彈簧鋼指的是制造各類彈簧及其他彈性元件的專用合金鋼。按性能要求,、使用條件可分為普通合金彈簧鋼和特殊合金彈簧鋼,。彈簧鋼具有優(yōu)良的綜合性能,彈簧鋼具有優(yōu)良的冶金質(zhì)量(高的純潔度和均勻性),、良好的表面質(zhì)量(嚴格控制表面缺陷和脫碳),、精確的外形和尺寸。
彈簧鋼按照其化學成分分為非合金彈簧鋼(碳素彈簧鋼)和合金彈簧鋼,。
碳素彈簧鋼
碳素彈簧鋼的碳含量(質(zhì)量分數(shù))一般在0.62%~0.90%。按照其錳含量又分為一般錳含量(質(zhì)量分數(shù)) (0.50%~0.80%)如65,、70,、85和較高錳含量(質(zhì)量分數(shù)) (0.90~1.20%),如65Mn兩類,。
合金彈簧鋼
合金彈簧鋼是在碳素鋼的基礎上,,通過適當加入一種或幾種合金元素來提高鋼的力學性能、淬透性和其他性能,,以滿足制造各種彈簧所需性能的鋼,。
合金彈簧鋼的基本組成系列有,硅錳彈簧鋼,、硅鉻彈簧鋼,、鉻錳彈簧鋼、鉻釩彈簧鋼,、鎢鉻釩彈簧鋼等,。在這些系列的基礎上,有一些牌號為了提高其某些方面的性能而加入了鉬,、釩或硼等合金元素,。
此外,還從其他鋼類,,如優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼,、碳素工具鋼、高速工具鋼、不銹鋼,,選擇一些牌號作為彈簧用鋼,。
彈簧在沖擊、振動或長期交應力下使用,,所以要求彈簧鋼有高的抗拉強度,、彈性極限、高的疲勞強度,。在工藝上要求彈簧鋼有一定的淬透性,、不易脫碳、表面質(zhì)量好等 碳素彈簧鋼即含碳量WC在0.6%-0.9%范圍內(nèi)的優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼,。合金彈簧鋼主要是硅錳系鋼種,,它們的含碳量稍低,主要靠增加硅含量Wsi提高性能,;另外還有硌,、鎢、釩的合金彈簧鋼,。近年來,,結合中國資源,并根據(jù)汽車,、拖拉機設計新技術的要求,,研制出在硅錳鋼基礎上加入硼、鈮,、鉬等元素的新鋼種,,延長了彈簧的使用壽命,提高了彈簧質(zhì)量,。
彈簧鋼材有熱軋材,、冷拉鋼材、冷軋鋼帶等,。彈簧鋼的冶煉是很重要的,,必須保證有優(yōu)良的冶金質(zhì)量,不僅要保證準確的化學成分,,而且要有高純凈度,,硫、磷,、氧,、氮等含量要低,鋼質(zhì)均勻性,、穩(wěn)定性要好,。彈簧鋼的冶金質(zhì)量應達到優(yōu)質(zhì)鋼,、高級優(yōu)質(zhì)鋼的水平。
彈簧鋼的表面質(zhì)量和尺寸精度對彈簧的性能和壽命有極大的影響,。因為彈簧鋼材交貨狀態(tài)的表面除去表面噴丸強化之外不再進行加工,,因而也就是成品彈簧的工作表面,原有表面上的各種缺陷也留給了彈簧,。所以彈簧鋼材表面要求極高,,對脫碳、裂紋,、折疊,、結疤、夾雜,、分層等限制極嚴,。各種表面缺陷會使彈簧早期破壞、縮短壽命,。以圓截面的鋼絲為例,,成品彈簧的強度和剛度分別與鋼絲直徑的三次方和四次方成正比,鋼絲直徑的微小變化會導致彈簧性能的巨大波動,,所以要嚴格控制鋼材的外形和尺寸公差,。這樣,彈簧鋼的加工變形(熱軋,、冷軋,、冷拔等)就十分重要了,必須極認真地對待,。
熱軋彈簧鋼材有圓鋼、方鋼,、扁鋼等,。鋼材表面質(zhì)量要求較高,可以熱軋態(tài)交貨或者經(jīng)熱處理后交貨,,以保證硬度不超過規(guī)定值,,便于制簧。熱軋材可以冷態(tài)制成螺旋彈簧,,對于截面尺寸較大者需加熱后制成彈簧,。彈簧成型后再經(jīng)淬火、中溫回火,,回火溫度約為350~550℃,,以獲得較高屈強比和良好的綜合力學性能。
因熱軋材截面尺寸較大,,故應采用淬透性足夠高的牌號,,保證心部淬透。若心部出現(xiàn)非馬氏體轉變產(chǎn)物,如鐵素體,、貝氏體等,,則回火后的性能降低,特別是疲勞性能,。
冷拉(軋)彈簧鋼材包括鋼絲,、鋼帶。這類鋼材的表面質(zhì)量和尺寸精度要求格外嚴格,。鋼絲的生產(chǎn)工藝有油淬火和冷拉兩種,。
油淬火鋼絲是把鋼絲冷拔到規(guī)定尺寸后再加熱、油淬火和鉛浴回火,,故鋼絲出廠時已具備所需力學性能,,制成彈簧后只要回火,消除應力即可使用,。優(yōu)點是整批性能均勻,,穩(wěn)定,挺直性好,,適于大批量生產(chǎn),,可制造各種重要彈簧,特別是閥門彈簧,。牌號有65Mn,、50CrVA、60Si2Mn,、55CrSi等,。
合金彈簧鋼絲也可以冷拉態(tài)交貨,或經(jīng)退火,、正火,、回火處理后交貨,制成彈簧后再淬火,、回火,。其性能不如油淬火鋼絲均勻、穩(wěn)定,,生產(chǎn)效率也低,,成本高,多用于小批量彈簧生產(chǎn),。
此外,,最近也研究了用高頻感應加熱處理高強度彈簧鋼絲的工藝。冷拉鋼絲在連續(xù)感應加熱裝置上進行淬火和回火,,其內(nèi)部組織均勻,、細小,,塑性和韌性以及彈減抗力、疲勞極限,、斷裂韌性等都明顯優(yōu)于常規(guī)處理的鋼絲,。這種鋼絲在美國、日本都已有生產(chǎn),,制造汽車,、摩托車的懸掛彈簧、發(fā)動機閥門彈簧,,卡車,、拖車等的緊急制動彈簧及各種高強度機械彈簧,使用效果令人滿意,。另外,,感應加熱處理在彈簧扁鋼生產(chǎn)上也得到應用。
還有一種鋼絲生產(chǎn)工藝,,即鉛浴等溫淬火,。鋼材奧氏體化后在鉛浴中等溫,生成細小珠光體組織,,然后冷拉到規(guī)定尺寸,。通過調(diào)整鋼中碳含量和冷變形量控制鋼絲的力學性能,制簧后不需熱處理,,只要消除加工應力即可使用,。應用這種工藝生產(chǎn)的都是碳素鋼鋼絲,但也有少數(shù)合金鋼(如65Mn)鋼絲,。
冷軋彈簧鋼帶一般也是冷軋或再經(jīng)退火后供貨,,制成彈簧后再淬火回火處理,或僅回火以消除加工應力,。