彈簧是機械行業(yè)和日常生活中常用的零件。彈簧在彈性范圍內(nèi)使用,卸載后應(yīng)回復(fù)到原來位置,希望塑性變形越小越好,因此鋼絲應(yīng)具有高的彈性極限,屈服強度和抗拉強度。屈強比越高,彈性極限就越接近抗拉強度,因而越能提高強度利用率,制成的彈簧彈力越強。 彈簧依靠彈性變形吸收沖擊能量,所以彈簧鋼絲不一定要有很高的塑性,但起碼要有能承受彈簧成型的塑性,以及足夠的能承受沖擊能量的韌性。 彈簧通常在交變應(yīng)力作用下長期工作,因此要有很高的疲勞極限,以及良好的抗蠕變和抗松弛性能。 在特定環(huán)境中使用的彈簧,對鋼絲還會有一些特殊要求,例如:在腐蝕介質(zhì)中使用的彈簧,必須有良好的抗腐蝕性能。精密儀器中使用的彈簧,應(yīng)具有長期穩(wěn)定性和靈敏性,溫度系數(shù)要低,品質(zhì)因素要高,后效作用要小,彈性模量要恒定。在高溫條件下工作的彈簧,要求在高溫時仍能保持足夠的彈性極限和良好的抗蠕變性能等。 此外,還應(yīng)考慮彈簧鋼絲的成形工藝和熱處理工藝。冷拉彈簧鋼絲和油淬火回火彈簧鋼絲都以供貨狀態(tài)鋼絲直接繞制彈簧,彈簧成形后經(jīng)消除應(yīng)力處理直接使用。冷拉彈簧鋼絲的抗拉強度要略高于油淬火回火鋼絲。大規(guī)格冷拉鋼絲彈力太大,繞制彈簧很困難,所以冷拉彈簧鋼絲使用規(guī)格一般小于8.0mm,油淬火回火鋼絲使用規(guī)格一般小于13.0mm。實際上直徑13.0mm彈簧多選用輕拉狀態(tài)彈簧鋼絲,冷拉繞制成形后再淬回火使用。直徑15.0mm以上鋼絲大多采用加熱繞制工藝制簧。 彈簧根據(jù)運行狀態(tài)可分為靜態(tài)簧和動態(tài)簧。靜態(tài)彈簧指服役期振動次數(shù)有限的彈簧,如安全閥彈簧,彈簧墊,秤盤彈簧,定載荷彈簧,機械彈簧,手表游絲等。動態(tài)彈簧指服役期振動次數(shù)達1×106次以上的彈簧,如發(fā)動機閥門彈簧,車輛懸掛簧,防震彈簧,聯(lián)軸器彈簧,電梯緩沖彈簧等。靜態(tài)彈簧選材時主要考慮抗拉強度和穩(wěn)定性,動態(tài)彈簧選材時主要考慮疲勞,松弛及共振性能。 彈簧根據(jù)負荷狀況可分為輕載荷、一般載荷和重載荷三種狀態(tài)。輕載荷指承受靜態(tài)應(yīng)力,應(yīng)力較低,變形量較小的彈簧,如安全裝置用彈簧,吸收振動用彈簧等。設(shè)計使用壽命103~104次。 一般載荷指設(shè)計壽命105~106次,在振動頻率300次/min條件下使用的普通彈簧。在許用應(yīng)力范圍內(nèi),壽命保證1×106次,載荷應(yīng)力越低,壽命越長。 重載荷指長時間工作、振動頻繁的彈簧。如閥門彈簧,空氣錘、壓力機、液壓控制器彈簧,其載荷較高,常常在低于許用應(yīng)力10%左右使用,使用壽命大于1×106次,通常為107次。 彈簧選材的原則是:首先滿足功能要求,其次是強度要求,后才考慮經(jīng)濟性。 碳素彈簧鋼是彈簧鋼中用途廣泛,用量大的鋼類。鋼中含0.60%~0.90%的碳和0.3%~1.20%的錳,不再添加其它合金元素,使用成本相對較低。碳素彈簧鋼絲經(jīng)適當?shù)募庸せ驘崽幚?,可以獲得很高的抗拉強度,足夠的韌性和良好的疲勞壽命。但碳素鋼絲的淬透性低,抗松弛性能和耐蝕性能差,彈性模量的溫度系數(shù)較大(高達300×10-6/℃),適用于制造截面較小,工作溫度較低(120℃>)的彈簧。 合金彈簧鋼一般含0.45%~0.70%的碳和一定量的Si,Mn,Cr,V,W及B等合金元素。合金元素的加入改善彈簧鋼的抗松弛性能,提高鋼的韌性,同時顯著提高鋼的淬透性和使用溫度,適用于制造較大截面,較高溫度下使用的彈簧。
特性和應(yīng)用:
1. 65 、70 、85: 可得到很高強度、硬度、屈強比,但淬透性小,耐熱性不好,承受動載和疲勞載荷的能力低 應(yīng)用廣泛,但多用于工作溫度不高的小型彈簧或不太重要的較大彈簧。如汽車、拖拉機、鐵道車輛及一般機械用的彈簧
65Mn 成分簡單,淬透性和綜合力學(xué)性能、脫碳等工藝性能均比碳鋼好,但對過熱比較敏感,有回火脆性,淬火易出裂紋 價格較低,用量很大。制造各種小截面扁簧、圓簧、發(fā)條等,亦可制氣門彈簧、彈簧環(huán),減振器和離合器簧片、剎車簧等。
2. 55Si2Mn 、60Si2Mn 、60Si2MnA硅含量(Wsi)高(上限達2.00%),
強度高,彈性好??够鼗鸱€(wěn)定性好。易脫碳和石墨化。淬透性不高 。
主要的彈簧鋼類,用途很廣。制造各種彈簧,如汽車、機車、拖拉機的板簧、螺旋彈簧,汽缸安全閥簧及一些在高應(yīng)力下工作的重要彈簧,磨損嚴重的彈簧。
55Si2MnB 因含硼,其淬透性明顯改善 輕型、中型汽車的前后懸掛彈簧、副簧。
55Si2MnB 我國自行研制的鋼號,淬透性、綜合力學(xué)性能、疲勞性能均較60Si2Mn鋼好 主要制造中、小型汽車的板簧,使用效果好,亦可制其他中等截面尺寸的板簧、螺旋彈簧 。
3. 60Si2CrA 60Si2CrVA
高強度彈簧鋼。淬透性高,熱處理工藝性能好。因強度高,卷制彈簧后應(yīng)及時處理消除內(nèi)應(yīng)力 制造載荷大的重要大型彈簧。60Si2CrA可制汽輪機汽封彈簧、調(diào)節(jié)彈簧、冷凝器支承彈簧、高壓水泵碟形彈簧等。60Si2CrVA鋼還制作極重要的彈簧,如常規(guī)武器取彈鉤彈簧、破碎機彈簧。
4. 55CrMnA
60CrMnA 突出優(yōu)點是淬透性好,另外熱加工性能、綜合力學(xué)性能、抗脫碳性能亦好 大截面的各種重要彈簧,如汽車、機車的大型板簧、螺旋彈簧等。
5. 60CrMnMoA
在現(xiàn)有各種彈簧鋼中淬透性。力學(xué)性能、抗回火穩(wěn)定性等亦好 大型土木建筑、重型車輛、機械等使用的超大型彈簧。鋼板厚度可達35mm以上,圓鋼直徑可超過60mm
6. 50CrVA
少量釩提高彈性、強度、屈強比和彈減抗力,細化晶粒,減小脫碳傾向。碳含量較小,塑性、韌性較其他彈簧鋼好。淬透性高,疲勞性能也好 各種重要的螺旋彈簧,特別適宜作工作應(yīng)力振幅高、疲勞性能要求嚴格的彈簧,如閥門彈簧、噴油嘴彈簧、氣缸脹圈、安全閥簧等
7. 60CrMnBA
淬透性比60CrMnA高,其他各種性能相似 尺寸更大的板簧、螺旋彈簧、扭轉(zhuǎn)彈簧等。
8. 30W4Cr2VA
高強度耐熱彈簧鋼。淬透性很好。高溫抗松弛和熱加工性能也很好 工作溫度500~C以下的耐熱彈簧,如汽輪機主蒸汽閥彈簧、汽封彈簧片、鍋爐安全閥彈簧、400t鍋爐碟形閥彈簧等。
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