简介：了解弹簧制造中的应力消除退火

2025 年 10 月 22 日

在精密驱动的弹簧制造领域，实现尺寸稳定性和最佳机械性能至关重要。无论您生产的是压缩弹簧、扭转弹簧还是拉伸弹簧，以满足严苛的应用需求，在原始生产和可靠性能之间，都有一个关键工序： 应力消除退火.

通过冷成型工艺（包括冷卷和冷拔）制造的弹簧，其金属丝内部必然会产生显著的内应力。如果不加以处理，这些残余应力会导致尺寸不稳定、过早失效，并在使用寿命期间产生难以预测的性能。这时，应力消除退火（也称为应力消除热处理或应力消除回火）就变得不可或缺。

应力消除退火是一种可控的热处理工艺，用于消除冷成型过程中积累的内部应力。通过将弹簧加热到特定温度并保温特定时间，制造商可以稳定弹簧尺寸，改善其机械性能，并确保其在数千次负载循环中保持稳定的性能。

本综合指南探讨了各种弹簧类型和材料的应力消除退火的科学、参数、设备和最佳实践，为制造商和工程师提供了优化弹簧生产工艺的可行见解。

应力消除退火的目的和好处

为什么应力消除退火至关重要

采用冷成型技术制造的弹簧在生产过程中会发生显著的机械变形。这种冷加工过程会在整个线材中引入复杂的内部应力，形成应变网络，影响弹簧的结构完整性和性能特性。

应力消除退火的四个主要目标是：

1. 消除冷成型产生的内应力

在冷卷和冷成型操作中，金属线材会承受极大的弯曲和扭转力。这些力会在金属晶体结构内产生微观位错和残余应力。如果没有适当的热处理，这些应力会一直锁定在材料内部，造成潜在的失效点和不一致的机械性能。

应力消除退火可以使金属的原子结构松弛和重新组织，释放累积的内部应力并产生更均匀的材料状态。

2. 使用寿命期间的尺寸稳定

弹簧制造中最关键的挑战之一是尺寸稳定性。未经过适当去应力退火处理的弹簧在后续制造过程中或使用过程中可能会发生尺寸变化。这可能导致：

外径变化不可接受
自由长度的变化
线圈间距不一致
丧失承重能力

正确执行的应力消除退火可确保弹簧在整个使用寿命期间保持稳定的尺寸，即使在变化的负载条件和温度波动下也是如此。

3. 提高拉伸强度和弹性极限

应力消除退火不仅能消除问题，还能有效提升弹簧性能。该热处理工艺可改善两项关键的机械性能：

抗拉强度：材料在失效前可承受的最大应力
弹性极限：材料恢复到原始形状的最大应力

这些改进直接转化为弹簧可以承受更高的负载、承受更多的循环并在较长时间内保持其性能特征。

4. 通过热处理进行尺寸控制

在应力消除退火过程中，将弹簧安装在夹具或治具上，制造商实际上可以在热处理过程中控制和调整弹簧尺寸。此功能在以下情况下尤其有用：

满足严格的公差要求
纠正卷绕过程中的微小尺寸变化
确保批次间的一致性

这种控制水平将应力消除退火从必要的工艺步骤转变为精密制造工具。

弹簧应力消除热处理设备

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本视频展示了我们连续热风循环电炉如何加工新卷制的弹簧。观看我们的自动化系统如何确保精确的温度控制（170°C – 460°C）、均匀的热量分布以及每批弹簧的稳定质量。

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✓ 自动化弹簧装载和加工工作流程
✓ 持续热风循环技术
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选择合适的热处理设备对消除应力退火的效率、一致性和质量有显著影响。现代弹簧制造商通常使用几种类型的退火炉，每种炉子都有其独特的优势和用途。

1.连续热风循环电炉

优点：

精确的温度控制，变化最小
节能运行
非常适合大批量生产
自动卷绕和应力释放集成

这种设备类型在现代弹簧制造厂中越来越受欢迎。当这些炉子直接放置在卷簧机前方时，可以实现无缝衔接的工作流程，弹簧可以自动从卷簧工序移动到应力消除处理工序，从而形成一条完整的生产线。

热空气的持续循环确保整个处理室的温度分布均匀，消除了可能影响弹簧质量的热点和冷区。

最佳应用：

标准弹簧类型的批量生产
碳钢弹簧钢丝和重型镀锌钢丝
琴钢丝/钢琴钢丝

2.热风循环炉和箱式电炉

这类炉子温度分布均匀，但与硝酸盐浴炉相比，通常需要更长的保温时间。虽然较长的处理时间看似缺点，但对于某些弹簧材料来说，在较低温度下延长保温时间实际上可能带来好处。

特征：

加热相对均匀
处理时间更长
降低资本设备成本
适合批量处理

3. 硝酸盐浴炉

硝酸盐浴炉是一种专门的热处理解决方案，通常由弹簧生产商定制制造以满足特定的生产要求。

主要优势：

极快的加热速度
保持时间短
出色的温度均匀性

关键考虑因素：

液槽内温度不均匀会导致油淬回火弹簧钢丝表面出现缺陷
处理后的泉水必须经过水淬和彻底清洁
浸泡在盐浴中的时间不应超过几分钟，以防止生锈

重要安全提示： 使用电炉进行应力消除退火时，保温时间比硝酸盐浴炉长得多。更长的保温时间可确保整个弹簧横截面的应力完全消除。

设备选择标准

在选择热处理设备时，制造商应考虑：

生产量和吞吐量要求
弹簧材料种类及线材规格
可用占地面积以及与现有生产线的集成
能源成本和效率要求
质量控制和温度均匀性需求

应力消除退火温度和时间参数

要获得最佳的应力消除退火效果，需要精确控制温度和时间。正确的参数取决于多种因素，包括线材材质、线材直径、弹簧类型和预期用途。

了解温度范围

应力消除退火温度通常在以下范围内 170°C 至 460°C （338°F 至 860°F）。指导温度选择的基本原则很简单： 使用能有效消除应力的最低温度.

为什么尽可能降低温度？

对于具有相同化学成分和加工历史的材料：

更高的温度可以提供更彻底的应力消除
然而，有些材料在高温下会变得更软，弹性更小
较低的温度需要较长的保持时间，但可以保持材料硬度

特定材料的温度考虑因素

最佳温度根据弹簧材料的不同而有很大差异：

碳钢弹簧钢丝：需要相对较高的温度
油淬火回火弹簧钢丝和合金钢弹簧：通常需要更高的温度范围
奥氏体不锈钢丝：可在较高温度下运行（360°C – 460°C）
硅铜线、磷青铜线：较低温度范围（170°C – 220°C）

螺旋弹簧的特殊考虑：

对于螺旋压缩弹簧和螺旋拉伸弹簧，制造商通常应选择比标准值高 3-5°C 的温度，并相应延长保持时间。

全面的温度和时间参数

下表提供了各种弹簧材料和线材规格的详细应力消除退火参数：

弹簧材料类型	线径（毫米）	温度（°C）	保持时间（分钟）	冷却方式
碳钢弹簧钢丝	< 1	240 – 260	10 – 20	空气或水
碳钢弹簧钢丝	> 1 – 2	260 – 280	15 – 25
重型镀锌钢丝	> 2 – 3.5	280 – 300	20 – 30
音乐线	> 3.5 – 6	300 – 320	20 – 30
音乐线	> 6 – 8	320 – 340	25 – 35
油淬火回火弹簧钢丝	≤ 2	360 – 420	20 – 30	空气或水
油淬火回火弹簧钢丝	> 2	380 – 460	25 – 35	空气或水
奥氏体不锈钢丝	< 3	280 – 320	20 – 30	空气或水
奥氏体不锈钢丝	> 3	320 – 360	30 – 40	空气或水
硅铜线/磷青铜线	≤ 1	170 – 180	40	空气或水
	> 1 – 2.6	180 – 200	60
	> 2.6	180 – 220	60 – 90
铍铜线	≤1.8	240 – 300	60	空气或水
	> 1.8 – 2.6	240 – 310	60 – 90
	> 2.6	280 – 310	60 – 90

温度与初张力的关系

对于初始张力是关键参数的拉伸弹簧来说，应力释放温度直接影响残余张力。两者之间的关系遵循可预测的模式：

更低的温度和更短的时间 = 保留初始张力更大
温度更高，时间更长 = 降低初始张力

实际应用：

当成品弹簧需要较高的初始张力时，制造商可以将应力消除温度降低至180°C。然而，必须注意的是，螺旋拉伸弹簧的初始张力主要在卷绕过程中控制，应力消除退火仅起辅助调节作用。

螺旋弹簧和扭转弹簧的二次应力释放

对于需要进行二次应力消除处理的螺旋拉伸弹簧和螺旋扭转弹簧，二次处理的温度应约为 低20°C 比第一次治疗效果更好，保持时间也相应更短。

后处理温度要求

经过拉伸工艺或其他冷加工操作后，需要额外消除应力的弹簧应在以下温度下进行处理 20°C 以上 高于标准推荐值，以补偿额外的加工硬化。

对弹簧直径和总圈数的影响

去应力退火的一个不太明显但至关重要的影响是弹簧本身的尺寸变化。了解和预测这些变化对于保持严格的公差和实现稳定的产品质量至关重要。

直径减小现象

由碳钢丝、重型镀锌钢丝和琴钢丝制成的弹簧在应力消除退火过程中会发生可预测的尺寸变化： 外径减小，线圈总数增加.

出现这种现象的原因是：

热处理过程中释放内部应力
弹簧丝自然放松，形成低能量结构
弹簧稍微“收紧”，减小其直径

实际意义：

直径减小与以下因素成正比：

卷绕比/弹簧指数——比率越高，直径变化越大
卷绕比越大的弹簧，直径减小的幅度越大

尺寸变化的数学预测

为了保持生产控制并预测应力消除处理后的弹簧尺寸，制造商可以使用既定的经验公式：

直径减小计算：

ΔD₂ = K_我 · C · D₂ · T

在哪里：

ΔD₂ = 应力消除处理后直径减小
钾_我 = 与卷绕方法有关的变形系数
- 对于实心线圈：K_我 = 6 × 10^-6
- 对于无芯卷绕：K_我 = 4.4 × 10^-6
C = 弹簧指数（卷绕率）
D₂ = 处理前的外径
T = 应力消除退火温度（°C）

总线圈数量增加计算：

Δn = (1 + D₂/(D₂ + ΔD₂)) · n₁

在哪里：

Δn = 总线圈数量增加
n₁ = 原始线圈数
D₂ = 原始外径
ΔD₂ = 直径减少量（上面计算）

生产计划中的应用

这些公式使制造商能够：

预测最终尺寸 热处理前
调整卷取参数 补偿预期的直径减小
进行样品测试 在批量生产之前验证计算结果
保持严格的公差 通过考虑尺寸变化

重要提示： 通过样品测试验证计算结果后，制造商可以放心地进行大规模生产，因为他们知道尺寸变化将在预测范围内。

合金钢的特殊考虑

对于由铜合金和奥氏体不锈钢丝制成的弹簧，应力消除退火后的直径变化通常更为明显。制造商应：

在初始卷绕操作中保持足够的公差
批量生产前进行全面的样品测试
考虑使用固定装置来控制热处理过程中的最终尺寸

最佳实践和过程控制

要使应力消除退火获得一致、高质量的结果，仅仅掌握正确的温度和时间参数是不够的。制造商必须在整个热处理过程中实施全面的工艺控制和最佳实践。

辅助工具及夹具

何时使用 Fixture：

应力消除退火过程中需要进行尺寸调整的弹簧，应安装在合适的辅助工具和夹具上。这种方法可以提供：

热处理过程中的精确尺寸控制
修正微小卷绕偏差
批次间结果一致
能够实现更严格的公差

夹具设计考虑因素：

必须承受处理温度而不变形
应允许弹簧周围均匀的热循环
必须易于装卸，以提高生产效率
应针对所生产的特定弹簧几何形状进行设计

油淬火回火弹簧的特殊处理

采用油淬火回火弹簧钢丝制成的弹簧在经过硝酸盐浴炉处理后需要特别注意：

关键流程步骤：

立即水淬 从盐浴中取出后
彻底清洁 去除所有盐残留物
浸泡时间限制 – 切勿在盐浴中超过几分钟
防锈 – 如果不完全清除，盐残留物会加速腐蚀

为什么这很重要：

如果未能正确清洁和淬火这些弹簧，可能会导致：

表面腐蚀和点蚀
疲劳寿命缩短
弹簧性能受损
美学缺陷

温度控制策略

对于不同类型的弹簧：

温度控制所需的精度和方法因弹簧配置而异：

螺旋压缩弹簧：标准温度参数，对于关键应用可能增加 3-5°C
螺旋拉伸弹簧：仔细选择温度以保持所需的初始张力
扭力弹簧：与拉伸弹簧类似的方法，关注旋转应力分布

监控和记录：

实施全面的温度监控：

使用校准的热电偶，放置在整个炉子中
保留每批产品的详细温度记录
定期进行温度均匀性调查
精确记录保存时间

质量保证措施

治疗前检查：

热处理前验证弹簧尺寸
检查表面缺陷或损坏
确保弹簧清洁且无污染物

治疗后验证：

尺寸测量和规格比较
表面缺陷的目视检查
对每批样品弹簧进行机械测试
记录任何尺寸变化

工艺验证：

对于新的弹簧设计或材料变化：

采用各种温度/时间组合进行全面的样品测试
测量并记录尺寸变化
进行机械性能测试
验证实际服务条件下的性能
完成验证后才可进行量产

能源效率和成本优化

在保持质量标准的同时，制造商还应考虑：

批次大小优化 最大限度地提高熔炉利用率
热处理调度 尽量减少熔炉启动/关闭周期
预防性维护 确保炉子性能的一致性
能源监控 识别效率提升机会

慈溪市顶立弹簧有限公司：您值得信赖的弹簧制造合作伙伴

自成立以来在弹簧制造领域一直保持卓越表现

在 慈溪市顶立弹簧有限公司 我们将数十年的弹簧制造专业知识与尖端生产技术相结合，为全球各种工业应用提供精密设计的弹簧。

我们的核心竞争力

全面的 Spring 产品组合：

我们专业生产全系列弹簧产品：

模具弹簧
- JIS标准弹簧（日本工业标准）
- 美国标准弹簧（美国规格）
- 用于塑料注塑、冲压模具和精密工具的定制模具弹簧
扭力弹簧
- 适用于汽车、电子和机械应用的精密缠绕扭转弹簧
- 根据扭矩和角偏转要求定制设计
压缩弹簧
- 重负压缩弹簧用于工业设备
- 适用于敏感应用的精密压缩弹簧
- 定制弹簧刚度和负载规格
拉伸弹簧
- 标准和定制拉伸弹簧，具有精确的初始张力控制
- 各种钩环末端配置

我们的制造能力

先进的生产技术：

我们的最先进的制造工厂特点：

现代数控弹簧卷绕机 为了精确性和一致性
集成应力消除退火系统 采用连续热风循环炉
自动化质量控制系统 确保尺寸精度
热处理能力 在整个温度范围内（170°C – 460°C）
表面处理设施 包括镀锌、粉末喷涂和特殊表面处理

材料专业知识：

我们拥有全面的弹簧材料：

碳钢弹簧钢丝
油淬回火弹簧钢
不锈钢（奥氏体和马氏体等级）
琴钢丝（钢琴钢丝）
铍铜
磷青铜
硅铜
适用于高温应用的特殊合金

质量保证和认证

质量承诺：

质量不仅仅是慈溪顶立弹簧的目标——它融入到我们制造过程的每个阶段：

符合国际标准：所有产品均按照 ISO、JIS、DIN 和 ASTM 标准生产
严格的测试协议：全面的尺寸、机械和疲劳测试
材质认证：完整的材料可追溯性和认证文件
过程控制：整个生产过程中的统计过程控制（SPC）
质量文档：完整的检验报告和合规证书

行业认证：

我们的工厂拥有多项认证，证明我们对质量和持续改进的承诺：

ISO 9001质量管理体系
针对汽车和航空航天应用的行业特定认证
环境管理合规性

定制制造卓越

您的愿景，我们的专业知识：

我们深知，标准弹簧并非总能满足独特的应用需求。因此，我们提供全面的定制制造服务：

定制制造基于：

客户提供的样品
工程图纸和规格
应用要求及性能参数
材料和表面处理规格

我们的工程支持：

我们经验丰富的工程团队提供：

设计咨询及优化建议
材料选择指导
关键应用的有限元分析 (FEA)
原型开发和测试
生产可扩展性评估

完整的生产体系

集成制造工作流程：

从原材料到成品，我们对制造过程保持完全控制：

材料检验：材料化学和机械性能的验证
精密卷绕：数控弹簧成型，公差严格
应力消除退火：优化热处理以提高尺寸稳定性和性能
表面处理：根据需要进行保护和装饰处理
质量检验：全面的尺寸和功能测试
包装和交付：安全包装和可靠的物流

全球覆盖，本地服务

我们的总部位于中国慈溪，为全球多个行业的客户提供服务：

汽车和运输
工业机械设备
电子和电信
航空航天和国防
医疗设备和仪器
消费品

我们对客户满意度的承诺不仅仅局限于产品交付。我们提供：

响应式技术支持
灵活的订单数量（从原型到批量生产）
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为什么选择慈溪顶立弹簧？

技术专长：数十年弹簧制造和热处理优化经验
质量保证：每个生产阶段都进行严格的质量控制
定制能力：灵活制造，满足独特要求
有竞争力的价格：高效的生产系统在不牺牲质量的情况下创造价值
可靠的合作伙伴关系：建立在信任和绩效基础上的长期关系

结论：掌握应力消除退火工艺，实现卓越的弹簧性能

应力消除退火不仅仅是一个常规的制造步骤，它是一个关键的过程，将冷成型弹簧转变为精密设计的部件，能够在整个使用寿命期间提供一致、可靠的性能。

关键要点：

应力消除退火消除内部应力，防止尺寸不稳定，并增强包括拉伸强度和弹性极限在内的机械性能。
温度和时间参数必须精确匹配 根据弹簧材料类型和线材直径，典型温度范围为 170°C 至 460°C，保温时间为 10 至 90 分钟。
设备选择很重要：连续热风循环炉提供了温度控制、能源效率和生产集成的最佳组合，而硝酸盐浴和箱式炉则用于特定的应用。
尺寸变化可预测且可控：了解温度、弹簧指数和直径减小之间的数学关系使制造商能够保持严格的公差并获得一致的批次质量。
过程控制和最佳实践 将优质弹簧与劣质弹簧区分开来，包括正确使用固定装置、对油淬材料进行特殊处理以及全面的质量保证协议。

对于寻求优化弹簧生产的制造商来说，投资适当的应力消除退火设备、开发全面的工艺知识以及实施严格的质量控制，可以通过降低缺陷率、提高客户满意度和增强产品性能来获得可衡量的回报。

常见问题 (FAQ)

1. 对于在轻负载下运行的弹簧，我可以跳过应力消除退火吗？

虽然为了节省成本而取消去应力退火可能很诱人，但即使对于轻载弹簧，这种方法也存在很大的风险。冷成形产生的内部应力会在储存、安装或早期使用寿命期间引起弹簧尺寸变化，从而导致公差问题和潜在的装配问题。去应力退火的成本相对较低，可以有效防止现场故障和客户投诉。对于尺寸稳定性至关重要的弹簧（无论负载水平如何），去应力退火应被视为强制性要求，而非可有可无。

2、去应力退火温度对弹簧硬度和强度有何影响？

应力消除退火在弹簧材料的再结晶温度以下进行，这意味着它可以释放内部应力，而不会显著改变先前热处理或加工硬化过程中形成的基本金相组织。然而，这其中存在一个微妙的平衡点：在应力消除范围内，较高的温度可以提供更彻底的应力消除，但可能会导致轻微的软化，尤其是在油淬回火弹簧钢等材料中。因此，建议使用最低有效温度——它既能充分消除应力，又能最大限度地减少硬度或强度的降低。对于需要最大程度保持强度的应用，制造商应在不同温度参数下进行机械测试，以确定最佳平衡点。

3. 为什么经过不同温度处理的拉伸弹簧的初始拉力值会有所不同？

拉伸弹簧的初始张力是在卷绕过程中产生的，此时线圈被紧紧地卷绕在一起，从而在相邻线圈之间产生摩擦和残余应力。在应力消除退火过程中，这些残余应力会部分释放，从而降低初始张力。更高的温度和更长的保温时间可以使应力释放更完全，从而降低最终的初始张力值。图 3-17 中的技术数据说明了这种关系，显示了温度与残余初始张力之间的反比关系。对于需要特定初始张力值的应用，制造商必须调整卷绕参数以在热处理前产生更高的初始张力，或者仔细选择退火温度以保持所需的张力水平——通常在 180°C 至 200°C 范围内以实现最大保持力。

4. 使用不正确的去应力退火参数会有什么后果？

不正确的应力消除退火参数会导致各种质量问题，具体取决于偏差的性质。 温度或时间不足 导致应力释放不完全，这意味着弹簧在后续加工或使用过程中仍可能经历尺寸变化。这表现为尺寸超差、弹簧刚度变化或过早失效。 温度过高或时间过长 过高的温度可能会导致不良的冶金变化，包括晶粒长大、软化、表面氧化或脱碳（尤其是在碳钢材料中）。对于不锈钢弹簧，过高的温度可能会导致敏化并降低耐腐蚀性。关键在于遵循针对每种材料类型和线材直径的既定参数，并在投入量产前进行验证测试。

5. 应力消除退火可以纠正卷绕不当且尺寸不正确的弹簧吗？

去应力退火对卷绕过程中尺寸误差的修正能力有限。在热处理过程中，将弹簧安装在夹具上，可以进行微调（通常在公称尺寸的5-10%以内）。然而，去应力退火并不能取代正确的卷绕技术。卷绕后尺寸明显超出规格的弹簧，在热处理后通常仍不符合规格，因为热处理主要是为了释放内部应力，而不是强制产生较大的尺寸变化。最有效的方法是确保卷绕过程中尺寸正确，然后使用去应力退火来稳定这些尺寸，并在必要时进行微调。对于公差要求严格的弹簧，在进行批量生产之前，应进行全面的样品测试，以验证卷绕加热处理的流程是否始终能够产生可接受的尺寸。