彈簧鋼是制造各種彈簧及彈簧元件的鋼類,是最重要的彈簧材料,用量大,用途廣。應具有各種優異的性能,如力學性能(特別是彈性極限、強度極限和屈強比)、疲勞性能、淬透性、物理化學性能(耐熱、耐低溫、耐蝕)、加工成形性能。為此應有優良的冶金質量,如高的純度、均勻性;良好的表面質量,表面脫碳和各種缺陷要嚴格控制;鋼材的精確外形和尺寸。從成分上分為碳素彈簧鋼、合金彈簧鋼和特殊彈簧鋼。碳素彈簧鋼的含碳量均在0.6%以上。合金彈簧鋼有Si-Mn、Cr—Mn、Cr-Si、Cr-V、CrMnB等系列。
相關材料
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。按照中國習慣,彈簧鋼屬于特殊鋼,制作彈簧鋼的時候技術要求比較高,過硬的技術直接決定品質的高低。
按照化學成分分類
根據GB/T 13304 標準,彈簧鋼按照其化學成分分為非合金彈簧鋼(碳素彈簧鋼)和合金彈簧鋼。
碳素彈簧鋼的碳含量(質量分數)一般在0.62%~0.90%。按照其錳含量又分為一般錳含量(質量分數) (0.50%~0.80%)如65、70、85和較高錳含量(質量分數) (0.90~1.20%),如65Mn兩類。
合金彈簧鋼是在碳素鋼的基礎上,通過適當加入一種或幾種合金元素來提高鋼的力學性能、淬透性和其他性能,以滿足制造各種彈簧所需性能的鋼。
合金彈簧鋼的基本組成系列有,硅錳彈簧鋼、硅鉻彈簧鋼、鉻錳彈簧鋼、鉻釩彈簧鋼、鎢鉻釩彈簧鋼等。在這些系列的基礎上,有一些牌號為了提高其某些方面的性能而加入了鉬、釩或硼等合金元素。
此外,還從其他鋼類,如優質碳素結構鋼、碳素工具鋼、高速工具鋼、不銹鋼,選擇一些牌號作為彈簧用鋼。
按照生產加工方法分類
⒈ 熱軋 (鍛)鋼材包括熱軋軋圓鋼、方鋼、扁鋼、鋼板,鍛制圓鋼、方鋼。
⒉冷拉(軋) 鋼材 包括鋼絲、鋼帶、冷拉材 (冷拉圓鋼)。
按照鋼材交貨狀態分類
⒈ 熱軋 (鍛) 鋼材
A.以熱軋 (鍛) 狀態交貨 鋼材經熱成形制成彈簧,然后進行淬火和回火處理。
B.以退火狀態交貨 鋼材經冷成形制成彈簧,然后進行淬火和回火處理。
以上均應符合相應的交貨狀態硬度的規定。
⒉ 冷拉 (軋) 鋼材
A.鋼絲
① 鹽浴等溫淬火冷拉鋼絲(又稱派登脫處理冷拉鋼絲) 鋼絲制成彈簧后只需進行低溫回火,以消除應力。
② 油淬火和回火鋼絲 冷拉成所需尺寸后,進行連續加熱、連續油淬火和鉛回火。鋼絲制成彈簧后只需進行底溫火,以消除應力。
③ 冷拉鋼絲 (即不經淬火和回火處理的鋼絲)
a. 以冷拉狀態交貨。
b. 以退火、正火或回火處理狀態交貨。
以上兩種狀態交貨的鋼絲制成彈簧后均需進行淬火和回火處理。
B.鋼帶
① 冷軋狀態交貨 制成彈簧后需進行低溫回火,以消除應力。
② 淬火和回火狀態交貨 制成彈簧后需進行低溫回火,以削除應力。
③ 退火火狀態交貨 制成彈簧后需進行淬火和回火處理
C.冷拉鋼材
以退火狀態交貨 鋼材經冷成形制成彈簧,然后進行淬火和回火處理。
其他分類方法
除以上所述外,還有一些其他分類方法,例如:
按交貨條件要求不同可分為按化學成分(力學性能)交貨和按淬透性交貨。按彈簧工作條件可分為承受靜載荷彈簧鋼、承受沖擊載荷彈簧鋼、耐高(低)溫彈簧和耐腐蝕彈簧鋼等。
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,結合中國資源,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。
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,結合中國資源,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。
一般彈簧鋼可用電爐、平爐或氧氣轉爐生產;質量較好或具有特殊性能的優質彈簧鋼,用電渣爐或真空爐煉制。彈簧鋼中碳、錳、硅等主要元素的規定含量范圍較窄,冶煉時必須嚴格控制化學成分。硅含量較高時容易形成氣泡等缺陷,鋼錠鍛軋后冷卻不當時易產生白點。因此,冶煉用的原材料必須干燥,盡量除去氣體及夾雜物,而且要避免鋼水過熱。
彈簧鋼在軋制加工中須特別注意脫碳和表面質量。鋼材表面嚴重脫碳時,會顯著降低鋼的疲勞極限。對于高硅彈簧鋼如70Si3MnA,應注意避免石墨化。因此,在熱加工時停軋溫度不應過低(≥850℃),避免在石墨化較易形成的溫度范圍(650~800℃)內停留時間過長。
彈簧制成后經噴丸處理能使彈簧表層產生殘余壓應力,以抵銷表層上的部分工作應力,抑制表層裂縫的形成,這可顯著提高彈簧的疲勞極限。
鋼號淬火溫度淬火介質硬度要求 回火溫度 冷卻介質 硬度要求 應用范圍
65780-830 水或油 400-600 線徑小于12-15mm的螺旋彈簧、彈簧墊圈
65Mn810-830 油或水 >60 370-400 水 42-50 5-10mm的板簧片及7-10mm的卷簧
50CrV850-870 油 >58 400-55 水 45-50截面較大和較重要的板簧片及螺旋彈簧
50CrV850-870 油 >58 370-420油 45-52 300C以下工作的高溫彈簧
60Si2MnA860-880 油 >60 500-520 水 HB363-444 厚度8-12mm的板簧片。
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