弹簧残余应力检测

弹簧残余应力检测

　　弹簧钢丝在进行冷拔处理、油淬火热处理等工序加工时将产生残余应力，而且，弹簧在制造过程中，进行成形加工，进行喷丸处理。作为表面硬化处理而采用高频淬火、渗碳、氮化等，由于进行这些处理，将在材料中产生残余应力。定性、定量在检测材料的残余应力，将是提高弹簧疲劳特性的重要因素。

　　弹簧残余应力通常采用如下两种方法:

　　(1)X射线检测法。X射线检测法是一种非破坏试验检测方法，此种方法能够检测特定的表面和部位的残余应力，但对于表面深度有一定的要求，也就是说，只能检测表面较浅的表层，对于较深部位的残余应力分布无法检测。然而，由于X射线检测法数据采集可靠、测量速度快、能自动进行数据处理等，因此，在弹簧残余应力检测中，是广泛采用的一种方法。

　　(2)机械检测方法。机械检测方法是一种破坏试验检测方法，此种方法是在被测弹簧的表面滴上适当的腐蚀溶液，根据溶化表层释放残余应力而产生的材料的变形方法。采用此方法，检测得出残余应力是溶化表层的平均值，不能检测某个特定的表面和部位的残余应力值，但有利于检测较深部位的残余应力。

　　近年的残余应力检测装置广泛采用两种方法的组合，能够提高检测精度。

　　(3)检测原理。X射线检测法的原理，当多结晶体的表层遇到X射线时，从特定结晶格面将衍射特定的X射线。根据有无应变的状态可以求得此时的衍射角之差，然后按照材料的纵弹性模量和泊松比计算得出。机械检测方法是如前所述根据腐蚀液的溶化，残余应力的变化导致材料的变形，通常测得长度的变化，换算成应力。

弹簧疲劳性能检测

弹簧疲劳性能检测

　　凡承受变负荷的弹簧在企业内部质量控制、顾客交验、新产品定型鉴定、认证、行业抽检和工艺调整环节中，必须进行疲劳性能检测。检测方式可采用疲劳寿命验证试验或可靠性评定试验两种，但对于产品的等级划分与认证，必须采用可靠性评定试验，考核其可靠性指标。

　　经规定循环次数的疲劳试验后，弹簧的松弛率公差按相应标准规定。当标准未做规定时，强制性检验由检测单位确定，非强制性检测按顾客或受检单位要求执行。对于可靠性评定试验，弹簧在规定的试验条件和循环次数后，其合格品、一等品和优等品应达到客户所规定的可靠度水平。

　　对于认证产品其疲劳寿命的可靠度必须达到优等品的可靠度指标。

　　弹簧疲劳试验试样

　　1）试样应按规定程序批准的技术文件制造，并检验合格。

　　2）试样应从同一批产品中随机、独立抽取，检查批的划分按 JB/T 58700 执行。

　　3)试样数量:对于疲劳寿命验证试验，四缸以下发动机，试样数量不少于五台套；四缸或四缸以上发动机，试样量不少于三台套；对于可靠性评定试验，试样的数量按客户规定。

　　弹簧疲劳试验机

　　1)采用机械式、电磁谐振式或电液伺服式试验机，也可用配套主机。采用电磁谐振式试验机时试验振幅不宜过大。

　　2)试验机误差应符合相关规定。

　　3) 试验机的频率应在一定范围内可调，以满足不同试验要求。

　　4)试验机一般应具备的功能:试验时间或次数预置功能；自动计时或计数功能；试验振幅显示或控制功能；自动停机功能。

　　弹簧疲劳试验频率

　　1）试验频率可根据试验机的频率范围和弹簧实际工作频率等情况确定。除随机载荷试验外，整个试验过程中试验频率应保持恒定。

　　2)试验频率”,应与单个试验弹簧的固有自振频率и满足(v/v,)>10。レ根据式(9-79)计算。

　　(5)弹簧疲劳试验振幅 振幅分为位移振幅和应力幅。对于螺旋弹簧的疲劳寿命验证试验与可靠性评定试验一般使用位移幅作为试验振幅。

　　(6）弹簧疲劳试验程序 参照第8章5 节弹簧疲劳试验。

　　(7)弹簧失效模式的选择 弹簧在疲劳试验时，失效模式分为断裂和因松弛丧失规定功能两种。根据弹簧的功能要求，可选择其中一项或二项作为疲劳寿命的失效模式。

　　弹簧疲劳试验结果评定

　　1)疲劳寿命的确定:在给定的失效条件下，所试弹簧达到的最大循环次数，即为弹簧的疲劳寿命。

　　2)疲劳寿命的验证:给定循环次数试验后，如弹簧未发生失效则证明验证试验通过。

　　3)可靠性验证：依据给定的可靠度目标值，按规格确定适宜的样本数n，在指定的试验条件与要求下试验，按要求的失效模式判断。如得到的合格数大于客户所要求最低合格数r，则验证试验通过，反之则为不通过。

圆柱螺旋弹簧立定及永久变形的试验

圆柱螺旋弹簧立定及永久变形的试验

　　立定是对弹簧的基本要求，成品弹簧必须立定，以免弹簧在工作时发生永久变形而影响机械设备或部件的性能和正常工作。检验弹簧立定的方法是检验弹簧的剩余变形，一般是将压缩弹簧压并，或将拉伸弹簧及扭转弹簧的载荷加至试验载荷或图样规定的载荷，经多次反复加载及卸载。未经立定处理的弹簧其加载后产生的永久变形（剩余变形)量第一次最大，以后逐次减小，至若干次后其儿何尺寸保持不变。立定试验一般反复加载三次。但应指出，弹簧在加载前后的自由长度(角度)，都应在图纸的允差之内才算合格。

　　进行永久变形检测时所使用的量具有:精度不低于0.02mm的游标卡或同精度的游标高度尺、钢卷尺、三级精度平板、弹簧载荷试验机、工具显微镜或投影仪。

　　压缩弹簧的检测程序一般为:测出弹簧的自由高度Ho，计算出试验高度H和压并高度H6；若H，>Hb，将弹簧压缩至H，三次；若H≤H;，将弹簧压缩至H，三次，但压缩至并紧所加的载荷最大不得超过理论并紧载荷的1.5倍；测量经过三次压缩后的自由高度H；得永久变形量=Ho -H。

　　无初拉力拉伸弹簧和扭转弹簧的检测程序，可参照压缩弹簧的进行。

　　具有初拉力的拉伸弹簧，经立定试验后弹簧的自由长度一般保持不变，但是初拉力逐次减小，相应的初变形量也逐次减小，由于初变形量的变化在自由长度中反映不出来，因此检验的方法不是测量长度，而是测量载荷。

弹簧QPQ盐浴复合热处理技术

弹簧QPQ盐浴复合热处理技术　　

　　弹簧QPQ盐浴复合热处理技术是一种新的金属表面强化改性技术,“弹簧QPQ"是英文“Quench—Polish—Quench”的字头缩写,原意为淬火一抛光一淬火，在国内把它称作 弹簧QPQ盐浴夏合处理技术，其中“盐浴复合”的含义是指在氮化盐浴和氧化盐浴两种盐浴中处理工件,OPQ 盐浴复合热处理技术既可以使工件几乎不变形同时又可以大幅度提高金属表面的耐磨性、抗蚀性，是一种新的金属表面强化改性技术,这种技术实现了渗氮工序和氧化工序的复合，氮化物和氧化物的夏合，耐磨性和抗蚀性复合，热处理技术和防席技术的复合。　　

　　由于新技术，所以工艺上就有其独特的要求，操作中必须严格规范，工件才能达到耐磨性和抗蚀性的要求，并得到较为美观的外表。下面就工艺中几个关键步骤加以分折讨论：　　

　　弹簧QPQ盐浴复合处理主要工序有：　　

　　预热：350-400C20-40min氮化：510-580’C30-180min氧化：350-400C15-20min工艺过程为：装卡—清洗去油—预热——氮化—氧化—清洗去盐——干燥—浸油。

　　各工序的基本作用：　　

　　预热：预热的主要作用是烤干工件表面的的水分，使冷工件升温后再入氮化炉，以防工件带水入氮化炉引起盐浴测射和防止冷工件入炉后盐浴温度下降太多,同时预热对减少工件变形和获得色泽均一的外观也有一定作用。预热工序通常在空气炉中进行。　　

　　氮化：氮化是弹簧QPQ盐浴复合热处理技术的核心工序,氮化盐中氰酸根的分解而产生的活性氮原子渗入工件，在工件表而形成耐磨性和抗蚀性很高的化合物层和耐疲劳的扩散层。　　

　　氧化：氧化工序的作用一是彻底分解工件从氮化炉带出来的氰根，达到环保要求,二是在工件表面形成黑色氧化膜，增加防腐能力，对提高耐磨性也有一定好处。

　　弹簧QPQ盐浴夏合处理的主要原料：　　

　　弹簧QPQ盐浴合处理的主要原料为三种生产用盐。　　

　　基盐：基盐在氮化炉中熔化形成高氰酸根(CNO-）的氮化盐浴,基盐除了第一次开始生产时熔化装满氮化炉之外，在正常生产中浴面下降时，也应加入基盐以提高浴面,调整盐：在生产过程中当氮化盐浴的氰酸根下障时，应向氮化炉补加调整盐，以使氰酸根含量维持在规定的范围之内。　

　　氧化盐：氧化盐用于氧化盐浴，浴面下降时直接补加氧化盐。　　

　　弹簧QPQ处理后的工件渗层组织在弹簧QPQ处理过程中预热和氧化两道工序只能形成氧化膜，在氮化工序形成较深的复杂渗层。　　

　　工件漫入氮化盐浴后，氰酸根分解产生的N、C原子可在工件表面形成高的N势和C势,由于N原子半径仅为Fe原子半径的一半，而C原子的半径更小，所以N、C原子可以在Fe原子的点阵间隙中进行扩散。　　

　　在弹簧QPQ处理的氮化温度（(510-580C)下，工件表面的高浓度N、C原子向内部扩散，先形成在a-Fe 中的固溶体。随着表面原子浓度的提高，逐渐形成 ?(Fe4N)化合物和2(Fe2-3N)化合物。最终由工件表面向中心形成N、C的浓度梯度。渗层组织为化合物层？相、2相相、相，化合物层以下是N在a-Fe中的固溶体，形成扩散层。因此，弹簧QPQ处理后的工件渗层组织由三层构成：外表为氧化膜；中间为化合物层：向内为扩散层。其中以化合物层最为重要，其主要组成为Fe2-3N，它是提高耐磨性的可靠保证，同时它的抗蚀性也很好,氧化膜的主要作用是与化合物一起构成极好的抗蚀层。同时它处于多孔状态，可以储油，减少摩接，对提高耐磨性有利，同时还有美化外观的作用,扩散层主要作用是提高工件的疲劳强度，对增加细薄件的整体强度和弹性也有很大的作用。　　

　　渗层质的影响因素及控制：　　

　　根据工艺原理我们看到弹簧QPQ处理的工件质量好坏主要取决于渗层是否达到技术要求，工艺的关键是各种参数保证渗层的需要，而决定渗层的主要因素是氮化温度、氮化时间、氮化盐浴中的氰酸根含和基体材料四个因素：　　

　　1、氮化温度的控制：　　

　　氮化温度主要根据基体材料的种类来决定，其次要考虑工件的强度要求化温度太低，不能形成足够深度的渗层；氮化温度太高，疏松层严重，氮化温度超过回火温度则会降低基体的硬度。　　

　　一般工模具可选用510~520C高速钢刀具可选用540~550c高速钢模具或耐磨零件可选用570'结构钢、不锈耐热钢或铸铁件可选用570°C。　　

　　2、氮化时间的控制：　　

　　氮化时间的长短主要取决于工件的种类及服役条件而定,时间太短，不能形成足够深度的渗层，时间过长则疏松严重。　　

　　根据工件的服役条件，采用的氮化时间分为三类：　　

　　要求耐磨性的零件，采用120~130分钟主要用于防腐性零件采用90~100分钟薄板冲压，增加弹性零件采取40~50分钟3CNO- 含的控制根据弹簧QPQ盐浴复合处理的原理，氨化盐浴的CN0-不得低于30%，最高不要超过40%。　　

　　4、基体材料的控制：　　

　　设计部门根据零件的服役状况，合理选择材质，基本思路是：抗蚀性要求高的零件选用合金材料，达到满足基本硬度和氮化温度的需要,抗蚀性要求一般的零件选用碳素结构钢，既经济又能满足产品的需要。　　

　　外观质量控制经弹簧QPQ盐浴夏合处理的工件表面呈黑色或蓝黑色。　　

　　检验标准：按专利技术文件的规定为：在500LX 的照度下，距灯300mm 肉眼观察，表面颜色应比较均匀一致，不得有明显的花斑、锈迹、发红,而不应在室外强烈阳光下检查工件外观。　　

　　生产中发现，熔盐和工艺稍有控制不好时，工件易产生发花、发红现象，尤其是材料含Si量多时，如27SiMn 、30CrMnSi等材料，工件外表发花、发红现象极多，虽然此现象不影响工件的耐磨和抗蚀性，但影响工件的美观,为提高工件的外表质，使其基本达到颜色一致需采取下列措施：控制熔盐的清洁度氮化盐浴中悬浮细粒状渣过多，使盐浴变成黑灰色时，应及时采用滤渣器滤渣，必要时要更换新溶液。严格执行工件的前清洗，去除工件表面的油渍和沉积物，有锈的工件要经过酸洗去除锈渍。工件表层出现轻微的发红现象，可采用擦拭的办法去除；较严重的要进行返工处理。最终质量控制耐磨性：带同材料的试榛，维氏硬度要达到工艺规定，证实渗层已达到要求。　　

　　抗蚀性：用10%CuSO4溶液滴试工件非棱角处，30分钟不析出調，即表示有完整渗层，防锈能力满足要求。　　

　　弹簧QPQ盐浴复合热处理技术在军工领域具有广泛的应用前景。而这种工艺的质量控制对生产方和使用方来讲，都是一个新课题，必须有相应的工艺保障措施和质监控措施，才能保证 弹簧QPQ处理后的零件达到所规定的质量要求。

弹簧振动试验

弹簧振动试验

　　为了使弹簧满足各种各样的性能，而且长时间使用也应具有耐久性，因此，弹簧不仅对静态性能进行检测，对于弹簧的动态性能也应进行检测。在此以汽车用弹簧为例简述动态试验。

　　汽车悬架弹簧不仅承受汽车本身的载荷，而且承受由于路况的冲击、振动和驱动系统的高频振动等动载荷。因此，会产生噪音、弹簧的高频振动、乘车的不舒适等一系列的问题。

　　为了弄清楚这些问题，有必要对弹簧的性能做评价试验，通常按照实车进行动态特性试验。

　　此种试验，由于有的是弹簧制造厂完成，有的是车辆生产厂完成，也有两者共同完成，因此，没有明确统一的试验方法。特别是模拟实车工况，试验方法则依据各生产厂家实际工况而定。此处仅对实际工况进行简述。

　　动态特性试验是指给弹簧施加阶梯振动、正弦波振动、随机振动，或者模拟实际车辆振动工况，对弹簧的负荷、动作进行检测的试验。与弹簧静态试验相比，弹簧动态试验在试验设施、辅具的刚性，检测设备的响应上要求更高。此外，由于各种工况下将产生大量的数据，因此，需要具备一整套高速采集数据、分析数据的系统。随着汽车对弹簧的要求越来越严格，弹簧动态特性将显得越来越重要。

　　下面列举按照实际工况通常进行的动态特性试验项目:

　　1)动态轨迹曲线和共振曲线试验；

　　2)螺旋弹簧的共振试验;

　　3)噪声试验。