產(chǎn)品詳情
日本鈴木琴鋼線SUP6“SPS4彈簧鋼絲”SWRH72A琴鋼線
精選彈簧鋼
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(huán)境條件下工作的，所以對制造彈簧的材質(zhì)最主要的應(yīng)有高的屈服強(qiáng)度；在承受重載荷時不引起塑性變形；應(yīng)有高的疲勞強(qiáng)度，在載荷反復(fù)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(tài)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(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)GB/T 13304《鋼分類》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，屬于特殊質(zhì)量鋼，即在生產(chǎn)過程中需要特別嚴(yán)格控制質(zhì)量和性能的鋼。按照我國習(xí)慣，彈簧鋼屬于特殊鋼，制作彈簧鋼的時候技術(shù)要求比較高，技術(shù)的過硬直接決定品質(zhì)的高低。
2）彈簧鋼性能要求：
彈簧在沖擊、振動或長期交應(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，結(jié)合我國資源，并根據(jù)汽車、拖拉機(jī)設(shè)計新技術(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，延長了彈簧的使用壽命，提高了彈簧質(zhì)量。
3)彈簧鋼的熱處理工藝：
熱處理彈簧鋼要求較高的強(qiáng)度和疲勞極限，一般在淬火＋中溫回火的
狀態(tài)下使用，以獲得較高的彈性極限。熱處理工藝技術(shù)對彈簧內(nèi)在質(zhì)量有著至關(guān)
重要的影響。因此，如何進(jìn)一步提高彈簧疲勞壽命，需進(jìn)一步研究，尤其是化學(xué)
表面改性熱處理、噴丸強(qiáng)化等都對彈簧疲勞壽命產(chǎn)生重要影響。為進(jìn)一步強(qiáng)化
氣門彈簧的表面強(qiáng)度、增加壓應(yīng)力、提高疲勞壽命，氣門彈簧成形后，要進(jìn)一步
經(jīng)過滲氮、低溫液體碳氮共滲或硫氮共滲處理，然后經(jīng)噴丸強(qiáng)化。
例如，日本將f4mm的si－cr油淬鋼絲經(jīng)450℃×4.5h低溫體碳氮共滲與經(jīng)
400
℃×15min中溫回火進(jìn)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(yīng)力，同時經(jīng)滲氮和低溫
液體碳氮共滲的氣門彈簧高溫強(qiáng)度提高，150℃時的變形量為0.2%(規(guī)定值為0.5%)，250℃的變形量為0.56%，提高了氣門彈簧的熱穩(wěn)定性和抗松弛
穩(wěn)定性，但滲氮和液體碳氮共滲時間應(yīng)嚴(yán)格控制，否則會形成網(wǎng)狀硫化物和
網(wǎng)狀氮化物，反而會降低其疲勞強(qiáng)度。 氣門彈簧提高強(qiáng)度的方法還可以
選擇噴丸，經(jīng)生產(chǎn)實(shí)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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彈簧是起緩沖、減振和儲能等作用。彈簧一般是在交變應(yīng)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(diǎn)和屈強(qiáng)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(nèi)有穩(wěn)定的彈性。
類別彈簧鋼 按生產(chǎn)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(guī)格螺旋彈簧的冷拉鋼絲和製造發(fā)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(qiáng)度。鉻﹑鎢﹑釩可以提高鋼的彈性極限﹑屈強(qiáng)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(tài)和熱處理組織相同﹐疲勞極限并不低於合金彈簧鋼。缺點(diǎn)是淬透性和屈服強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度﹐減小脫碳傾向﹔缺點(diǎn)是有過熱敏感性和回火脆性﹐且易產(chǎn)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(qiáng)比﹐提高回火穩(wěn)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(jī)﹑機(jī)車上的減震板簧和螺旋彈簧﹐以及要求承受較高應(yīng)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(diǎn)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(xì)化組織﹐不易過熱﹐并可提高鋼的強(qiáng)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(wěn)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(chǔ)上適當(dāng)增加其他合金元素﹐能取得比上述兩種彈簧鋼更好的力學(xué)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(biāo)相近時抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度高於硅錳彈簧鋼﹐主要用於製作承受高應(yīng)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(qiáng)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(chǎn)工藝較復(fù)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(zhì)工作的彈簧﹐應(yīng)按介質(zhì)的性質(zhì)(氧化性﹐還原性)選用相應(yīng)牌號的不銹鋼進(jìn)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(jìn)行線材的對焊試驗(yàn)，即選用直流電源，線材接電源的正極，鎢極接電源的負(fù)極。
含1%或2%氧化釷的鎢極發(fā)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(wěn)定。為了便于操作，選擇直徑為2 mm的較細(xì)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(hù)氣體。
試驗(yàn)選用直流手工氬弧焊機(jī)，焊接前，將鋼絲兩端頭仔細(xì)磨平，為防止焊點(diǎn)產(chǎn)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(cè)。將線材接焊機(jī)正極，鎢極接負(fù)極，分別將電流調(diào)至20 A，15 A，10 A，8 A進(jìn)行焊接。焊接時，在接頭旁邊引燃點(diǎn)弧并使之燃燒穩(wěn)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(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)焊接電流為20 A時，電弧燃燒劇烈，接頭處金屬飛濺嚴(yán)重，焊點(diǎn)塌陷嚴(yán)重。當(dāng)電流調(diào)至15 A時，電弧燃燒較平穩(wěn)，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(wěn)定，焊縫處沒有塌陷現(xiàn)象。圖2為焊接電流10 A時，用數(shù)碼相機(jī)在Leica MZ6型體視顯微鏡下拍下的焊接接頭形狀?？梢钥闯?，接頭的圓柱度較好，將其打磨后能滿足線鋸的要求。當(dāng)電流調(diào)至8 A以下時，引弧困難且電弧不穩(wěn)定，難以完成焊接過程。
焊接接頭試驗(yàn)
由于65Mn鋼具有過熱傾向，因此焊接熱影響區(qū)對接頭的力學(xué)性能影響很大。直徑0.7 mm的65Mn鋼絲經(jīng)氬弧焊對焊后接頭處非常硬脆，輕輕折彎焊點(diǎn)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(qū)組成，沿接頭軸線測試從焊縫中心至母材各個區(qū)域的顯微硬度。測量結(jié)果表明，從母材到熱影響區(qū)及焊縫中部，顯微硬度急劇增加，焊縫中部硬度達(dá)HV 1 060，這說明熱影響區(qū)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(qiáng)度、塑性和韌性的適當(dāng)配合，必須對焊接接頭進(jìn)行適當(dāng)?shù)幕鼗鹛幚怼崽幚砗?，?yīng)將熱影響區(qū)的脆性消除，同時應(yīng)能使母材保持一定的強(qiáng)度和彈性。回火在箱式電阻爐內(nèi)進(jìn)行，回火工藝見表1。將回火后的鋼絲焊接接頭處仔細(xì)打磨，使其直徑與母材直徑大致相等，再在WE-50拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。每種回火處理的試樣取三根，取其拉力的平均值。
由試驗(yàn)可以看出，330℃以上熱處理后，母材彈性基本消失，且斷裂均發(fā)生在母材處，而不發(fā)生在焊點(diǎn)及其熱影響區(qū)，這說明熱處理后雖然熱影響區(qū)的脆性完全消失，但母材的強(qiáng)度被大大削落（經(jīng)試驗(yàn)，所用母材的抗拉強(qiáng)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(qū)的脆性不能消除。當(dāng)加熱溫度為280℃，保溫10 min時效果最好，熱影響區(qū)的抗拉強(qiáng)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(qū)的顯微硬度，發(fā)現(xiàn)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(huán)形鋼絲不但應(yīng)能滿足一定的強(qiáng)度和彈性要求，而且具有一定的疲勞強(qiáng)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(xù)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(qiáng)度極佳的回火索氏體。彈簧鋼淬火加熱應(yīng)選用少氧或無氧化的設(shè)備如鹽浴爐、保護(hù)氣氛爐等，防止氧化脫碳。
彈簧鋼熱處理后還要進(jìn)行噴丸處理，強(qiáng)化表面，產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，提高疲勞強(qiáng)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(xù)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(xù)拉拔三次，總變形量達(dá)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(zhuǎn)化為索氏體組織。屈服強(qiáng)度為1600Mpa,冷卷成形后，在200-300℃退火消除應(yīng)力即可。
2）油淬火回火鋼絲
鋼絲拉拔到處理尺寸后，進(jìn)行油淬火回火。這類鋼絲的強(qiáng)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(jìn)行去應(yīng)力處理。
3）退火狀態(tài)鋼絲
將鋼絲拉拔到規(guī)定尺寸，再進(jìn)行退火處理。軟化后的鋼絲冷卷成形后，需經(jīng)過淬火+中溫回火后才能獲得所需的力學(xué)性能。
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