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彈簧鋼成分特點、特性和熱處理 |
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彈簧鋼是用來制造彈簧等彈性元件的鋼種。KC7熱處理技術網——熱處理行業的超級智庫 www.nbht.org 熱處理技術信息最全的網站 寧波熱處理學 1)性能要求 彈簧在工作時產生大量的彈性變形，在各種機械中起緩和沖擊，吸收振動的作用，并可利用其儲存的能量，使構件完成規定的動作，通常是在長期的交變應力下承受拉壓、扭轉、彎曲和沖擊條件下工作。因此，要求彈簧鋼具有： (1)高的彈性極限Re和屈強比Rr0.2/Rm 以保證足夠的彈性性能，即吸收大量的彈性能而不產生塑性變形； (2)高的疲勞強度 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構有關以外，還受鋼的冶金質量(如非金屬夾雜物)和彈簧表面質量(如脫碳)的影響； (3)足夠的塑性和韌性 以防止受沖擊斷裂； (4)其它性能 如良好的熱處理(一定的淬透性和低的脫碳敏感性)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 (1)中、高碳 碳素彈簧鋼的碳質量分數為0.60％～0.90％，合金彈簧鋼的碳質量分數為0.40％～0.70％，屬中、高碳鋼，以保證鋼具有高的彈性極限和疲勞強度。 (2)低合金 普通用途的合金彈簧鋼一般為低合金鋼，主加合金元素Si(wSi<3％)、Mn(wMn<1.3％)、Cr(wCr≈1％)，它們的主要作用是提高鋼的淬透性，固溶強化鐵素體，提高彈性極限，Si的加入可使屈強比提高。輔加合金元素有Mo、W、V，它們的主要作用是提高鋼的回火穩定性，細化晶粒，防止Si引起的脫碳缺陷、Mn引起的過熱缺陷，Mo還能消除第二類回火脆性。 3)彈簧的成形及熱處理特點 彈簧材料的品種很多、制成的彈簧形狀各異，成形工藝方法不同，故最終的熱處理工藝亦有不同的特點。 一般彈簧成形工藝分熱成形和冷成形兩類。當彈簧材料截面尺寸較大(彈簧絲直徑或彈簧鋼板厚度大于10～15mm)，需將材料加熱后加工成形的工藝稱為熱成形；當彈簧材料截面尺寸較小(彈簧絲直徑小于8～10mm)，在常溫下加工成形的工藝稱為冷成形。 (1)冷成形彈簧 ①以退火狀態供應的彈簧鋼絲 退火狀態下，彈簧鋼的組織是片狀珠光體和鐵素體，在常溫下加工成形后，進行淬火和中溫回火，獲得具有高彈性極限的回火托氏體組織。 ②)鉛浴等溫淬火冷拉鋼絲 鉛浴等溫淬火是將盤條坯料直接通電加熱及奧氏體化之后，在500～550℃后的鉛浴中等溫分解成托氏體組織的工藝，彈簧鋼絲經這樣處理后，再經多次冷拉至所需直徑，然后冷卷成彈簧。此時材料的組織和性能已滿足要求，故只需進行一次200～300℃的去應力退火，以消除應力，穩定尺寸。雖然鉛浴等溫淬火冷拉鋼絲的強度很高，但是由于其性能(如抗拉強度)不均勻，只適用于中小尺寸的彈簧和不重要的大彈簧(如沙發彈簧)。 ③油淬強化的彈簧鋼絲 對冷拔的鋼絲先進行油淬及中溫回火，獲得托氏體組織，彈簧繞制后只需進行去應力退火。這類彈簧鋼絲的抗拉強度比鉛浴等溫淬火冷拉鋼絲低，但它的性能(如抗拉強度)比較均勻，因此它廣泛用于制造各種動力機械閥門彈簧、柴油發動機的噴油嘴彈簧等。 (2)熱成形彈簧 熱成形彈簧所用的材料一般為熱軋或退火狀態下供貨的彈簧鋼。 此類彈簧成形時，先將坯料加熱至950～980℃，然后壓彎或熱卷成形，熱成形后利用余熱立即進行淬火，然后進行中溫回火處理，得到回火托氏體，保證較高的彈性極限。回火后的硬度一般螺旋彈簧為45～50HRC，鋼板彈簧為42～47HRC，工作應力較高的彈簧應為48～53HRC。 為了提高疲勞強度，彈簧熱處理后要進行噴丸處理，提高表面質量，并在表面形成殘余壓應力。 彈簧成形及熱處理應用舉例：60Si2Mn鋼制汽車板簧。 工藝路線為：扁鋼下料→加熱壓彎成形→淬火→中溫回火→噴丸。 成形及淬火、回火工藝如圖5-3所示。
4)常用的彈簧鋼 常用彈簧鋼的成分、熱處理、性能及用途見表5-5。 (1)碳素彈簧鋼 碳素彈簧鋼有65、70、85、65Mn等，其強度較高，性能較好，價格較便宜。70、85鋼淬透性低，直徑或板厚大于12mm的不能用油淬透，故適合于制作不受沖擊載荷的小彈簧。65Mn是含Mn量較高的碳素彈簧鋼，其淬透性和彈性極限較高，故可制作截面尺寸不大于15mm的彈簧。 (2)合金彈簧鋼 ①硅錳彈簧鋼 常用鋼號為55Si2Mn、60Si2Mn。這是應用最廣的彈簧鋼，用于制造汽車、拖拉機和鐵路車輛上在高應力工作條件下的螺旋彈簧和板簧。其油淬淬透性直徑φ20～30mm，彈性極限高達1200 N/mm2，屈強比為0.9，疲勞極限高，工作溫度在230℃以下。 ②鉻釩彈簧鋼 常用鋼號為50CrVA。這是一種應用廣泛的彈簧鋼，晶粒細小，回火穩定性好，工作溫度在300℃以下，其油淬臨界直徑φ30～50mm，適合制作大截面、大負荷的活塞彈簧等。 常用彈簧鋼的成分、熱處理、性能及用途
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