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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
彈簧鋼按其加工成型方式分為熱成型和冷成型兩類,由于加工方式的不同,在后續(xù)的熱處理方式也不盡相同,具體如下:
1熱成型彈簧的熱處理
直徑或板厚大于10-15mm的大型彈簧件,多用熱軋盤條拉拔的鋼絲或鋼板制成。
加工及熱處理為:先把彈簧鋼絲加熱到高于正常淬火溫度50-80℃的條件下熱卷成型,然后淬火+中溫回火,獲得彈性極限和疲勞強(qiáng)度極佳的回火索氏體。彈簧鋼淬火加熱應(yīng)選用少氧或無(wú)氧化的設(shè)備如鹽浴爐、保護(hù)氣氛爐等,防止氧化脫碳。
彈簧鋼熱處理后還要進(jìn)行噴丸處理,強(qiáng)化表面,產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力,提高疲勞強(qiáng)度。
熱軋彈簧鋼采用的工藝流程為:扁鋼剪斷——>加熱壓彎成形后余熱淬火+中溫回火+噴丸——>包裝。
2冷成型彈簧的熱處理
直徑小于8mm的彈簧件,常用冷拔鋼絲冷卷成形。冷拉鋼絲制造工藝及后續(xù)熱處理,主要是以下三類:
1)鉛浴處理冷拉鋼絲
先將鋼絲連續(xù)拉拔三次,總變形量達(dá)到50%,接著加熱到Ac3以上溫度使其奧氏體化,隨后在450-550℃的鉛浴中等溫處理,奧氏體轉(zhuǎn)化為索氏體組織。屈服強(qiáng)度為1600Mpa,冷卷成形后,在200-300℃退火消除應(yīng)力即可。
2)油淬火回火鋼絲
鋼絲拉拔到處理尺寸后,進(jìn)行油淬火回火。這類鋼絲的強(qiáng)度不如鉛浴處理的鋼絲,但性能均勻一致,成本較低。冷卷成形后,進(jìn)行去應(yīng)力處理。
3)退火狀態(tài)鋼絲
將鋼絲拉拔到規(guī)定尺寸,再進(jìn)行退火處理。軟化后的鋼絲冷卷成形后,需經(jīng)過(guò)淬火+中溫回火后才能獲得所需的力學(xué)性能。
彈簧是機(jī)械行業(yè)和日常生活中最常用的零件。彈簧在彈性范圍內(nèi)使用，卸載后應(yīng)回復(fù)到原來(lái)位置，希望塑性變形越小越好，因此鋼絲應(yīng)具有高的彈性極限，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。屈強(qiáng)比越高，彈性極限就越接近抗拉強(qiáng)度，因而越能提高強(qiáng)度利用率，制成的彈簧彈力越強(qiáng)。
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。
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彈簧通常在交變應(yīng)力作用下長(zhǎng)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(duì)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(zhǎng)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。 |
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