彈簧鋼的定義： 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)《鋼分類(lèi)》標(biāo)準(zhǔn)，按照基本性能及使用特性一，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) .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。 彈簧鋼概述 彈簧在沖擊、振動(dòng)或長(zhǎng)期交應(yīng)力下使用，所以要求彈簧鋼有高的抗拉強(qiáng)度、彈性極限、高的疲勞強(qiáng)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(jié)構(gòu)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(lái)，結(jié)合我國(guó)資源，并根據(jù)汽車(chē)、拖拉機(jī)設(shè)計(jì)新技術(shù)的要求，研制出在硅錳鋼基礎(chǔ)上加入硼、鈮、鉬等元素的新鋼種，延長(zhǎng)了彈簧的使用壽命，提高了彈簧質(zhì)量. 彈簧鋼的特性： 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。 彈簧選材的原則是：首先滿(mǎn)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(lèi)。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(duì)較低。碳素彈簧鋼絲經(jīng)適當(dāng)?shù)募庸せ驘崽幚?，可以獲得很高的抗拉強(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(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。 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。 在工藝性方面,彈簧鋼應(yīng)具有較好的淬透性和低的過(guò)熱、脫碳敏感性。降低彈簧表面粗糙度能提高疲勞壽命。 為了獲得所需的性能,彈簧鋼必須具有較高的含碳量。碳素彈簧鋼的含碳量在0.6-0.9％之間,由于碳素彈簧鋼的淬透性差,故只用于制造截面尺寸不超過(guò)10-15mm的彈簧。對(duì)于截面尺寸較大的彈簧,必須采用合金彈簧鋼。合金彈簧鋼碳含量在0.45-0.75％之間,加入的合金元素有Mn ,Si ,W ,V ,Mo等。它們的主要作用是提高淬透性和回火穩(wěn)定性,強(qiáng)化鐵素體和細(xì)化晶粒,有效地改善彈簧鋼的力學(xué)性能,其中Cr ,W ,Mo還能提高鋼的高溫強(qiáng)度。 在熱狀態(tài)下成型的彈簧(直徑或厚度一般在10mm以上) 在冷狀態(tài)下成型的彈簧(直徑或厚度一般在10mm以下) 熱成型彈簧的熱處理工藝--用這種方法成型彈簧多數(shù)是將熱成型和熱處理結(jié)合在一起進(jìn)行的,而螺旋彈簧則大多數(shù)是在熱成型后再進(jìn)行熱處理。這種彈簧鋼的熱處理方式是淬火+中溫回火,熱處理后組織為回火托氏體。這種組織的彈性極限和屈服極限高,并有一定的韌性。 冷成型彈簧的熱處理工藝--對(duì)于用冷軋鋼板、鋼帶或冷拉鋼絲制成的彈簧,由于冷塑性變形使材料強(qiáng)化,己達(dá)到彈簧所要求的性能。故彈簧成型后只需在250C左右范圍內(nèi),保溫30min左右的去應(yīng)力處理,以消除冷成型彈簧所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力,并使彈簧定型即可。 耐熱彈簧鋼的熱處理--內(nèi)燃機(jī)的氣閥彈簧是在較高溫度下工作,有的還存在腐蝕性氣氛,因此必須選用特殊的彈簧鋼和合適的熱處理規(guī)范。 彈簧淬火時(shí)常見(jiàn)的缺陷及防止措施 (1)脫碳(降低使用壽命)--1、采用鹽浴爐或拄制氣氛加熱爐加熱。2、采用快速加熱工藝。 (2)淬火后硬度不足,非馬氏體數(shù)量較多,心部出現(xiàn)鐵素體(產(chǎn)生和殘存變形,降低使用壽命)--1、選用淬透性較好的材料。2、改善淬火冷卻劑的冷卻能力。3、彈簧進(jìn)入冷卻劑的溫度應(yīng)控制在Ar3以上。4、適當(dāng)提高淬火加熱溫度。 (3)過(guò)熱(脆性增加)--1、嚴(yán)格控制成型及淬火加熱溫度。2、加強(qiáng)淬火時(shí)的金相檢驗(yàn)。 (4)開(kāi)裂(脆性增加,嚴(yán)重降低使用壽命)--1、控制淬火加熱溫度。2、淬火時(shí)冷到250-300C時(shí),取出空冷。3、及時(shí)回火 提高彈簧質(zhì)量的措施 (1)形變熱處理--將鋼的變形強(qiáng)化與熱處理強(qiáng)化兩者結(jié)合起來(lái),以進(jìn)一步提高鋼的強(qiáng)度和韌性。形變熱處理有高、中、低溫之分。高溫形變熱處理是在奧氏體狀態(tài)下產(chǎn)生形變后立即淬火,也可與鍛造或熱軋結(jié)合起來(lái),即熱成型后立即淬火。形變熱處理己應(yīng)用于汽車(chē)板簧生產(chǎn)中。 (2)彈簧的等溫淬火--對(duì)于直徑較小或透透性足夠的彈簧可采用等溫淬火,它不僅能減少變形,而且還能提高強(qiáng)韌性,在等溫淬火后最好再進(jìn)行一次回火,可提高彈性極限,回火溫度與等溫淬火溫度相同。 (3)彈簧的松弛處理--彈簧長(zhǎng)時(shí)間在外力作用下工作,由于應(yīng)力松弛的結(jié)果會(huì)產(chǎn)生微量的永久(塑性)變形,特別是高溫工作的彈簧,在高溫下應(yīng)力松弛現(xiàn)象更為嚴(yán)重,使彈簧的精度降低,這對(duì)于一般精密彈簧是不允許的。因此,這類(lèi)彈簧在淬火,回火后應(yīng)進(jìn)行松弛處理--對(duì)彈簧預(yù)先加載荷,使其變形量超過(guò)彈簧工作時(shí)可能產(chǎn)生的變形量。然后在高于工作溫度20C的條件下加熱,保溫8-24h。 (4)低溫碳氮共滲--采用回火與低溫碳氮共滲(軟氮化)相結(jié)合的工藝,能顯著提高彈簧的疲勞壽命及耐蝕性,此工藝多用于卷簧。 (5)噴丸處理--劃痕、折疊、氧化脫碳等表面缺陷往往會(huì)成為彈簧工作時(shí)應(yīng)力集中的地方和疲勞斷裂源。若用細(xì)小的鋼丸高速?lài)姶驈椈杀砻?不僅改善彈簧表面質(zhì)量,提高表面強(qiáng)度,并使表面處于壓應(yīng)力狀態(tài),從而提高彈簧疲勞強(qiáng)度和使用壽命。 操作注意事項(xiàng) (1)熱處理前檢查表面是否有脫碳、裂紋等缺陷。這些表面缺陷將嚴(yán)重地降低彈簧的疲勞極限。 (2)淬火加熱應(yīng)特別注意防止過(guò)熱和脫碳,做好鹽浴脫氧,控制爐氣氣氛,嚴(yán)格控制加熱溫度與時(shí)間。 (3)為減少變形,彈簧在加熱時(shí)的裝爐方式,夾具形式和冷卻時(shí)淬入冷卻方法。 (4)淬火后要盡快回火,加熱要盡量均勺?；鼗鸷罂炖淠芊乐够鼗鸫嘈院驮斐杀砻鎵簯?yīng)力,提高疲勞強(qiáng)度。
