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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(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.
1)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(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(fù)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(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(chǎn)生了較大的內(nèi)應(yīng)力和脆性,故在其后應(yīng)進行低溫去應(yīng)力退火(一般200~400℃)。