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热处理是波形弹簧获得所需弹性的关键工序。对于冷绕或冷冲成形的波形弹簧，材料内部存在加工硬化，但未获得最终的使用性能，需要通过淬火和回火来调整组织。
淬火加热温度根据材料成分确定。弹簧钢通常加热至830-870℃，保温后快速冷却，获得马氏体组织。对于薄壁波形弹簧，淬火变形是需要关注的问题。为减小变形，可采用压淬工艺，将弹簧置于专用夹具中淬火，或采用等温淬火获得下贝氏体组织。
回火温度决定弹簧的硬度和韧性。波形弹簧通常要求较高的弹性极限，回火温度多在中温区间，约400-500℃。回火后硬度一般在HRC 45-50之间。回火需充分，防止残留内应力在使用过程中释放导致尺寸变化。
对于奥氏体不锈钢波形弹簧，通常不进行淬火，而是采用固溶处理软化，然后通过冷加工强化。固溶处理后弹簧变软，便于成形，成形后再通过低温时效消除应力，稳定尺寸。热处理后的弹簧需进行硬度抽检，确保性能一致性。
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