一种弹簧钢丝表层软化工艺的制作方法

本发明属于钢丝表面热处理制造领域，具体涉及高性能弹簧钢丝的表层软化工艺。

背景技术：

1、金属材料的常规表面热处理，一般都是硬化，如渗氮、渗碳工艺，以提高金属材料表面硬度，都属于表面硬化处理范畴。弹簧钢丝在冷卷成弹簧以后，钢丝表面的显微缺陷在弹簧实际使用过程中，由于应力集中作用，显微缺陷容易扩大，最终导致弹簧断裂。弹簧钢丝强度越高，钢丝的塑形一般越低，对表面缺陷越敏感。理论上，如果弹簧表面强度低，会对显微缺陷的敏感性降低，但是钢丝的整体强度也会下降。因此希望能够开发出一种低成本的制造方法，使高强度弹簧钢丝表面获得一层尽可能薄的软化层。

2、弹簧钢丝是通过奥氏体化加热，然后淬火、回火，得到所需的高强度。回火温度控制在350℃～650℃之间，回火温度越高，钢丝强度越低，塑形越好。由于回火工艺时间在30秒以上，钢丝表层和芯部硬度相当。

3、超高频感应加热技术与设备近几年开发成功，但是没有用于钢丝表面软化的先例。由于超高频感应加热的肌肤效应，使仅对钢丝表层深度不超过0.6mm的加热得以实现。由于钢铁材料良好的导热性，如果没有快速冷却导致钢丝受热时间过长，钢丝表层远大于0.6mm深度的区域都会被加热，导致软化层过厚，钢丝整体强度下降。仅仅依靠高频感应加热的“集肤效应”，无法获得钢丝表层深度1mm内的平均硬度，比钢丝平均硬度低7％以上，1mm以上深度的硬度和平均硬度相当，这样的效果。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种弹簧钢丝表层软化工艺，获得的弹簧钢丝表面仅1mm深度的表面硬度比平均强度低7％，表面软化的弹簧钢丝具有比同样强度的常规弹簧钢丝，对钢丝表面显微缺陷的敏感度更低的优点。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种弹簧钢丝表层软化工艺，包括以下步骤：

3、s1、预处理：将产线的弹簧钢丝进行淬火回火处理进行冷却；

4、s2、高频加热处理：将上述冷却的后弹簧钢丝运输到高频感应加热设备内进行不超过200khz超高频感应加热，保证2秒内使弹簧钢丝表层温度达到350℃～650℃；

5、s3、冷却处理：对加热后的弹簧钢丝通过高压水喷水装置进行高压水喷射冷却处理，使弹簧钢丝在2秒内冷却到100℃以下；

6、s4、收线：将s3中2秒后出冷却段的弹簧钢丝进行收线处理。

7、作为上述方案的进一步地改进，所述步骤s1中的弹簧钢丝抗拉强度大于2000mpa，弹簧钢丝直径大于10mm。

8、作为上述方案的进一步地改进，所述步骤s2中的超高频感应加热的电源频率为10万～19万赫兹，功率为80kw，感应线圈长度为50cm。

9、作为上述方案的进一步地改进，所述感应线圈后方设置有压缩空气气刀，向弹簧钢丝收线方向进行反吹，高压水喷水装置设于压缩空气气刀的后侧，在感应加热和高压水冷却之间，使用用压缩空气气刀进行隔离，钢丝可在1秒钟冷却到100℃以下。

10、作为上述方案的进一步地改进，所述步骤s2中的超高频感应加热的电源频率为15万赫兹，输出功率为60kw。

11、本发明的有益效果为：

12、采用本发明制备的弹簧钢丝，通过检测可知弹簧钢丝表层深度1mm内的平均硬度，比钢丝平均硬度低7％以上，1mm以上深度的硬度和平均硬度相当；

13、采用本工艺得到的软化层，软化层塑形好，降低了高强度弹簧钢丝对弹簧钢丝表面缺陷的敏感性，降低了表面显微缺陷造成弹簧失效的风险，避免后续弹簧使用发生断裂的风险；

14、通过高频感应加热可以使弹簧钢丝表层快速升温至回火温度，使表层迅速软化，可以有效降低表层硬度对表面缺陷的敏感性。

技术特征：

1.一种弹簧钢丝表层软化工艺，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种弹簧钢丝表层软化工艺，其特征在于，所述步骤s1中的弹簧钢丝抗拉强度大于2000mpa，弹簧钢丝直径大于10mm。

3.根据权利要求1所述的一种弹簧钢丝表层软化工艺，其特征在于，所述步骤s2中的超高频感应加热的电源频率为10万～19万赫兹，功率为80kw，感应线圈长度为50cm。

4.根据权利要求3所述的一种弹簧钢丝表层软化工艺，其特征在于，所述感应线圈后方设置有压缩空气气刀，向弹簧钢丝收线方向进行反吹，高压水喷水装置设于压缩空气气刀的后侧。

5.根据权利要求3所述的一种弹簧钢丝表层软化工艺，其特征在于，所述步骤s2中的超高频感应加热的电源频率为15万赫兹，输出功率为60kw。

技术总结
本发明公开了一种弹簧钢丝表层软化工艺，弹簧钢丝经过不超过200KHz超高频感应加热，在2秒内使钢丝表层温度达到350℃～650℃，然后在2秒内通过高压喷水冷却，将钢丝迅速冷却到100℃以下。经过这种制备方法，可以得到弹簧钢丝1mm深度以内的表层出现软化层，软化层硬度比处理前下降7％以上。

技术研发人员：胡东辉
受保护的技术使用者：宝钢集团南通线材制品有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13