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彈簧鋼介紹：
彈簧鋼主要是有好的彈性，又由于它是在動(dòng)載荷環(huán)境條件下工作的，所以對(duì)制造彈簧的材質(zhì)*主要的應(yīng)有高的屈服強(qiáng)度；在承受重載荷時(shí)不引起塑性變形；應(yīng)有高的疲勞強(qiáng)度，在載荷反復(fù)作用下具有長(zhǎng)的使用壽命；并有足夠的韌性和塑性，以防在沖擊力作用下突然脆斷。
彈簧在沖擊、振動(dòng)或長(zhǎng)期交應(yīng)力下使用，所以要求彈簧鋼有高的抗拉強(qiáng)度、彈性極限、高的疲勞強(qiáng)度。在工藝上要求彈簧鋼有一定的淬透性、不易脫碳、表面質(zhì)量好等 碳素彈簧鋼即含碳量WC在0.6%-0.9%范圍內(nèi)的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。合金彈簧鋼主要是硅錳系鋼種，它們的含碳量稍低，主要靠增加硅含量Wsi提高性能；另外還有硌、鎢、釩的合金彈簧鋼。近年來(lái)，結(jié)合我國(guó)資源，并根據(jù)汽車、拖拉機(jī)設(shè)計(jì)新技術(shù)的要求，研制出在硅錳鋼基礎(chǔ)上加入硼、鈮、鉬等元素的新鋼種，延長(zhǎng)了彈簧的使用壽命，提高了彈簧質(zhì)量
性能要求
彈簧在沖擊、振動(dòng)或長(zhǎng)期交應(yīng)力下使用，所以要求彈簧鋼有高的抗拉強(qiáng)度、彈性極限、高的疲勞強(qiáng)度。在工藝上要求彈簧鋼有一定的淬透性、不易脫碳、表面質(zhì)量好等 碳素彈簧鋼即含碳量WC在0.6%-0.9%范圍內(nèi)的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。合金彈簧鋼主要是硅錳系鋼種，它們的含碳量稍低，主要靠增加硅含量Wsi提高性能；另外還有硌、鎢、釩的合金彈簧鋼。近年來(lái)，結(jié)合我國(guó)資源，并根據(jù)汽車、拖拉機(jī)設(shè)計(jì)新技術(shù)的要求，研制出在硅錳鋼基礎(chǔ)上加入硼、鈮、鉬等元素的新鋼種，延長(zhǎng)了彈簧的使用壽命，提高了彈簧質(zhì)量。
生產(chǎn)工藝
一般彈簧鋼可用電爐、平爐或氧氣轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)；質(zhì)量較好或具有特殊性能的優(yōu)質(zhì)彈簧鋼，用電渣爐或真空爐煉制。彈簧鋼中碳、錳、硅等主要元素的規(guī)定含量范圍較窄，冶煉時(shí)必須嚴(yán)格控制化學(xué)成分。硅含量較高時(shí)容易形成氣泡等缺陷，鋼錠鍛軋后冷卻不當(dāng)時(shí)易產(chǎn)生白點(diǎn)。因此，冶煉用的原材料必須干燥，盡量除去氣體及夾雜物，而且要避免鋼水過(guò)熱。
彈簧鋼在軋制加工中須特別注意脫碳和表面質(zhì)量。鋼材表面嚴(yán)重脫碳時(shí)，會(huì)顯著降低鋼的疲勞極限。對(duì)于高硅彈簧鋼如70Si3MnA，應(yīng)注意避免石墨化。因此，在熱加工時(shí)停軋溫度不應(yīng)過(guò)低(≥850℃),避免在石墨化較易形成的溫度范圍(650～800℃)內(nèi)停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。
彈簧制成后經(jīng)噴丸處理能使彈簧表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，以抵銷表層上的部分工作應(yīng)力，抑制表層裂縫的形成，這可顯著提高彈簧的疲勞極限。
熱處理規(guī)范
鋼號(hào) 淬火溫度 淬火介質(zhì)硬度要求 回火溫度 冷卻介質(zhì) 硬度要求 應(yīng)用范圍
65 780-830 水或油 400-600 線徑小于12-15mm的螺旋彈簧、彈簧墊圈
65Mn 810-830 油或水 >60 370-400 水 42-50 5-10mm的板簧片及7-10mm的卷簧
50CrV 850-870 油 >58 400-55 水 45-50 截面較大和較重要的板簧片及螺旋彈簧
50CrV 850-870 油 >58 370-420 45-52 300C以下工作的高溫彈簧
60Si2MnA 860-880 油 >60 500-520 水 HB363-444 厚度8-12mm的板簧片
研究進(jìn)展
傳統(tǒng)彈簧鋼的強(qiáng)度水平難以滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的要求，眾所周知，彈簧鋼力學(xué)性能在材料質(zhì)量保證的前提下取決于熱處理工藝，而熱處理工藝也應(yīng)根據(jù)所用材料來(lái)決定，彈簧鋼高強(qiáng)度化的一個(gè)重要途徑是充分發(fā)揮合金元素的作用，達(dá)到*佳合金化效果。
1. 熱處理
彈簧鋼要求較高的強(qiáng)度和疲勞極限，一般在淬火+中溫回火的狀態(tài)下使用，以獲得較高的彈性極限。熱處理工藝技術(shù)對(duì)彈簧內(nèi)在質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響。因此，如何進(jìn)一步提高彈簧疲勞壽命，需進(jìn)一步研究，尤其是化學(xué)表面改性熱處理、噴丸強(qiáng)化等都對(duì)彈簧疲勞壽命產(chǎn)生重要影響。為進(jìn)一步強(qiáng)化氣門彈簧的表面強(qiáng)度、增加壓應(yīng)力、提高疲勞壽命，氣門彈簧成形后，要進(jìn)一步經(jīng)過(guò)滲氮、低溫液體碳氮共滲或硫氮共滲處理，然后經(jīng)噴丸強(qiáng)化。例如，日本將f4mm的si－cr油淬鋼絲經(jīng)450℃×4.5h低溫體碳氮共滲與經(jīng)400℃×15min中溫回火進(jìn)行對(duì)比，其疲勞極限可提高240mpa。氮的滲入，不僅消除了脫碳的不良影響，而且還提高了殘余壓應(yīng)力，同時(shí)經(jīng)滲氮和低溫液體碳氮共滲的氣門彈簧高溫強(qiáng)度提高，150℃時(shí)的變形量為0.2%(規(guī)定值為0.5%)，250℃的變形量為0.56%，提高了氣門彈簧的熱穩(wěn)定性和抗松弛穩(wěn)定性，但滲氮和液體碳氮共滲時(shí)間應(yīng)嚴(yán)格控制，否則會(huì)形成網(wǎng)狀硫化物和網(wǎng)狀氮化物，反而會(huì)降低其疲勞強(qiáng)度。
氣門彈簧提高強(qiáng)度的方法還可以選擇噴丸，經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐表面氣門彈簧噴丸可用兩種丸粒，一種直徑為0.8mm，其顯微硬度為720hv0.2，另一種直徑0.25mm，其顯微硬度為800hv0.2，三次噴丸可達(dá)到較好的強(qiáng)化效果，又可使表面質(zhì)量得到改善。
2. 合金化
碳是鋼中的主要強(qiáng)化元素，對(duì)彈簧鋼的影響往往超過(guò)其他合金元素。根據(jù)使用要求，彈簧鋼材料應(yīng)是中高碳的合金鋼。當(dāng)今世界各國(guó)普遍采用的彈簧鋼，含碳量絕大部分在0.45%～0.65%。
為了克服彈簧鋼強(qiáng)度提高后韌性和塑性降低的難題，也有降低碳含量的趨勢(shì)。我國(guó)對(duì)低碳馬氏體彈簧鋼進(jìn)行了深入的研究，如28mnsib、35mnsib等，其碳含量在0.30%左右。實(shí)踐表明，這些彈簧鋼可以在低溫回火的板條狀馬氏體組織下使用，有足夠強(qiáng)度和優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，尤其是塑性、韌性極好。日本研究開(kāi)發(fā)的幾種高強(qiáng)度彈簧鋼，如uhs1900、vhs2000、nd120s、nd250s等，碳含量均在0.40%左右。
合金元素在彈簧鋼中的主要作用是提高力學(xué)性能、改善工藝性能及賦予某些特殊性能(如耐高溫、耐蝕)等。
很多彈簧鋼以硅為主要合金元素，它是對(duì)彈減抗力影響*大的合金元素，這主要是由于硅具有強(qiáng)烈的固溶強(qiáng)化作用；同時(shí)，硅能抑制滲碳體在回火過(guò)程中的晶核形成和長(zhǎng)大，改變回火時(shí)析出碳化物的數(shù)量、尺寸和形態(tài)，提高鋼的回火穩(wěn)定性。目前，國(guó)內(nèi)鋼材牌號(hào)中wsi為1.8%～2.2%，是現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中含硅*高的彈簧鋼。但硅含量如果過(guò)高，將促進(jìn)鋼在軋制和熱處理過(guò)程中的脫碳和石墨化傾向，并且使冶煉困難和易形成夾雜物，因此，過(guò)高硅含量彈簧鋼的使用仍需慎重。
由于鉻能夠顯著提高鋼的淬透性，阻止si－cr鋼球化退火時(shí)的石墨化傾向，減少脫碳層，因此是彈簧鋼中的常用合金元素，以鉻為主要強(qiáng)化元素的彈簧鋼50crv使用較廣泛。
錳是提高淬透性*有效的合金元素，它溶入鐵素體中有固溶性化作用。研究表明，wmn必須大于0.5%，以使淬火時(shí)彈簧鋼心部完全較變?yōu)轳R氏體當(dāng)wmn超過(guò)1.5%時(shí)，韌性明顯下降，這在選擇彈簧鋼時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮的。
鉬可以提高鋼的淬透性，防止回火脆性，改善疲勞性能，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中加鉬的彈簧鋼不多，加入量一般在0.4%以下。
釩是強(qiáng)碳化物形成元素，固態(tài)下所析出的細(xì)小彌散的mc型碳化物具有很強(qiáng)的沉淀強(qiáng)化效果。在35crmnb鋼中加入0.11%v，可顯著提高鋼的淬透性，還發(fā)現(xiàn)釩能有效降低35simnb鋼的脫碳敏感性，認(rèn)為這與釩降低鋼中有效固溶碳、防止晶粒長(zhǎng)大和阻止晶界擴(kuò)散并提高抗氧化性有關(guān)。 |
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