对氧化处理提高弹簧寿命的分析

摘要：本文通过对某型突击步枪拉壳钩簧进行氧化处理的试验研究，分析了拉壳钩簧氧化处理后能提高寿命的原因，并提供了试验方法与结果。

Abstract： The thesis mainly talks about the experiment research on the oxidation treatment of special machine's extractor spring. In the thesis the author analysis the reasons on why through the oxidation extractor spring can people improve the service life and author also provide the experimental methods and results which are available for reference.

关键词： 弹簧；氧化处理；寿命

Key words： spring；oxidation；service life

中图分类号：TJ23 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）04-0288-02

0 引言

拉壳钩簧是某型突击步枪中的弹簧，其功能是使拉壳钩到达弹壳拉钩槽位置时及时复位。该簧为三股钢绳簧，在压缩状态下工作，承受交变应力[1]。自从某型突击步枪生产以来，拉壳钩簧经常达不到10000次规定寿命的指标要求，实际寿命一般为7000～10000次之间，簧的断裂部位大多出现在一端的1～2圈处。为提高拉壳钩簧寿命，我们对拉壳钩簧的外径、长度等尺寸以及氧化处理方法进行了专题研究；我们研制的新拉壳钩簧经20000次的超寿命射击试验仍完好无损，簧力、长度符合产品图样要求。

本文仅对拉壳钩簧进行氧化处理后能提高寿命进行研讨，并提供了试验方法与结果，以供参考。

1 试验方法和结果

1.1 力学性能对比试验 采用同批缠簧钢丝材料，对钢丝进行了氧化与不氧化处理及用相同的热处理工艺处理后进行氧化与不氧化处理，其钢丝的力学性能对比试验结果见表1。从表1可以看出，经氧化处理的缠簧钢丝的综合力学性能比没有氧化处理的高。

1.2 模拟对比试验 用同一批钢丝按现行工艺加工出10个拉壳钩簧，从中随机抽取5个进行氧化处理，然后按下述方法进行模拟对比试验：

将拉壳钩簧与拉壳钩、闩体、拉壳钩销结合装夹在平铣机床的虎钳上，再将偏心轮装夹于2号平铣主轴上。主轴转数模拟突击步枪的理论速度（600次/min），偏心轮模拟机械动作拨动拉壳钩，使拉壳钩簧得到相应的模拟动作。试验中用10倍放大镜检查是否有裂纹和崩缺。模拟对比试验结果见表2。

由模拟对比试验结果看出，经过氧化处理的拉壳钩簧的平均寿命有明显提高。

另外，我们从检验合格的拉壳钩簧中随机抽取2个进行氧化处理，分别装入两个突击步枪中进行寿命试验。一个拉壳钩簧寿命为11480次，另一个为12500次，平均寿命11990次，比指标规定寿命提高了20%。

2 原因分析

2.1 拉壳钩簧氧化处理后能降低残余应力 钢丝经冷绕制成弹簧后，内部产生残余应力，簧内侧形成残余拉应力，其值与弹簧的旋绕比C（C=D2/d）大小有关；C值越小，残余拉应力越大。而拉壳钩簧C值较小，一般为5.8。由弹簧理论可知，其最大应力在簧圈内侧，因此簧圈内侧是危险点，若能减少残余拉应力，则有利于提高拉壳钩簧的寿命。拉壳钩簧经氧化处理后，氧化膜对弹簧钢丝表面有压应力作用，并能抵消部分残余拉应力，有利于提高弹簧承载能力。

2.2 氧化处理能改善拉壳钩簧的表面质量 拉壳钩簧在射击过程中承受反复冲击性的扭转、弯曲，由于簧丝较细，在钢丝冷拨或缠制弹簧过程中，可能产生细微的裂纹、划伤，材料有缺陷的地方经过应力的多次交替变化也会产生很细的裂纹，这些疵病成为裂纹的起源。裂纹的尖端有严重的应力集中，因而在交变应力下导致裂纹的扩展，在裂纹的扩展过程中，裂纹两边的材料或时而分离或时而压紧，就发生类似研磨的作用，经过长期作用，裂纹扩展而使有效截面逐渐减小，最终断裂，导致拉壳钩簧早期失效[2]。在氧化过程中的拉壳钩簧，钢丝表面经化学腐蚀作用，不仅使钢丝表面凹凸不平处变得平滑，而且使微观裂纹、划伤的尖角变得圆滑，这样有利于防止弹簧早期失效。

2.3 氧化处理能使拉壳钩簧具有一定的耐腐蚀性 在使用过程中，拉壳钩簧要经受有害气体的腐蚀并在腐蚀疲劳条件下工作，在钢丝表面造成局部腐蚀损伤形成应力集中，逐步使腐蚀疲劳裂纹扩大[3]。拉壳钩簧氧化处理后，能在钢丝表面形成致密的氧化膜，可防止火药气体的腐蚀作用。

2.4 氧化处理能减小拉壳钩簧在簧室内的磨擦作用

在射击过程中，拉壳钩簧在簧室内经受反复伸张、压缩，同时与簧室形成磨擦并产生磨擦热，这也是造成拉壳钩簧早期失效的原因之一。拉壳钩簧经氧化处理后，氧化膜的微小松孔能存油，可起作用；氧化膜的导热系数比拉壳钩簧钢丝低得多，具有较好的抗热保护作用，也有利于防止拉壳钩簧早期失效[4]。

3 结论

从上述可知，拉壳钩簧经氧化处理后，能有效地提高寿命，采取氧化处理措施后，在突击步枪上已进行了四十多次寿命试验，拉壳钩簧无一次断裂。实践证明，对拉壳钩簧采取氧化处理能提高其使用寿命。

参考文献：

[1]编写组.步兵自动武器及弹药设计手册[M].北京：国防工业出版社，1977.

[2]西安交通大学.材料力学[M].北京：人民教育出版社，1979.

[3]沈宁一.表面处理工艺手册[M].上海：上海科学技术出版社，2001.

[4]陈克忠.金属表面防腐蚀工艺[M].北京：化学工业出版社，2010.