一 定義
彈簧鋼是指由于在淬火和回火狀態(tài)下的彈性,而專(zhuān)門(mén)用于制造彈簧和彈性元件的鋼。鋼的彈性取決于其彈性變形的能力,即在規(guī)定的范圍之內(nèi),彈性變形的能力使其承受一定的載荷,在載荷去除之后不出現(xiàn)永久變形。
彈簧鋼應(yīng)具有優(yōu)良的綜合性能,如力學(xué)性能(特別是彈性極限、強(qiáng)度極限、屈強(qiáng)比)、抗彈減性能(即抗彈性減退性能,又稱(chēng)抗松弛性能)、疲勞性能、淬透性、物理化學(xué)性能(耐熱、耐低溫、抗氧化、耐腐蝕等)。為了滿(mǎn)足上述性能要求,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(yán)格控制表面缺陷和脫碳)、精確的外形和尺寸。
根據(jù)GB/T13304《鋼分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)》,按照基本性能及使用特性,彈簧鋼屬于機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼;按照質(zhì)量等級(jí),屬于特殊質(zhì)量鋼,即在生產(chǎn)過(guò)程中需要特別嚴(yán)格控制質(zhì)量和性能的鋼。按照我國(guó)習(xí)慣,彈簧鋼屬于特殊鋼。
二 分類(lèi)
(一)按照化學(xué)成分分類(lèi)
根據(jù)GB/T 13304 標(biāo)準(zhǔn),彈簧鋼按照其化學(xué)成份,可分為非合金彈簧鋼(碳素彈簧鋼)和合金彈簧鋼。
1.碳素彈簧鋼
碳素彈簧鋼的碳含量(質(zhì)量分?jǐn)?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?jǐn)?shù)) (0.50%~0.80%)如65、70、85和較高錳含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) (0.90~1.20%),如65Mn兩類(lèi)。
2.合金彈簧鋼
合金彈簧鋼是在碳素鋼的基礎(chǔ)上,通過(guò)適當(dāng)加入一種或幾種合金元素來(lái)提高鋼的力學(xué)性能、淬透性和其他性能,以滿(mǎn)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(chǔ)上,有一些牌號(hào)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(lèi),如優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼、高速工具鋼、不銹鋼,選擇一些牌號(hào)作為彈簧用鋼。
彈簧鋼按其加工成型方式分為熱成型和冷成型兩類(lèi),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(pán)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(lèi):
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(lèi)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。
在工藝性論方面,彈