汽車扭桿彈簧熱處理工藝分析及改進(jìn)

邱紹虎，陳愛武，蘇春

扭桿彈簧是利用桿的扭轉(zhuǎn)彈性變形而起彈簧作用的零件，其最簡單的結(jié)構(gòu)是一直桿，一端固定，在另一端加上扭轉(zhuǎn)負(fù)荷（即承受扭轉(zhuǎn)應(yīng)力）。扭桿可分為實心扭桿和空心扭桿兩類，其截面又有圓形、方形、矩形、橢圓形及多邊形等。用管材制造扭桿可減輕重量40%左右。與螺旋彈簧及板簧比較時，扭桿彈簧結(jié)構(gòu)簡單，工作時無摩擦，彈簧特性穩(wěn)定，不產(chǎn)生顫振，單位體積儲能大，彈簧體積較小，屬于小型輕量化產(chǎn)品。其在汽車、火車、坦克及裝甲車等方面獲得廣泛應(yīng)用。轎車中的穩(wěn)定桿用量也很大，是將扭桿彎成弓形或框形等結(jié)構(gòu)，使車身減少傾斜或橫向擺動，能提高懸架車的制動性能和乘員的舒適感。

目前，進(jìn)口、國產(chǎn)轎車前后懸架均已配裝穩(wěn)定桿，SUV等越野車基本上都配裝前穩(wěn)定桿或前、后兩種穩(wěn)定桿，而輕型、重型載貨汽車也開始配置穩(wěn)定桿。工程實踐表明，配裝穩(wěn)定桿可以有效提高車輛的舒適性和行駛穩(wěn)定性，降低翻車概率，提升車輛檔次。據(jù)統(tǒng)計，在路況差、急轉(zhuǎn)彎時裝有穩(wěn)定桿的車輛翻車概率可以降低60%～80%。因此，橫向穩(wěn)定桿已成為提升汽車性能和保障車輛、乘員安全的關(guān)鍵零部件之一。

1. 扭桿彈簧制造工藝

扭桿彈簧的制造工藝路線：切料（→鐓鍛→退火）→端部加工→淬火→回火→強(qiáng)扭處理→噴丸處理→檢驗→防銹處理。

其中淬火和回火是扭桿彈簧重要工序：淬火的目的是強(qiáng)化鋼材，使之通過奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變，增加鋼材的強(qiáng)度和硬度。不同的鋼種冷卻方式是不一樣的，主要看其奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖，只要冷卻速度大于臨界冷卻速度即可。

回火的目的是由于鋼淬火后獲得的馬氏體組織極不穩(wěn)定，在A1以下溫度重新加熱回火時，由于原子活動能力增強(qiáng)，其會自發(fā)地向穩(wěn)定組織轉(zhuǎn)變，隨加熱溫度的不同，淬火鋼回火后，將獲得不同的組織與性能。

扭桿彈簧的熱處理一般采用兩種方法：整體淬火和中頻感應(yīng)淬火。研究表明，中頻感應(yīng)淬火除具有高效、節(jié)能的優(yōu)點外，還可以改善材料晶格結(jié)構(gòu)，提高扭桿的抗蠕變性能和疲勞壽命；感應(yīng)淬火所形成的由表及里的強(qiáng)度梯度與扭桿承載時的應(yīng)力分布相吻合，達(dá)到了仿應(yīng)力強(qiáng)化的效果。下面談?wù)勚蓄l感應(yīng)淬火熱處理的具體步驟。

2. 中頻感應(yīng)淬火

（1）中頻電壓設(shè)定為（640±20） V，中頻電壓每間隔1h應(yīng)做好相應(yīng)記錄，如有變化應(yīng)及時調(diào)整。

（2）送料時間設(shè)定為25s。

（3）料架上放扭桿材料、送料加熱：送料架上每次擺放一件工件并及時補(bǔ)充。

（4）加熱后，準(zhǔn)備進(jìn)行淬火（見圖1）。

（5）水溫10～30℃，入水時間（25±5）s：每1h做一次詳細(xì)水溫記錄，如超出規(guī)定值應(yīng)作相應(yīng)處理。

（6）出水后料架擺放并及時轉(zhuǎn)入回火爐回火（見圖2），防止應(yīng)力開裂。

中頻感應(yīng)淬火需注意：加熱后的扭桿要輕拿、輕放，嚴(yán)禁磕碰；入水前應(yīng)依次交替把兩端齒部濕水2～3s后再完全放入冷卻池中；每班檢查1～2件，硬度應(yīng)在58～65HRC。

3. 回火工藝

回火是將淬火鋼加熱到奧氏體轉(zhuǎn)變溫度以下，保溫1～2h后冷卻的工藝?；鼗鹜c淬火相伴而行，并且是熱處理的最后一道工序。經(jīng)過回火，鋼的組織趨于穩(wěn)定，淬火鋼的脆性降低，韌性與塑性提高，消除或減少淬火應(yīng)力，穩(wěn)定鋼的形狀與尺寸，防止淬火零件變形和開裂，高溫回火還可以改善切削加工性能。

回火步驟如下：

（1）設(shè)定溫度455℃。

（2）裝扭桿80件以上入爐加熱、保溫≥1h（見圖3）。

（3）出爐后迅速入水冷卻至室溫、轉(zhuǎn)入下道工序（見圖4）。

回火注意點：提籃內(nèi)裝扭桿時要均勻擺放，防止受熱不均勻；保溫到規(guī)定時間出爐后，要迅速入水冷卻，不可停留時間過長，防止扭桿進(jìn)入脆性區(qū)；每爐應(yīng)檢查1～2件，其硬度值應(yīng)在44～49HRC。

4. 經(jīng)驗總結(jié)

淬火是扭桿彈簧重要的熱處理工序之一，淬火的目的是使扭桿彈簧獲得所需的馬氏體組織，提高工件的硬度、強(qiáng)度和耐磨性等。淬火時入淬火冷卻介質(zhì)的溫度、冷卻時間都必須嚴(yán)格控制，不得有過燒、扭曲、嚴(yán)重氧化、脫碳等缺陷。

我公司是生產(chǎn)扭桿彈簧的專業(yè)廠，1988年率先在國內(nèi)同行業(yè)中引進(jìn)日本技術(shù)開發(fā)生產(chǎn)了技術(shù)精巧、結(jié)構(gòu)簡單、性能安全可靠的載貨車駕駛室翻轉(zhuǎn)用左右扭桿、扭桿力臂、汽車獨立懸架系統(tǒng)的懸架扭桿及轎車、大中巴專用的橫向穩(wěn)定桿系列產(chǎn)品，對扭桿彈簧的熱處理有一套獨特的經(jīng)驗和做法：

首先，我們采用油淬，通過檢測發(fā)現(xiàn)硬度達(dá)不到要求。接著，我們采用水淬油冷，用水淬火后放入油里，盡管沒有缺陷，但增加了成本。然后，我們直接采用水淬，通過檢測沒有發(fā)現(xiàn)任何缺陷。

根據(jù)長期實踐，我們得出回火溫度與回火后的硬度有如附表的對應(yīng)關(guān)系。但常用回火溫度430～480℃，入水冷卻，45～50HRC。

5. 幾點說明

（1）對于未經(jīng)淬火的鋼，回火是沒有意義的，而淬火鋼不經(jīng)回火一般也不能直接使用。為避免淬火件在放置過程中發(fā)生變形或開裂，鋼件經(jīng)淬火后應(yīng)及時進(jìn)行回火。

（2）鋼淬火后必須進(jìn)行回火，其目的是消除工件淬火時產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，防止變形和開裂；調(diào)整工件的硬度、強(qiáng)度、塑性和韌性，達(dá)到使用性能要求；穩(wěn)定組織與尺寸，保證精度；改善和提高可加工性。因此，回火是工件獲得所需性能的最后一道重要工序。

（3）鋼淬火后在300℃左右回火時，易產(chǎn)生不可逆回火脆性，因此，一般不在250～350℃內(nèi)回火。含鉻、鎳、錳等元素的合金鋼淬火后在500～650℃回火，緩冷易產(chǎn)生可逆回火脆性。為此，小零件可采用回火后快冷；大零件可選用含鎢或鉬的合金鋼。60Si2MnA在450～650℃內(nèi)回火會產(chǎn)生回火脆性，我公司采用455℃加熱，然后用水急速冷卻的辦法避免回火脆性的產(chǎn)生，同時也能保證扭桿的硬度要求。

回火參數(shù)