摘要：某50CrVA制拉伸弹簧零件主要应用于某重点型号及相关系列飞机上，使用数量较大；但此弹簧零件在使用和工作过程中发生不同程度锈蚀，甚至断裂，造成零件报废较多，导致原材料浪费现象甚为严重；而且此弹簧零件的生产制造过程中工序繁多，工艺复杂，影响因素较多，各个工序对零件的影响也不尽相同；为了满足此弹簧零件生产需求，提高此项零件的合格率，找出锈蚀及断裂原因，并提出解决方案，所以，很有必要对此项拉伸弹簧工艺流程及制造过程进行分析与研究，改进工艺方法。
关键词：50CrVA；拉伸弹簧；锈蚀；断裂；真空炉热处理；镀铜保护
引言
某50CrVA制拉伸弹簧材料规格为d12.03，钢丝直径大，自由长度为880，属于大型弹簧零件。此拉伸弹簧主要应用于某重点型号及相关系列飞机上，使用数量较大；但此项拉伸弹簧在使用和工作过程中发生不同程度锈蚀，甚至断裂；而且此拉伸弹簧的生产制造过程中工序多，工艺复杂，影响因素较多，各个工序对零件的影响也各不相同；此项拉伸弹簧存在的主要问题是弹簧在应力和腐蚀环境下，以及内圈铜层残留情况下，导致弹簧内圈锈蚀严重，最终造成脆性断裂，为了解决此拉伸弹簧存在的问题，就要深入分析与研究此项拉伸弹簧工艺流程及制造过程进行分析与研究，改进工艺方法。
正文
针对此项拉伸弹簧存在内圈铜层残留问题，导致拉伸弹簧内圈锈蚀严重，最终造成脆性断裂的主要问题，进行详细深入的分析与研究，找出导致弹簧内圈锈蚀严重，最终造成脆性断裂的原因，并提出解决方案。
通过对断裂弹簧进行宏观、微观、金相组织观察，发现断裂弹簧裂纹起源于内圈，产生微裂纹，断面附近有腐蚀，沿晶断口特征，表面发黑、发灰；弹簧断裂位置两侧约10cm的范围的内径处可见宽度约5mm的灰黑色带状随弹簧螺旋方向分布，该灰黑色镀层检测元素主要为铜，断口区域存在含铜、硫、氯、钙等元素；弹簧非带状区域正常。铜残余的原因是内圈铜层未退除干净，影响镀镉的质量，造成镉层脱落，加速了弹簧内圈表面的腐蚀；能谱分析镀层脱落区域有脱碳，深度0.075，局部晶间腐蚀和应力腐蚀产生微裂纹；检测结论为沿晶脆性断裂。
造成内圈铜层未退除干净的原因是，退铜之前有吹砂工序，其风险为吹砂处理导致外圈铜层厚度较内圈薄，通过化学溶液法进行退铜时，外圈铜层已退除干净，内圈铜层退除是否干净难以识别。
该弹簧镀铜的目的是为了防止零件在空气炉热处理时外表面氧化脱碳，为了避免弹簧基体铜层残留的风险，从源头上遏制风险点，我们可以将原来通过镀铜保护用空气炉热处理的方式更改为不镀铜真空炉热处理的方法，直接消除铜层产生的途径。
从制造过程来分析，此拉伸弹簧的原工艺流程为：
原材料检查——绕制弹簧——局部退火——加工螺纹——镀铜——空气炉热处理——退铜——吹砂——立定处理——磁力探伤——表面处理——磁力探伤——表面处理——成品
如果工艺方法改进为不镀铜真空炉热处理，那么此拉伸弹簧的工艺流程更改为：
原材料检查——绕制弹簧——局部退火——加工螺纹————真空炉热处理——吹砂——立定处理——磁力探伤——表面处理——磁力探伤——表面处理——成品
此拉伸弹簧的工作图如下图1：
图1
下面通过试验的方法来验证工艺方法改进的可行性。此弹簧采用真空炉热处理试验：用6件零件进行。热处理时随炉工艺试样分别为：拉伸试样9个分3组、增脱碳试样3个。淬火温度为：850℃，保温时间：92分钟，淬火介质：24-71℃油。回火温度分别采用380℃、395℃、410℃，保温时间：90min，冷却介质：水≥60℃。每组试验挂标签区别，保证热处理过程的可追溯性；试验方案如下表1所示：
表1
真空炉热处理工艺试验结果与空气炉对比如下表2：
表2
从上表可看出，真空炉热处理完全可以满足此零件生产要求，而且脱碳情况更好一些。
运用统计分析方法，对真空炉热处理零件硬度及强度随回火温度增加的变化趋势进行汇总分析，由图2、图3可见零件硬度、强度随回火温度变化的变化量是较为稳定的。真空热处理能够满足图纸要求并能够方便生产。根据试验数据，选取395℃～410℃温度进行回火，零件硬度为中限范围，有效降低氢脆风险，为最优回火温度。同时将真空炉与空气炉零件淬火后，在380℃温度下回火后零件强度进行比较，真空加热均匀，设备温均性好，相同温度回火后，同炉零件强度稳定，变化小。
图2 图3
从图3可以看出，与空气炉热处理零件进行比较，真空炉热处理后零件强度变化量要较空气炉更加平稳，凸显出真空热处理加热均匀，产品稳定性高，交付质量高。真空热处理后，零件表面热处理仅为氧化色，吹砂强度极大的降低，避免了因吹砂造成尺寸超差或力值降低的风险。真空热处理零件脱碳控制优于空气炉热处理。
结论
经过认真仔细的分析与研究，找到导致此零件产生锈蚀甚至断裂的原因是铜残留，并借助试验验证改进后的工艺方法——采用真空炉热处理，采用真空炉热处理直接取消镀铜工序，杜绝铜层最终残留在零件基体的可能性，从根本上解决铜层残留的问题，消除零件制造过程中的风险；同时取消镀铜和退铜工序，更好的节省了生产能源，降低了操作工人的劳动强度，缩短零件生产周期，节省了人力物力，显著提高了生产效率，很大程度地节约了生产成本。
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论文作者:田转丽,梁宵
论文发表刊物:《基层建设》2019年第13期
论文发表时间:2019/7/22
标签：弹簧论文; 内圈论文; 零件论文; 镀铜论文; 锈蚀论文; 脱碳论文; 工序论文; 《基层建设》2019年第13期论文;