái)的冷卻速度較慢,使上部的冷速大于下部+專用平臺(tái)的冷速,使彈簧片冷卻滯后,局部彈簧片易形成過時(shí)效組織,γ相沿晶界析出呈網(wǎng)狀,造成晶界反應(yīng),引起彈簧片時(shí)效后顯微硬度值偏低。

        專用支架碼放冷卻時(shí),專用支架各橫梁之間間隙較大,快充高純氮?dú)饫鋮s后,使專用支架上的工裝冷卻速度均勻一致,不易出現(xiàn)彈簧片冷卻滯后的現(xiàn)象,彈簧片時(shí)效后組織中晶內(nèi)有少量的析出物,晶界較細(xì),γ相未沿晶界析出,晶界反應(yīng)量較小,有助于提高彈簧片時(shí)效后顯微硬度值。

        由于兩者的碼放方式造成冷卻速度不同,從而引起顯微硬度值出現(xiàn)差異,專用支架碼放冷卻對(duì)提高彈簧片時(shí)效處理后的顯微硬度值有明顯的作用。

        3.改進(jìn)方法及效果

        經(jīng)過分析和比較認(rèn)為:時(shí)效工藝參數(shù)采用320℃、保溫160min,爐冷到200℃快速充高純氮?dú)饫鋮s;時(shí)效專用仿形工裝采用工裝厚薄尺寸以5mm為宜,如圖4所示。冷卻方式采用支架碼放冷卻,滿足彈簧片時(shí)效處理后的技術(shù)要求。

        為了確定最佳優(yōu)化工藝方法,用批量彈簧片進(jìn)行五批次三爐試驗(yàn)驗(yàn)證,測(cè)量結(jié)果如表5所示。

        圖3 碼放方式

        圖4 時(shí)效專用仿形工裝

        表5 顯微硬度測(cè)量結(jié)果

        用批量彈簧片進(jìn)行時(shí)效處理,結(jié)果表明彈簧片的顯微硬度值達(dá)350HV以上。目前,彈簧片時(shí)效處理后的質(zhì)量穩(wěn)定,滿足了產(chǎn)品生產(chǎn)與技術(shù)要求。

        4.結(jié)語

        超薄QBe2鈹青銅彈簧片時(shí)效處理后顯微硬度值偏低主要因素是時(shí)效工藝參數(shù)、工裝厚薄尺寸及冷卻方式。

        (1)采用最佳工藝參數(shù)為時(shí)效溫度320℃、保溫160min爐冷到200℃快速充高純氮?dú)饫鋮s。

        (2)采用時(shí)效專用仿形工裝厚薄尺寸控制在5mm以內(nèi)。

        (3)最佳冷卻方式采用支架碼放冷卻。20140517

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