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1)中文名稱：
彈簧鋼英文名稱：spring steel
彈簧鋼主要是有好的彈性，又由于它是在動載荷環境條件下工作的，所以對制造彈簧的材質最主要的應有高的屈服強度；在承受重載荷時不引起塑性變形；應有高的疲勞強度，在載荷反復作用下具有長的使用壽命；并有足夠的韌性和塑性，以防在沖擊力作用下突然脆斷。
彈簧鋼是指由于在淬火和回火狀態下的彈性，而專門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，即在規定的范圍之內，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永久變形。彈簧鋼應具有優良的綜合性能，如力學性能(特別是彈性極限、強度極限、屈強比)、抗彈減性能(即抗彈性減退性能，又稱抗松弛性能)、疲勞性能、淬透性、物理化學性能(耐熱、耐低溫、抗氧化、耐腐蝕等)。為了滿足上述性能要求，彈簧鋼具有優良的冶金質量(高的純潔度和均勻性)、良好的表面質量(嚴格控制表面缺陷和脫碳)、精確的外形和尺寸。根據GB/T 13304《鋼分類》標準，按照基本性能及使用特性一，彈簧鋼屬于機械結構用鋼；按照質量等級，屬于特殊質量鋼，即在生產過程中需要特別嚴格控制質量和性能的鋼。按照我國習慣，彈簧鋼屬于特殊鋼，制作彈簧鋼的時候技術要求比較高，技術的過硬直接決定品質的高低。
2）彈簧鋼性能要求：
彈簧在沖擊、振動或長期交應力下使用，所以要求彈簧鋼有高的抗拉強度、彈性極限、高的疲勞強度。在工藝上要求彈簧鋼有一定的淬透性、不易脫碳、表面質量好等碳素彈簧鋼即含碳量WC在0.6%-0.9%范圍內的優質碳素結構鋼。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，結合我國資源，并根據汽車、拖拉機設計新技術的要求，研制出在硅錳鋼基礎上加入硼、鈮、鉬等元素的新鋼種，延長了彈簧的使用壽命，提高了彈簧質量。
3)彈簧鋼的熱處理工藝：
熱處理彈簧鋼要求較高的強度和疲勞極限，一般在淬火＋中溫回火的
狀態下使用，以獲得較高的彈性極限。熱處理工藝技術對彈簧內在質量有著至關
重要的影響。因此，如何進一步提高彈簧疲勞壽命，需進一步研究，尤其是化學
表面改性熱處理、噴丸強化等都對彈簧疲勞壽命產生重要影響。為進一步強化
氣門彈簧的表面強度、增加壓應力、提高疲勞壽命，氣門彈簧成形后，要進一步
經過滲氮、低溫液體碳氮共滲或硫氮共滲處理，然后經噴丸強化。
例如，日本將f4mm的si－cr油淬鋼絲經450℃×4.5h低溫體碳氮共滲與經
400
℃×15min中溫回火進行對比，其疲勞極限可提高240mpa。氮的滲入，
不僅消除了脫碳的不良影響，而且還提高了殘余壓應力，同時經滲氮和低溫
液體碳氮共滲的氣門彈簧高溫強度提高，150℃時的變形量為0.2%(規定值為0.5%)，250℃的變形量為0.56%，提高了氣門彈簧的熱穩定性和抗松弛
穩定性，但滲氮和液體碳氮共滲時間應嚴格控制，否則會形成網狀硫化物和
網狀氮化物，反而會降低其疲勞強度。 氣門彈簧提高強度的方法還可以
選擇噴丸，經生產實踐表面氣門彈簧噴丸可用兩種丸粒，一種直徑為0.8mm，
其顯微硬度為720hv0.2，另一種直徑0.25mm，其顯微硬度為800hv0.2，
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碳 C ：0.52～0.60
硅 Si：1.50～2.00
錳 Man：0.60～0.90
硫 S ：≤0.035
磷 P ：≤0.035
鉻 Cr：≤0.35
鎳 Ni：≤0.35
銅 Cu：≤0.25
力學性能：
抗拉強度 be(Map)：≥1274(130)
屈服強度 as (Map)：≥1176(120)
伸長率 δ10 (％)：≥6
斷面收縮率 ψ (％)：≥30
硬度 ：熱軋,≤302HB;冷拉+熱處理,≤321HB
熱處理規范及金相組織：
熱處理規范：淬火870℃±20℃,油冷; 回火480℃±50℃(特殊需要時,±30℃)。
金相組織：回火屈氏體。
交貨狀態：熱軋鋼材以熱處理或不熱處理狀態交貨，冷拉鋼材以熱處理狀態交貨。
標準：GB/T 1222-1984
特性及適用范圍：
60Si2Mn彈簧鋼硅和錳提高彈性強度和屈強比，提高淬透性，抗回火穩定性和抗松弛穩定性，過熱敏感性也較小，但脫碳傾向較大，尤其是硅與碳含量較高時，碳易于石墨化，使鋼變脆。55Si2Mn彈簧鋼用作汽車、拖拉機和機車上的減振板簧和螺旋彈簧、氣缸安全閥簧，還可用作250℃以下使用的耐熱彈簧。
彈簧成型方法：
對直徑或板簧厚度大于10 mm的大彈簧，可在比正常淬火溫度高出50～80℃的溫度熱成形，對直徑或板簧厚度小于8～10mm的小彈簧，常用冷拔彈簧鋼絲冷卷成形。
[為保證彈簧具有高的強度和足夠的韌性，通50CrVA鋼的力學性能與60Si2Mn鋼相近，但淬透性更高，鋼中Cr和V能提高彈性極限、強度、韌性和耐回火性，常用于制作承受重載荷、工作溫度較高及截面尺寸較大的彈簧。鍋爐主安全閥彈簧、汽輪機汽封彈簧等。
常采用淬火+中溫回火。對熱成形彈簧，可采用熱成形余熱淬火，對熱冷成形的彈簧，有時可省去淬火、中溫回火工藝，成形后只需進行200～300℃進行去應力退火即可。彈簧鋼熱處理后通常進行噴丸處理，其目的是在彈簧表面產生殘余壓應力，以提高彈簧的疲勞強度。
硬度為40～48HRC，有較高的彈性極限和疲勞強度，以及一定的塑性和韌性
彈簧是起緩沖、減振和儲能等作用。彈簧一般是在交變應力下工作，常見的破壞形式是疲勞破壞，因此，必須具有高的屈服點和屈強比（σs/ σb）、彈性極限、抗疲勞性能，以保證彈簧有足夠的彈性變形能力并能承受較大的載荷。同時，彈簧鋼還要求具有一定的塑性與韌性，一定的淬透性，不易脫碳及不易過熱。一些特殊彈簧還要求有耐熱性、耐蝕性或在長時間內有穩定的彈性。
中碳鋼和高碳鋼都可作彈簧使用，但因其淬透性和強度較低，只能用來制造截面較小、受力較小的彈簧。合金彈簧鋼則可制造截面較大、屈服極限較高的重要彈簧。
合金彈簧鋼為中、高碳成分，一般wick=0.5％～0.7％，以滿足高彈性、高強度的性能要求。加入的合金元素主要是Si、 Man、Cr，作用是強化鐵素體、提高淬透性和耐回火性。但加入過多的Si會造成鋼在加熱時表面容易脫碳，加入過多的Man容易使晶粒長大。加入少量的V和Mo可細化晶粒，從而進一步提高強度并改善韌性。此外，它們還有進一步提高淬透性和耐回火用以製造彈簧或類似彈簧性能零件的鋼類。具有高的彈性極限﹑疲勞極限(尤其是缺口疲勞極限)以及一定的衝擊韌性和塑性﹐主要在衝擊﹑震動等動載荷或長期週期變應力的條件下使用。所以在各種狀態下工作的彈簧都要有良好的表面質量和較高的抗疲勞性能。在工藝性能上﹐需經淬火﹑回火的彈簧鋼﹐應具有一定的淬透性﹐不易脫碳﹐過熱敏感性低和塑性較高﹐在熱狀態下易於成形。製造小尺寸彈簧用的鋼絲要有均勻的硬度和一定的塑性。
類別彈簧鋼 按生產方法﹐可分為熱軋彈簧鋼和冷拉(軋)彈簧鋼。熱軋彈簧鋼包括製造螺旋彈簧﹑扭力桿用的圓鋼或梯形鋼和製造板簧的扁鋼﹔冷拉(軋)彈簧鋼包括製造小規格螺旋彈簧的冷拉鋼絲和製造發條以及各種彈簧片的冷軋鋼帶。合金彈簧鋼中通常含錳﹑硅﹑鉻﹑鉬﹑鎢﹑釩和微量的硼﹐這些合金元素都可提高鋼的淬透性﹐錳和硅固溶入鐵素體中﹐可提高屈服強度。鉻﹑鎢﹑釩可以提高鋼的彈性極限﹑屈強比和耐熱性。按所含合金元素﹐常用的彈簧鋼可分為：
碳素彈簧鋼價格低廉﹐用途廣泛。如表面狀態和熱處理組織相同﹐疲勞極限并不低於合金彈簧鋼。缺點是淬透性和屈服強度較低﹔截面較大的彈簧﹐油淬時不能淬透﹐水淬時容易開裂。如增加含碳量﹐雖能提高強度和彈性極限﹐卻會降低衝擊韌性和塑性﹐尤其是降低低溫韌性。中國的碳素彈簧鋼有65﹑70﹑75﹑85四個鋼號。
單純含錳彈簧鋼 如65Mn﹐錳含量為0.90～1.20％。增加錳含量可提高鋼的淬透性和強度﹐減小脫碳傾向﹔缺點是有過熱敏感性和回火脆性﹐且易產生淬火裂紋﹐所以只適於製造各種小尺寸扁彈簧﹑圓彈簧。
硅錳彈簧鋼是主要的熱軋合金彈簧鋼種﹐中國有55Si2Mn﹑60Si2Mn﹑60Si2MnA﹑70Si3MnA四個鋼號。硅含量為1.50～2.80％﹐錳含量為0.60～0.90％。鋼中加硅可顯著提高彈性極限和屈強比﹐提高回火穩定性﹔但易形成硅酸鹽等夾雜物﹐增加脫碳敏感性。鋼中碳和硅的含量均較高時﹐碳易於石墨化。這類鋼廣泛用於製作汽車﹑拖拉機﹑機車上的減震板簧和螺旋彈簧﹐以及要求承受較高應力的彈簧。
含鉻彈簧鋼在國際上很通用﹐中國有 50CrMn 和50CrVA兩個鋼號。50CrMn由於含有1％左右的鉻和錳﹐有較高的淬透性﹐脫碳傾向小﹔缺點是鉻和錳均加重回火脆性的傾向﹐回火后需快冷﹐多用以製造截面較大的和較重要的板簧和螺旋彈簧。50CrVA鋼具有良好的淬透性﹔加釩能細化組織﹐不易過熱﹐并可提高鋼的強度﹑韌性﹐降低缺口敏感性。這種鋼脫碳傾向小﹐低溫衝擊韌性好﹐在較高溫度下工作時﹐性能也較穩定﹐主要用於製造氣門彈簧﹑安全閥彈簧和在較高溫度下工作的彈簧。在50CrVA鋼的基礎上適當增加其他合金元素﹐能取得比上述兩種彈簧鋼更好的力學性能和淬透性。
硅含量為1.40～1.80％﹑鉻含量為0.90～1.20％﹑釩含量為0.10～0.20％的60Si2CrVA鋼﹐具有高的淬透性和低的過熱敏感性﹐在塑性指標相近時抗拉強度和屈服強度高於硅錳彈簧鋼﹐主要用於製作承受高應力的彈簧。
含鎢彈簧鋼65Si2MnWA鋼的鎢含量為0.80～1.20%﹐與 60Si2CrVA鋼一樣﹐可用於製作承受高載荷的和耐熱(≦350)﹑耐衝擊的彈簧。合金含量較高的30W4Cr2VA鋼是一種高強度耐熱彈簧鋼﹐有高的淬透性﹐主要用於製造低於500條件下使用的控制閥簧。上述幾種鋼的生產工藝較復雜﹐價格較高。
在高溫條件下工作的彈簧﹐可選用耐熱鋼和耐熱合金﹔在腐蝕介質工作的彈簧﹐應按介質的性質(氧化性﹐還原性)選用相應牌號的不銹鋼進口高抗疲勞彈簧鋼
焊接性能
氬弧焊對焊工藝
為了減小電極的消耗，選擇直流正接進行線材的對焊試驗，即選用直流電源，線材接電源的正極，鎢極接電源的負極。
含1%或2%氧化釷的鎢極發射電子效率高，電流承載能力好，且抗污染性能好，引弧容易并且電弧比較穩定。為了便于操作，選擇直徑為2 mm的較細的釷鎢極，并且電極前端磨尖。
由于氬氣較低的電弧電壓特性對于薄板和線材的手弧焊特別有益，因此選擇氬氣做保護氣體。
試驗選用直流手工氬弧焊機，焊接前，將鋼絲兩端頭仔細磨平，為防止焊點產生氣孔，用丙酮將端頭油污清洗干凈。將兩端磨平的線材放在平整潔凈的對正板上（圖1），使兩端頭對正，接頭處不留間隙，用壓鐵壓住接頭兩側。將線材接焊機正極，鎢極接負極，分別將電流調至20 A，15 A，10 A，8 A進行焊接。焊接時，在接頭旁邊引燃點弧并使之燃燒穩定，將電弧移至接頭處使接頭金屬熔化后迅速將電弧熄滅，同時輕微施加頂鍛力，冷卻后即完成焊接過程，焊接過程中不使用填充焊絲。
試驗發現，當焊接電流為20 A時，電弧燃燒劇烈，接頭處金屬飛濺嚴重，焊點塌陷嚴重。當電流調至15 A時，電弧燃燒較平穩，熔池飛濺少，但焊縫仍有塌陷。但電流降至10 A時，引弧容易，電弧燃燒穩定，焊縫處沒有塌陷現象。圖2為焊接電流10 A時，用數碼相機在Leica MZ6型體視顯微鏡下拍下的焊接接頭形狀。可以看出，接頭的圓柱度較好，將其打磨后能滿足線鋸的要求。當電流調至8 A以下時，引弧困難且電弧不穩定，難以完成焊接過程。
焊接接頭試驗
由于65Mn鋼具有過熱傾向，因此焊接熱影響區對接頭的力學性能影響很大。直徑0.7 mm的65Mn鋼絲經氬弧焊對焊后接頭處非常硬脆，輕輕折彎焊點處，就會在熔合線或焊縫處脆斷，斷口呈明顯的脆性斷裂形貌。所得接頭由焊縫和熱影響區組成，沿接頭軸線測試從焊縫中心至母材各個區域的顯微硬度。測量結果表明，從母材到熱影響區及焊縫中部，顯微硬度急劇增加，焊縫中部硬度達HV 1 060，這說明熱影響區及焊縫中部生成了硬脆組織。對于這種具有硬脆組織的接頭，為了提高其韌性和塑性，降低其硬度，獲得硬度、強度、塑性和韌性的適當配合，必須對焊接接頭進行適當的回火處理。熱處理后，應將熱影響區的脆性消除，同時應能使母材保持一定的強度和彈性。回火在箱式電阻爐內進行，回火工藝見表1。將回火后的鋼絲焊接接頭處仔細打磨，使其直徑與母材直徑大致相等，再在WE-50拉伸試驗機上進行拉伸試驗。每種回火處理的試樣取三根，取其拉力的平均值。
由試驗可以看出，330℃以上熱處理后，母材彈性基本消失，且斷裂均發生在母材處，而不發生在焊點及其熱影響區，這說明熱處理后雖然熱影響區的脆性完全消失，但母材的強度被大大削落（經試驗，所用母材的抗拉強度為1 663 MPa）。260℃保溫10 min時，雖然材料彈性基本不變，但熱影響區的脆性不能消除。當加熱溫度為280℃，保溫10 min時效果最好，熱影響區的抗拉強度只比母材降低20%左右，而母材的彈性消失較小。將280℃回火處理的焊頭沿軸線方向測試縱剖面上各個區的顯微硬度，發現焊縫處的最高硬度值降低到HV 500左右，比未處理時的硬度降低大約1倍。 焊好的環形鋼絲不但應能滿足一定的強度和彈性要求，而且具有一定的疲勞強度.
彈簧鋼按其加工成型方式分為熱成型和冷成型兩類，由于加工方式的不同，在后續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度極佳的回火索氏體。彈簧鋼淬火加熱應選用少氧或無氧化的設備如鹽浴爐、保護氣氛爐等，防止氧化脫碳。
彈簧鋼熱處理后還要進行噴丸處理，強化表面，產生殘余壓應力，提高疲勞強度。
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熱處理，主要是以下三類：
1）鉛浴處理冷拉鋼絲
先將鋼絲連續拉拔三次，總變形量達到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，奧氏體轉化為索氏體組織。屈服強度為1600Mpa,冷卷成形后，在200-300℃退火消除應力即可。
2）油淬火回火鋼絲
鋼絲拉拔到處理尺寸后，進行油淬火回火。這類鋼絲的強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，進行去應力處理。
3）退火狀態鋼絲
將鋼絲拉拔到規定尺寸，再進行退火處理。軟化后的鋼絲冷卷成形后，需經過淬火+中溫回火后才能獲得所需的力學性能。
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