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彈簧鋼是專門用來制造各種彈簧和彈性元件或類似性能要求的結構零件的主要材料。 1.性能要求①高的彈性極限σe和屈強比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構有關以外,還主要地受鋼的冶金質量(如非金屬夾雜物)和彈簧表面質量(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、固溶強化基體并提高回火穩(wěn)定性;輔加元素為mo、w、v等強碳化物形成元素,主要作用有防止si引起的脫碳缺陷、mn引起的過熱缺陷并提高回火穩(wěn)定性及耐熱性等。
3.常用彈簧鋼表12-10為我國常用彈簧鋼的牌號、性能特點和主要用途,其成分、熱處理工藝和力學性能可參照有關國家標準(如gb1222-1984)。表12-10常用主要彈簧鋼的牌號性能特點與用途種類鋼號性能特點產要用途碳素彈簧鋼普通mn量65硬度、強度、屈強比高,但淬透性差,耐熱性不好,承受動載和疲勞載荷的能力低價格低廉,多應用于工作溫度不高的小型彈簧<12mm或不重要的較大彈簧7085較高mn量65mn淬透性、綜合力學性能優(yōu)于碳鋼,但對過熱比較敏感價格較低,用量很大,制造各種小截面<15mm的扁簧、發(fā)條、減震器與離合器簧片,剎車軸等合金彈簧鋼si-mn系55si2mn強度高、彈性好,抗回火穩(wěn)定性佳;但易脫碳和石墨化。含b鋼淬透性明顯提高主要的彈簧鋼類,用途很廣,可制造各種中等截面<25mm的重要彈簧,如汽車、拖拉機板簧、螺旋彈簧等60si2mn55si2mnb55simnvbcr系50crva淬透性優(yōu)良、回火穩(wěn)定性高、脫碳與石墨化傾向低;綜合力學性能佳,有一定的耐蝕性,含v、mo、w等元素的彈簧具有一定的耐高溫性;由于均為高級優(yōu)質鋼,故疲勞性能進一步改善用于制造載荷大的重型大型尺寸(50~60mm)的重要彈簧,如發(fā)動機閥門彈簧、常規(guī)武器取彈鉤彈簧、破碎機彈簧;耐熱彈簧,如鍋爐安全閥彈簧、噴油嘴彈簧、氣缸脹圈等60crmna60crmnba60crmnmoa60si2cra60si2crva1)碳素彈簧鋼(即非合金彈簧鋼)其價格便宜但淬透性較差,適合于截面尺寸較小的非重要彈簧,其中以65、65mn最常用。2)合金彈簧鋼根據主加合金元素種類不同可分為兩大類:si-mn系彈簧鋼和cr系彈簧鋼。前者淬透性較碳鋼高,價格不很昂貴,故應用最廣,主要用于截面尺寸不大于25mm的各類彈簧,60si2mn是其典型代表;后者的淬透性較好,綜合力學性能高,彈簧表面不易脫碳,但價格相對較高,一般用于截面尺寸較大的重要彈簧,50crva是其典型代表。
4.熱處理特點彈簧鋼的熱處理取決于彈簧的加工成形方法,一般可分為熱成形彈簧和冷成形彈簧兩大類:1)熱成形彈簧對截面尺寸>10mm各種大型和形狀復雜的彈簧均采用熱成形(如熱軋、熱卷),如汽車、拖拉機、火車的板簧和螺旋彈簧。其簡明加工路線為:扁鋼或圓鋼下料→加熱壓彎或卷繞→淬火中溫回火→表面噴丸處理,使用狀態(tài)組織為回火托氏體。噴丸可強化表面并提高彈簧表面質量,顯著改善疲勞性能。2)冷成形彈簧截面尺寸<10mm的各種小型彈簧可采用冷成形(如冷卷、冷軋),如儀表中的螺旋彈簧、發(fā)條及彈簧片等。這類彈簧在成形前先進行冷拉(冷軋)、淬火中溫回火或鉛浴等溫淬火后冷拉(軋)強化;然后再進行冷成形加工,此過程中將進一步強化金屬,但也產生了較大的內應力和脆性,故在其后應進行低溫去應力退火(一般200~400℃)。