彈簧鋼簡介：
用以製造彈簧或類似彈簧性能零件的鋼類。具有高的彈性極限﹑疲勞極限(尤其是缺口疲勞極限)以及一定的衝擊韌性和塑性﹐主要在衝擊﹑震動等動載荷或長期週期性交變應力的條件下使用。所以在各種狀態下工作的彈簧都要有良好的表面質量和較高的抗疲勞性能。在工藝性能上﹐需經淬火﹑回火的彈簧鋼﹐應具有一定的淬透性﹐不易脫碳﹐過熱敏感性低和塑性較高﹐在熱狀態下易於成形。製造小尺寸彈簧用的鋼絲要有均勻的硬度和一定的塑性。
類別彈簧鋼按生產方法﹐可分為熱軋彈簧鋼和冷拉(軋)彈簧鋼。熱軋彈簧鋼包括製造螺旋彈簧﹑扭力桿用的圓鋼或梯形鋼和製造板簧的扁鋼﹔冷拉(軋)彈簧鋼包括製造小規格螺旋彈簧的冷拉鋼絲和製造發條以及各種彈簧片的冷軋鋼帶。合金彈簧鋼中通常含錳﹑矽﹑鉻﹑鉬﹑鎢﹑釩和微量的硼﹐這些合金元素都可提高鋼的淬透性﹐錳和矽固溶入鐵素體中﹐可提高屈服強度。鉻﹑鎢﹑釩可以提高鋼的彈性極限﹑屈強比和耐熱性。按所含合金元素﹐常用的彈簧鋼可分為以下幾種﹕
碳素彈簧鋼價格低廉﹐用途廣泛。如表面狀態和熱處理組織相同﹐疲勞極限並不低於合金彈簧鋼。缺點是淬透性和屈服強度較低﹔截面較大的彈簧﹐油淬時不能淬透﹐水淬時容易開裂。如增加含碳量﹐雖能提高強度和彈性極限﹐卻會降低衝擊韌性和塑性﹐尤其是降低低溫韌性。中國的碳素彈簧鋼有65﹑70﹑75﹑85四個鋼號。
單純含錳彈簧鋼如65Mn﹐錳含量為0.90～1.20％。增加錳含量可提高鋼的淬透性和強度﹐減小脫碳傾向﹔缺點是有過熱敏感性和回火脆性﹐且易產生淬火裂紋﹐所以隻適於製造各種小尺寸扁彈簧﹑圓彈簧。
矽錳彈簧鋼是主要的熱軋合金彈簧鋼種﹐中國有55Si2Mn﹑60Si2Mn﹑60Si2MnA﹑70Si3MnA四個鋼號。矽含量為1.50～2.80％﹐錳含量為0.60～0.90％。鋼中加矽可顯著提高彈性極限和屈強比﹐提高回火穩定性﹔但易形成矽酸鹽等夾雜物﹐增加脫碳敏感性。鋼中碳和矽的含量均較高時﹐碳易於石墨化。這類鋼廣泛用於製作汽車﹑拖拉機﹑機車上的減震板簧和螺旋彈簧﹐以及要求承受較高應力的彈簧。
含鉻彈簧鋼在國際上很通用﹐中國有50CrMn和50CrVA兩個鋼號。50CrMn由於含有1％左右的鉻和錳﹐有較高的淬透性﹐脫碳傾向小﹔缺點是鉻和錳均加重回火脆性的傾向﹐回火後需快冷﹐多用以製造截面較大的和較重要的板簧和螺旋彈簧。50CrVA鋼具有良好的淬透性﹔加釩能細化組織﹐不易過熱﹐並可提高鋼的強度﹑韌性﹐降低缺口敏感性。這種鋼脫碳傾向小﹐低溫衝擊韌性好﹐在較高溫度下工作時﹐性能也較穩定﹐主要用於製造氣門彈簧﹑安全閥彈簧和在較高溫度下工作的彈簧。在50CrVA鋼的基礎上適當增加其他合金元素﹐能取得比上述兩種彈簧鋼更好的力學性能和淬透性。
矽含量為1.40～1.80％﹑鉻含量為0.90～1.20％﹑釩含量為0.10～0.20％的60Si2CrVA鋼﹐具有高的淬透性和低的過熱敏感性﹐在塑性指標相近時抗拉強度和屈服強度高於矽錳彈簧鋼﹐主要用於製作承受高應力的彈簧。
含鎢彈簧鋼65Si2MnWA鋼的鎢含量為0.80～1.20%﹐與60Si2CrVA鋼一樣﹐可用於製作承受高載荷的和耐熱(≦350)﹑耐衝擊的彈簧。合金含量較高的30W4Cr2VA鋼是一種高強度耐熱彈簧鋼﹐有高的淬透性﹐主要用於製造低於500條件下使用的控制閥簧。上述幾種鋼的生產工藝較復雜﹐價格較高。
在高溫條件下工作的彈簧﹐可選用耐熱鋼和耐熱合金﹔在腐蝕介質工作的彈簧﹐應按介質的性質(氧化性﹐還原性)選用相應牌號的不銹鋼。
彈簧淬火時常見的缺陷及防止措施：
(1)脫碳(降低使用壽命)--1、采用鹽浴爐或拄制氣氛加熱爐加熱。2、采用快速加熱工藝。
(2)淬火後硬度不足,非馬氏體數量較多,心部出現鐵素體(產生和殘存變形,降低使用壽命)--1、選用淬透性較好的材料。2、改善淬火冷卻劑的冷卻能力。3、彈簧進入冷卻劑的溫度應控制在Ar3以上。4、適當提高淬火加熱溫度。
(3)過熱(脆性增加)--1、嚴格控制成型及淬火加熱溫度。2、加強淬火時的金相檢驗。
(4)開裂(脆性增加,嚴重降低使用壽命)--1、控制淬火加熱溫度。2、淬火時冷到250-300C時,取出空冷。3、及時回火。
提高彈簧質量的措施：
(1)形變熱處理--將鋼的變形強化與熱處理強化兩者結合起來,以進一步提高鋼的強度和韌性。形變熱處理有高、中、低溫之分。高溫形變熱處理是在奧氏體狀態下產生形變後立即淬火,也可與鍛造或熱軋結合起來,即熱成型後立即淬火。形變熱處理己應用於汽車板簧生產中。
(2)彈簧的等溫淬火--對於直徑較小或透透性足夠的彈簧可采用等溫淬火,它不僅能減少變形,而且還能提高強韌性,在等溫淬火後最好再進行一次回火,可提高彈性極限,回火溫度與等溫淬火溫度相同。
(3)彈簧的松弛處理--彈簧長時間在外力作用下工作,由於應力松弛的結果會產生微量的永久(塑性)變形,特別是高溫工作的彈簧,在高溫下應力松弛現象更為嚴重,使彈簧的精度降低,這對於一般精密彈簧是不允許的。因此,這類彈簧在淬火,回火後應進行松弛處理--對彈簧預先加載荷,使其變形量超過彈簧工作時可能產生的變形量。然後在高於工作溫度20C的條件下加熱,保溫8-24h。
(4)低溫碳氮共滲--采用回火與低溫碳氮共滲(軟氮化)相結合的工藝,能顯著提高彈簧的疲勞壽命及耐蝕性,此工藝多用於卷簧。
(5)噴丸處理--劃痕、折疊、氧化脫碳等表面缺陷往往會成為彈簧工作時應力集中的地方和疲勞斷裂源。若用細小的鋼丸高速噴打彈簧表面,不僅改善彈簧表面質量,提高表面強度,並使表面處於壓應力狀態,從而提高彈簧疲勞強度和使用壽命。
操作註意事項：
(1)熱處理前檢查表面是否有脫碳、裂紋等缺陷。這些表面缺陷將嚴重地降低彈簧的疲勞極限。
(2)淬火加熱應特別註意防止過熱和脫碳,做好鹽浴脫氧,控制爐氣氣氛,嚴格控制加熱溫度與時間。
(3)為減少變形,彈簧在加熱時的裝爐方式,夾具形式和冷卻時淬入冷卻方法。
(4)淬火後要盡快回火,加熱要盡量均勺。回火後快冷能防止回火脆性和造成表面壓應力,提高疲勞強度。
質量檢查
熱處理前：
(1)鋼材的軋制表面往往就是制成彈簧後的表面,故不應有裂紋、折疊、斑疤、發紋、氣泡、夾層和壓入的氧化皮等。
(2)表面脫碳會顯著降什彈簧的疲勞強度,應按規定檢驗脫碳層的深度。
熱處理後：
(1)肉眼或低倍放大鏡觀察彈簧表的不應有裂紋、腐蝕麻點和嚴重的淬火變形。
(2)硬度及其均勻性符合規定。大量生產時,允許用銼刀抽檢硬度,但必須註意銼痕位置應不影響彈簧的最後精度。
(3)金相組織應是托氏體或托氏體和索氏體的混合組織。
(4)板簧裝配後,通常還要進行工作載荷下的永久變形以及靜載撓度試驗。
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