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弹簧钢是专门用来制造各种弹簧和弹性元件或类似性能要求的结构零件的主要材料。
1.性能要求①高的弹性极限σe和屈强比σs/σb,以保证优良的弹性性能,即吸收大量的弹性能而不产生塑性变形;②高的疲劳极限,疲劳是弹簧的最主要破坏形式之一,疲劳性能除与钢的成分结构有关以外,还主要地受钢的冶金质量(如非金属夹杂物)和弹簧表面质量(如脱碳)的影响;③足够的塑性和韧性,以防止冲击断裂;④其它性能,如良好的热处理和塑性加工性能,特殊条件下工作的耐热性或耐蚀性要求等。
2.成分特点钢中碳与合金元素的含量及作用为:
(1)中、高碳一般地,碳素弹簧钢wc=0.6%~0.9%,合金弹簧钢wc=0.45%~0.70%,经淬火加中温回火后得到回火托氏体组织,能较好地保证弹簧的性能要求。
(2)合金元素普通用途的合金弹簧钢一般是低合金钢。主加元素为Si、Mn、Cr等,其主要作用是提高淬透性、固溶强化基体并提高回火稳定性;辅加元素为Mo、W、V等强碳
化物形成元素,主要作用有防止Si引起的脱碳缺陷、Mn引起的过热缺陷并提高回火稳定性及耐热性等。
弹簧钢牌号:
中国:65 70 65MN 70MN 55SI2MN 55SI2MNB 55SI2MNVB 60SI2MN 60SI2MNA 60SI2CRA 60SI2CRVA 55CRVA 60CRMNBA 55CRMNA 60CRMNA 60CRMNMOA 30W4CR2VA 70SI2CRA 55CRSIA
美国:1065 1070 1084 1566 1572 9255 9260 5155 5160 4151 6150 51B60H
日本:SWRH67B SWRH72B SWRH82B SUP6 SUP7 SUP9 SUP9A SUP11A SUP12 SUP13 SUP4 SUP5 SK1 SK2 SK3 SK4 SK5 SK6 SK7
德国:C55S C60S C67S C75S C85S C90S C100S C125S 80CRV2 75NI8 125CR2 102CR6
英国:080A67 080A72 080A83 250A53 250A58 526M60 735A50等
弹簧钢按其加工成型方式分为热成型和冷成型两类,由于加工方式的不同,在后续的热处理方式也不尽相同,具体如下:
1热成型弹簧的热处理
直径或板厚大于10-15mm的大型弹簧件,多用热轧盘条拉拔的钢丝或钢板制成。
加工及热处理为:先把弹簧钢丝加热到高于正常淬火温度50-80℃的条件下热卷成型,然后淬火+中温回火,获得弹性极限和疲劳强度极佳的回火索氏体。弹簧钢淬火加热应选用少氧或无氧化的设备如盐浴炉、保护气氛炉等,防止氧化脱碳。
弹簧钢热处理后还要进行喷丸处理,强化表面,产生残余压应力,提高疲劳强度。
热轧弹簧钢采用的工艺流程为:扁钢剪断——>加热压弯成形后余热淬火+中温回火+喷丸——>包装。
2冷成型弹簧的热处理
直径小于8mm的弹簧件,常用冷拔钢丝冷卷成形。冷拉钢丝制造工艺及后续热处理,主要是以下三类:
1)铅浴处理冷拉钢丝
先将钢丝连续拉拔三次,总变形量达到50%,接着加热到Ac3以上温度使其奥氏体化,随后在450-550℃的铅浴中等温处理,奥氏体转化为索氏体组织。屈服强度为1600Mpa,冷卷成形后,在200-300℃退火消除应力即可。
2)油淬火回火钢丝
钢丝拉拔到处理尺寸后,进行油淬火回火。这类钢丝的强度不如铅浴处理的钢丝,但性能均匀一致,成本较低。冷卷成形后,进行去应力处理。
3)退火状态钢丝
将钢丝拉拔到规定尺寸,再进行退火处理。软化后的钢丝冷卷成形后,需经过淬火+中温回火后才能获得所需的力学性能。
弹簧是机械行业和日常生活中最常用的零件。弹簧在弹性范围内使用，卸载后应回复到原来位置，希望塑性变形越小越好，因此钢丝应具有高的弹性极限，屈服强度和抗拉强度。屈强比越高，弹性极限就越接近抗拉强度，因而越能提高强度利用率，制成的弹簧弹力越强。
弹簧依靠弹性变形吸收冲击能量，所以弹簧钢丝不一定要有很高的塑性，但起码要有能承受弹簧成型的塑性，以及足够的能承受冲击能量的韧性。
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弹簧通常在交变应力作用下长期工作，因此要有很高的疲劳极限，以及良好的抗蠕变和抗松弛性能。
在特定环境中使用的弹簧，对钢丝还会有一些特殊要求，例如：在腐蚀介质中使用的弹簧，必须有良好的抗腐蚀性能。精密仪器中使用的弹簧，应具有长期稳定性和灵敏性，温度系数要低，品质因素要高，后效作用要小，弹性模量要恒定。在高温条件下工作的弹簧，要求在高温时仍能保持足够的弹性极限和良好的抗蠕变性能等。
此外，还应考虑弹簧钢丝的成形工艺和热处理工艺。冷拉弹簧钢丝和油淬火回火弹簧钢丝都以供货状态钢丝直接绕制弹簧，弹簧成形后经消除应力处理直接使用。冷拉弹簧钢丝的抗拉强度要略高于油淬火回火钢丝。大规格冷拉钢丝弹力太大，绕制弹簧很困难，所以冷拉弹簧钢丝使用规格一般小于8.0mm，油淬火回火钢丝使用规格一般小于13.0mm。实际上直径13.0mm弹簧多选用轻拉状态弹簧钢丝，冷拉绕制成形后再淬回火使用。直径15.0mm以上钢丝大多采用加热绕制工艺制簧。 |
公安备案号21010302000002
