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(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引起的過熱缺陷并提高回火穩(wěn)定性及耐熱性等。
3.常用彈簧鋼表12-10為我國常用彈簧鋼的牌號、性能特點(diǎn)和主要用途,其成分、熱處理工藝和力學(xué)性能可參照有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)(如gb1222-1984)。表12-10常用主要彈簧鋼的牌號性能特點(diǎn)與用途種類鋼號性能特點(diǎn)產(chǎn)要用途碳素彈簧鋼普通mn量65硬度、強(qiáng)度、屈強(qiáng)比高,但淬透性差,耐熱性不好,承受動載和疲勞載荷的能力低價(jià)格低廉,多應(yīng)用于工作溫度不高的小型彈簧<12mm或不重要的較大彈簧7085較高mn量65mn淬透性、綜合力學(xué)性能優(yōu)于碳鋼,但對過熱比較敏感價(jià)格較低,用量很大,制造各種小截面<15mm的扁簧、發(fā)條、減震器與離合器簧片,剎車軸等合金彈簧鋼si-mn系55si2mn強(qiáng)度高、彈性好,抗回火穩(wěn)定性佳;但易脫碳和石墨化。含b鋼淬透性明顯提高主要的彈簧鋼類,用途很廣,可制造各種中等截面<25mm的重要彈簧,如汽車、拖拉機(jī)板簧、螺旋彈簧等60si2mn55si2mnb55simnvbcr系50crva淬透性優(yōu)良、回火穩(wěn)定性高、脫碳與石墨化傾向低;綜合力學(xué)性能佳,有一定的耐蝕性,含v、mo、w等元素的彈簧具有一定的耐高溫性;由于均為高級優(yōu)質(zhì)鋼,故疲勞性能進(jìn)一步改善用于制造載荷大的重型大型尺寸(50~60mm)的重要彈簧,如發(fā)動機(jī)閥門彈簧、常規(guī)武器取彈鉤彈簧、破碎機(jī)彈簧;耐熱彈簧,如鍋爐安全閥彈簧、噴油嘴彈簧、氣缸脹圈等60crmna60crmnba60crmnmoa60si2cra60si2crva1)碳素彈簧鋼(即非合金彈簧鋼)其價(jià)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(jià)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(jià)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(diǎn)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(jī)、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(qiáng)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(jìn)行冷拉(冷軋)、淬火中溫回火或鉛浴等溫淬火后冷拉(軋)強(qiáng)化;然后再進(jìn)行冷成形加工,此過程中將進(jìn)一步強(qiáng)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(jìn)行低溫去應(yīng)力退火(一般200~400℃)。