弹簧钢材有热轧材、冷拉钢材、冷轧钢带等。弹簧钢的冶炼是很重要的,必须保证有优良的冶金质量,不仅要保证准确的化学成分,而且要有高纯净度,硫、磷、氧、氮等含量要低,钢质均匀性、稳定性要好。弹簧钢的冶金质量应达到优质钢、高级优质钢的水平。
弹簧钢的表面质量和尺寸精度对弹簧的性能和寿命有极大的影响。因为弹簧钢材交货状态的表面除去表面喷丸强化之外不再进行加工,因而也就是成品弹簧的工作表面,原有表面上的各种缺陷也留给了弹簧。所以弹簧钢材表面要求极高,对脱碳、折叠、结疤、夹杂、分层等限制极严。各种表面缺陷会使弹簧破坏、缩短寿命。以圆截面的钢丝为例,成品弹簧的强度和刚度分别与钢丝直径的三次方和四次方成正比,钢丝直径的微小变化会导致弹簧性能的巨大波动,所以要严格控制钢材的外形和尺寸公差。
热轧弹簧钢材有圆钢、方钢、扁钢等。钢材表面质量要求较高,可以热轧态交货或者经热处理后交货,以保证硬度不超过规定值,便于制簧。热轧材可以冷态制成螺旋弹簧,对于截面尺寸较大者需加热后制成弹簧。弹簧成型后再经淬火、中温回火,回火温度约为350~550℃,以获得较高屈强比和良好的综合力学性能。
因热轧材截面尺寸较大,故应采用淬透性足够高的牌号,保证心部淬透。
冷拉(轧)弹簧钢材包括钢丝、钢带。这类钢材的表面质量和尺寸精度要求格外严格。钢丝的生产工艺有油淬火和冷拉两种。
油淬火钢丝是把钢丝冷拔到规定尺寸后再加热、油淬火和铅浴回火,故钢丝出厂时已具备所需力学性能,制成弹簧后只要回火,xc应力即可使用。优点是整批性能均匀,稳定,挺直性好,适于大批量生产,可制造各种重要弹簧,特别是阀门弹簧。牌号有65Mn、50CrVA、60Si2Mn、55CrSi等。
合金弹簧钢丝也可以冷拉态交货,或经退火、正火、回火处理后交货,制成弹簧后再淬火、回火。其性能不如油淬火钢丝均匀、稳定,生产效率也低,成本高,多用于小批量弹簧生产。
此外,最近也研究了用高频感应加热处理高强度弹簧钢丝的工艺。冷拉钢丝在连续感应加热装置上进行淬火和回火,其内部组织均匀、细小,塑性和韧性以及弹减抗力、疲劳极限、等都明显优于常规处理的钢丝。这种钢丝在美国、日本都已有生产,制造汽车、摩托车的悬挂弹簧、发动机阀门弹簧,卡车、拖车等的紧急制动弹簧及各种高强度机械弹簧,使用效果令人满意。另外,感应加热处理在弹簧扁钢生产上也得到应用。
还有一种钢丝生产工艺,即铅浴等温淬火。钢材奥氏体化后在铅浴中等温,生成细小珠光体组织,然后冷拉到规定尺寸。通过调整钢中碳含量和冷变形量控制钢丝的力学性能,制簧后不需热处理,只要xc加工应力即可使用。应用这种工艺生产的都是碳素钢钢丝,但也有少数合金钢(如65Mn)钢丝。
冷轧弹簧钢带一般也是冷轧或再经退火后供货,制成弹簧后再淬火回火处理,或仅回火以xc加工应力。
1. 65 、70 、85钢号
可得到很高强度、硬度、屈强比,但淬透性小,耐热性不好,承受动载和疲劳载荷的能力低 应用非常广泛,但多用于工作温度不高的小型弹簧或不太重要的较大弹簧。如汽车、拖拉机、铁道车辆及一般机械用的弹簧。
65Mn 成分简单,淬透性和综合力学性能、脱碳等工艺性能均比碳钢好,但对过热比较敏感,有
回火脆性,用量很大。制造各种小截面扁簧、圆簧、发条等,亦可制气门弹簧、弹簧环,
减振器和
离合器簧片、刹车簧等。
2. 55Si2Mn 、60Si2Mn 、60Si2MnA
硅含量(Wsi)高(上限达2.00%)。
强度高,弹性好。抗
回火稳定性好。易脱碳和石墨化。淬透性不高。
主要的弹簧钢类,用途很广。制造各种弹簧,如汽车、机车、拖拉机的板簧、螺旋弹簧,汽缸安全阀簧及一些在高应力下工作的重要弹簧,磨损严重的弹簧。
55Si2MnB 因含硼,其淬透性明显改善 轻型、中型汽车的前后悬挂弹簧、副簧。
55Si2MnB 中国自行研制的钢号,淬透性、综合力学性能、疲劳性能均较60Si2Mn钢好 主要制造中、小型汽车的板簧,使用效果好,亦可制其他中等截面尺寸的板簧、螺旋弹簧。
3. 60Si2CrA 60Si2CrVA
高强度弹簧钢。淬透性高,
热处理工艺性能好。因强度高,卷制弹簧后应及时处理xc内应力 制造载荷大的重要大型弹簧。60Si2CrA可制汽轮机汽封弹簧、调节弹簧、冷凝器支承弹簧、高压水泵碟形弹簧等。60Si2CrVA钢还制作极重要的弹簧,如
常规武器取弹钩弹簧、破碎机弹簧。
4. 55CrMnA
60CrMnA 突出优点是淬透性好,另外热加工性能、综合力学性能、抗脱碳性能亦好 大截面的各种重要弹簧,如汽车、机车的大型板簧、螺旋弹簧等。
5. 60CrMnMoA
在现有各种弹簧钢中
淬透性{zg}。力学性能、抗回火稳定性等亦好 大型土木建筑、重型车辆、机械等使用的超大型弹簧。钢板厚度可达35mm以上,圆钢直径可超过60mm。
6. 50CrVA
少量钒提高弹性、强度、屈强比和弹减抗力,细化晶粒,减小脱碳倾向。碳含量较小,
塑性、韧性较其他弹簧钢好。淬透性高,疲劳性能也好 各种重要的螺旋弹簧,特别适宜作工作应力振幅高、疲劳性能要求严格的弹簧,如阀门弹簧、喷油嘴弹簧、气缸胀圈、安全阀簧等。
7. 60CrMnBA
淬透性比60CrMnA高,其他各种性能相似 尺寸更大的板簧、螺旋弹簧、扭转弹簧等。
8. 30W4Cr2VA
高强度耐热弹簧钢。淬透性很好。高温抗松弛和热加工性能也很好 工作温度500~C以下的耐热弹簧,如汽轮机主蒸汽阀弹簧、汽封弹簧片、锅炉安全阀弹簧、400t锅炉碟形阀弹簧等。
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日本住友弹簧钢: sup3、sup6、sup7、sup9、sup9a、sup10、sup11a、sukp12、sup13、s50c-csp、s55c-csp、s60c-csp、s65c-csp、s70c-csp、sk5-csp、sup10-csp;
台湾中钢弹簧钢: sk3、sk5、sk7、sks51、s55c、s65c、sk85、sk4、sk85、t8a、t12a、t10a;
美国芬可乐弹簧钢6150、51b60h;
德国撒斯特弹簧钢: c67e、ck67、c75e、ck75、c85e、ck85、c101e、ck101、38si6、38si7、46si7、51si755si7、56si7、65si7、71si7、60simn、51mnv7、54sicr6、60sicr7、67sicr7、55cr3、51crv4、50crv458crv4、51crmo4、45crmov6-7、52mncrb3;
英国弹簧钢: 251a58、251a60、251h60、525a58、525a60、525a61、685a57、685h57、704a60、704h60705a60、705h60、735a51、735h51、735a54、805h60、925a60 060a96、070a72、070a78、080a52、080a67、060a96、070a72、090a65、685a55、735a50;
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