彈簧鋼是專門用來(lái)制造各種彈簧和彈性元件或類似性能要求的結(jié)構(gòu)零件的主要材料。 1．性能要求①高的彈性極限σe和屈強(qiáng)比σs/σb，以保證優(yōu)良的彈性性能，即吸收大量的彈性能而不產(chǎn)生塑性變形;②高的疲勞極限，疲勞是彈簧的最主要破壞形式之一，疲勞性能除與鋼的成分結(jié)構(gòu)有關(guān)以外，還主要地受鋼的冶金質(zhì)量（如非金屬夾雜物）和彈簧表面質(zhì)量（如脫碳）的影響;③足夠的塑性和韌性，以防止沖擊斷裂;④其它性能，如良好的熱處理和塑性加工性能，特殊條件下工作的耐熱性或耐蝕性要求等。 2．成分特點(diǎn)鋼中碳與合金元素的含量及作用為： （1）中、高碳一般地，碳素彈簧鋼wc＝0.6％~0.9％，合金彈簧鋼wc＝0.45％~0.70％，經(jīng)淬火加中溫回火后得到回火托氏體組織，能較好地保證彈簧的性能要求。 （2）合金元素普通用途的合金彈簧鋼一般是低合金鋼。主加元素為Si、Mn、Cr等，其主要作用是提高淬透性、固溶強(qiáng)化基體并提高回火穩(wěn)定性;輔加元素為Mo、W、V等強(qiáng)碳 化物形成元素，主要作用有防止Si引起的脫碳缺陷、Mn引起的過(guò)熱缺陷并提高回火穩(wěn)定性及耐熱性等。 彈簧鋼牌號(hào)： 中國(guó)：65 70 65MN 70MN 55SI2MN 55SI2MNB 55SI2MNVB 60SI2MN 60SI2MNA 60SI2CRA 60SI2CRVA 55CRVA 60CRMNBA 55CRMNA 60CRMNA 60CRMNMOA 30W4CR2VA 70SI2CRA 55CRSIA 美國(guó)：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 德國(guó)：C55S C60S C67S C75S C85S C90S C100S C125S 80CRV2 75NI8 125CR2 102CR6 英國(guó)：080A67 080A72 080A83 250A53 250A58 526M60 735A50等 彈簧鋼 彈簧鋼的特點(diǎn)---彈簧主要在動(dòng)載荷下工作,即在沖擊、振動(dòng)的條件下,或在交變應(yīng)力作用下工作,利用彈性變形來(lái)吸收沖擊能量,起緩沖作用。 由于彈簧經(jīng)常承受振動(dòng)和長(zhǎng)期在享變應(yīng)力作用下工作,主要是疲勞破壞,故彈簧鋼必須具有高的彈性極限和高疲勞極限。此外,還應(yīng)有足夠的韌性和塑性,以防止在沖擊力作用下突然脆斷。 在工藝性方面,彈簧鋼應(yīng)具有較好的淬透性和低的過(guò)熱、脫碳敏感性。降低彈簧表面粗糙度能提高疲勞壽命。 為了獲得所需的性能,彈簧鋼必須具有較高的含碳量。碳素彈簧鋼的含碳量在0.6-0.9％之間,由于碳素彈簧鋼的淬透性差,故只用于制造截面尺寸不超過(guò)10-15mm的彈簧。對(duì)于截面尺寸較大的彈簧,必須采用合金彈簧鋼。合金彈簧鋼碳含量在0.45-0.75％之間,加入的合金元素有Mn ,Si ,W ,V ,Mo等。它們的主要作用是提高淬透性和回火穩(wěn)定性,強(qiáng)化鐵素體和細(xì)化晶粒,有效地改善彈簧鋼的力學(xué)性能,其中Cr ,W ,Mo還能提高鋼的高溫強(qiáng)度。 在熱狀態(tài)下成型的彈簧(直徑或厚度一般在10mm以上) 在冷狀態(tài)下成型的彈簧(直徑或厚度一般在10mm以下) 熱成型彈簧的熱處理工藝--用這種方法成型彈簧多數(shù)是將熱成型和熱處理結(jié)合在一起進(jìn)行的,而螺旋彈簧則大多數(shù)是在熱成型后再進(jìn)行熱處理。這種彈簧鋼的熱處理方式是淬火+中溫回火,熱處理后組織為回火托氏體。這種組織的彈性極限和屈服極限高,并有一定的韌性。 冷成型彈簧的熱處理工藝--對(duì)于用冷軋鋼板、鋼帶或冷拉鋼絲制成的彈簧,由于冷塑性變形使材料強(qiáng)化,己達(dá)到彈簧所要求的性能。故彈簧成型后只需在250C左右范圍內(nèi),保溫30min左右的去應(yīng)力處理,以消除冷成型彈簧所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力,并使彈簧定型即可。 耐熱彈簧鋼的熱處理--內(nèi)燃機(jī)的氣閥彈簧是在較高溫度下工作,有的還存在腐蝕性氣氛,因此必須選用特殊的彈簧鋼和合適的熱處理規(guī)范。 彈簧淬火時(shí)常見(jiàn)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)淬火后硬度不足,非馬氏體數(shù)量較多,心部出現(xiàn)鐵素體(產(chǎn)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(jìn)入冷卻劑的溫度應(yīng)控制在Ar3以上。4、適當(dāng)提高淬火加熱溫度。 (3)過(guò)熱(脆性增加)--1、嚴(yán)格控制成型及淬火加熱溫度。2、加強(qiáng)淬火時(shí)的金相檢驗(yàn)。 (4)開(kāi)裂(脆性增加,嚴(yán)重降低使用壽命)--1、控制淬火加熱溫度。2、淬火時(shí)冷到250-300C時(shí),取出空冷。3、及時(shí)回火 提高彈簧質(zhì)量的措施 (1)形變熱處理--將鋼的變形強(qiáng)化與熱處理強(qiáng)化兩者結(jié)合起來(lái),以進(jìn)一步提高鋼的強(qiáng)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(tài)下產(chǎn)生形變后立即淬火,也可與鍛造或熱軋結(jié)合起來(lái),即熱成型后立即淬火。形變熱處理己應(yīng)用于汽車板簧生產(chǎn)中。 (2)彈簧的等溫淬火--對(duì)于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(qiáng)韌性,在等溫淬火后最好再進(jìn)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(zhǎng)時(shí)間在外力作用下工作,由于應(yīng)力松弛的結(jié)果會(huì)產(chǎn)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(yīng)力松弛現(xiàn)象更為嚴(yán)重,使彈簧的精度降低,這對(duì)于一般精密彈簧是不允許的。因此,這類彈簧在淬火,回火后應(yīng)進(jìn)行松弛處理--對(duì)彈簧預(yù)先加載荷,使其變形量超過(guò)彈簧工作時(shí)可能產(chǎn)生的變形量。然后在高于工作溫度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(jié)合的工藝,能顯著提高彈簧的疲勞壽命及耐蝕性,此工藝多用于卷簧。 (5)噴丸處理--劃痕、折疊、氧化脫碳等表面缺陷往往會(huì)成為彈簧工作時(shí)應(yīng)力集中的地方和疲勞斷裂源。若用細(xì)小的鋼丸高速噴打彈簧表面,不僅改善彈簧表面質(zhì)量,提高表面強(qiáng)度,并使表面處于壓應(yīng)力狀態(tài),從而提高彈簧疲勞強(qiáng)度和使用壽命。 操作注意事項(xiàng) (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(yán)重地降低彈簧的疲勞極限。 (2)淬火加熱應(yīng)特別注意防止過(guò)熱和脫碳,做好鹽浴脫氧,控制爐氣氣氛,嚴(yán)格控制加熱溫度與時(shí)間。 (3)為減少變形,彈簧在加熱時(shí)的裝爐方式,夾具形式和冷卻時(shí)淬入冷卻方法。 (4)淬火后要盡快回火,加熱要盡量均勺?；鼗鸷罂炖淠芊乐够鼗鸫嘈院驮斐杀砻鎵簯?yīng)力,提高疲勞強(qiáng)度。 質(zhì)量檢查 熱處理前 (1)鋼材的軋制表面往往就是制成彈簧后的表面,故不應(yīng)有裂紋、折疊、斑疤、發(fā)紋、氣泡、夾層和壓入的氧化皮等。 (2)表面脫碳會(huì)顯著降什彈簧的疲勞強(qiáng)度,應(yīng)按規(guī)定檢驗(yàn)脫碳層的深度。 熱處理后 (1)肉眼或低倍放大鏡觀察彈簧表的不應(yīng)有裂紋、腐蝕麻點(diǎn)和嚴(yán)重的淬火變形。 (2)硬度及其均勻性符合規(guī)定。大量生產(chǎn)時(shí),允許用銼刀抽檢硬度,但必須注意銼痕位置應(yīng)不影響彈簧的最后精度。 (3)金相組織應(yīng)是托氏體或托氏體和索氏體的混合組織。 (4)板簧裝配后,通常還要進(jìn)行工作載荷下的永久變形以及靜載撓度試驗(yàn)。