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彈簧通常在交變應(yīng)力作用下長期工作，因此要有很高的疲勞極限，以及良好的抗蠕變和抗松弛性能。
在特定環(huán)境中使用的彈簧，對鋼絲還會(huì)有一些特殊要求，例如：在腐蝕介質(zhì)中使用的彈簧，必須有良好的抗腐蝕性能。精密儀器中使用的彈簧，應(yīng)具有長期穩(wěn)定性和靈敏性，溫度系數(shù)要低，品質(zhì)因素要高，后效作用要小，彈性模量要恒定。在高溫條件下工作的彈簧，要求在高溫時(shí)仍能保持足夠的彈性極限和良好的抗蠕變性能等。
此外，還應(yīng)考慮彈簧鋼絲的成形工藝和熱處理工藝。冷拉彈簧鋼絲和油淬火回火彈簧鋼絲都以供貨狀態(tài)鋼絲直接繞制彈簧，彈簧成形后經(jīng)消除應(yīng)力處理直接使用。冷拉彈簧鋼絲的抗拉強(qiáng)度要略高于油淬火回火鋼絲。大規(guī)格冷拉鋼絲彈力太大，繞制彈簧很困難，所以冷拉彈簧鋼絲使用規(guī)格一般小于8.0mm，油淬火回火鋼絲使用規(guī)格一般小于13.0mm。實(shí)際上直徑13.0mm彈簧多選用輕拉狀態(tài)彈簧鋼絲，冷拉繞制成形后再淬回火使用。直徑15.0mm以上鋼絲大多采用加熱繞制工藝制簧。
彈簧根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)可分為靜態(tài)簧和動(dòng)態(tài)簧。靜態(tài)彈簧指服役期振動(dòng)次數(shù)有限的彈簧，如安全閥彈簧，彈簧墊，秤盤彈簧，定載荷彈簧，機(jī)械彈簧，手表游絲等。動(dòng)態(tài)彈簧指服役期振動(dòng)次數(shù)達(dá)1×106次以上的彈簧，如發(fā)動(dòng)機(jī)閥門彈簧，車輛懸掛簧，防震彈簧，聯(lián)軸器彈簧，電梯緩沖彈簧等。靜態(tài)彈簧選材時(shí)主要考慮抗拉強(qiáng)度和穩(wěn)定性，動(dòng)態(tài)彈簧選材時(shí)主要考慮疲勞，松弛及共振性能。
彈簧根據(jù)負(fù)荷狀況可分為輕載荷、一般載荷和重載荷三種狀態(tài)。輕載荷指承受靜態(tài)應(yīng)力，應(yīng)力較低，變形量較小的彈簧，如安全裝置用彈簧，吸收振動(dòng)用彈簧等。設(shè)計(jì)使用壽命103～104次。
一般載荷指設(shè)計(jì)壽命105～106次，在振動(dòng)頻率300次/min條件下使用的普通彈簧。在許用應(yīng)力范圍內(nèi)，壽命保證1×106次，載荷應(yīng)力越低，壽命越長。
重載荷指長時(shí)間工作、振動(dòng)頻繁的彈簧。如閥門彈簧，空氣錘、壓力機(jī)、液壓控制器彈簧，其載荷較高，常常在低于許用應(yīng)力10%左右使用，使用壽命大于1×106次，通常為107次。
彈簧選材的原則是：首先滿足功能要求，其次是強(qiáng)度要求，最后才考慮經(jīng)濟(jì)性。
碳素彈簧鋼是彈簧鋼中用途廣泛，用量最大的鋼類。鋼中含0.60%～0.90%的碳和0.3%～1.20%的錳，不再添加其它合金元素，使用成本相對較低。碳素彈簧鋼絲經(jīng)適當(dāng)?shù)募庸せ驘崽幚恚梢垣@得很高的抗拉強(qiáng)度，足夠的韌性和良好的疲勞壽命。但碳素鋼絲的淬透性低，抗松弛性能和耐蝕性能差，彈性模量的溫度系數(shù)較大(高達(dá)300×10-6/℃)，適用于制造截面較小，工作溫度較低(120℃>)的彈簧。
合金彈簧鋼一般含0.45%～0.70%的碳和一定量的Si，Mn，Cr，V，W及B等合金元素。合金元素的加入改善彈簧鋼的抗松弛性能，提高鋼的韌性，同時(shí)顯著提高鋼的淬透性和使用溫度，適用于制造較大截面，較高溫度下使用的彈簧。
彈簧依靠彈性變形吸收沖擊能量，所以彈簧鋼絲不一定要有很高的塑性，但起碼要有能承受彈簧成型的塑性，以及足夠的能承受沖擊能量的韌性。
彈簧通常在交變應(yīng)力作用下長期工作，因此要有很高的疲勞極限，以及良好的抗蠕變和抗松弛性能。
在特定環(huán)境中使用的彈簧，對鋼絲還會(huì)有一些特殊要求，例如：在腐蝕介質(zhì)中使用的彈簧，必須有良好的抗腐蝕性能。精密儀器中使用的彈簧，應(yīng)具有長期穩(wěn)定性和靈敏性，溫度系數(shù)要低，品質(zhì)因素要高，后效作用要小，彈性模量要恒定。在高溫條件下工作的彈簧，要求在高溫時(shí)仍能保持足夠的彈性極限和良好的抗蠕變性能等。
此外，還應(yīng)考慮彈簧鋼絲的成形工藝和熱處理工藝。冷拉彈簧鋼絲和油淬火回火彈簧鋼絲都以供貨狀態(tài)鋼絲直接繞制彈簧，彈簧成形后經(jīng)消除應(yīng)力處理直接使用。冷拉彈簧鋼絲的抗拉強(qiáng)度要略高于油淬火回火鋼絲。大規(guī)格冷拉鋼絲彈力太大，繞制彈簧很困難，所以冷拉彈簧鋼絲使用規(guī)格一般小于8.0mm，油淬火回火鋼絲使用規(guī)格一般小于13.0mm。實(shí)際上直徑13.0mm彈簧多選用輕拉狀態(tài)彈簧鋼絲，冷拉繞制成形后再淬回火使用。直徑15.0mm以上鋼絲大多采用加熱繞制工藝制簧。
彈簧根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)可分為靜態(tài)簧和動(dòng)態(tài)簧。靜態(tài)彈簧指服役期振動(dòng)次數(shù)有限的彈簧，如安全閥彈簧，彈簧墊，秤盤彈簧，定載荷彈簧，機(jī)械彈簧，手表游絲等。動(dòng)態(tài)彈簧指服役期振動(dòng)次數(shù)達(dá)1×106次以上的彈簧，如發(fā)動(dòng)機(jī)閥門彈簧，車輛懸掛簧，防震彈簧，聯(lián)軸器彈簧，電梯緩沖彈簧等。靜態(tài)彈簧選材時(shí)主要考慮抗拉強(qiáng)度和穩(wěn)定性，動(dòng)態(tài)彈簧選材時(shí)主要考慮疲勞，松弛及共振性能。
彈簧根據(jù)負(fù)荷狀況可分為輕載荷、一般載荷和重載荷三種狀態(tài)。輕載荷指承受靜態(tài)應(yīng)力，應(yīng)力較低，變形量較小的彈簧，如安全裝置用彈簧，吸收振動(dòng)用彈簧等。設(shè)計(jì)使用壽命103～104次。
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(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(diǎn)和主要用途，其成分、熱處理工藝和力學(xué)性能可參照有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)（如GB1222－1984）。表12-10常用主要彈簧鋼的牌號性能特點(diǎn)與用途種類鋼號性能特點(diǎn)產(chǎn)要用途碳素彈簧鋼普通Mn量65硬度、強(qiáng)度、屈強(qiáng)比高，但淬透性差，耐熱性不好，承受動(dòng)載和疲勞載荷的能力低價(jià)格低廉，多應(yīng)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M(jìn)n量65Mn淬透性、綜合力學(xué)性能優(yōu)于碳鋼，但對過熱比較敏感價(jià)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(qiáng)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(jī)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(xué)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(zhì)鋼，故疲勞性能進(jìn)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(dòng)機(jī)閥門彈簧、常規(guī)武器取彈鉤彈簧、破碎機(jī)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(jià)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(jù)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(jià)格不很昂貴，故應(yīng)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(xué)性能高，彈簧表面不易脫碳，但價(jià)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(diǎn)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(fù)雜的彈簧均采用熱成形（如熱軋、熱卷），如汽車、拖拉機(jī)、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(qiáng)化表面并提高彈簧表面質(zhì)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(jìn)行冷拉（冷軋）、淬火中溫回火或鉛浴等溫淬火后冷拉（軋）強(qiáng)化；然后再進(jìn)行冷成形加工，此過程中將進(jìn)一步強(qiáng)化金屬，但也產(chǎn)生了較大的內(nèi)應(yīng)力和脆性，故在其后應(yīng)進(jìn)行低溫去應(yīng)力退火（一般200～400℃）。 |
公安備案號21010302000002
