弹簧钢广泛应用于飞机铁道车辆汽车和拖拉机等运输工具和其他工业产品上有板簧钢圆柱弹簧涡卷弹簧蝶形弹***弹簧异形弹簧组合弹簧橡胶弹簧和空***簧等。弹簧钢是指由于其在淬火和回火状态下的弹性和弹性原件的钢。 弹簧工作在周期性的弯曲扭变等力变条件下经受拉压冲击疲劳腐蚀等多种作用有时还要承受极高的短时突加负荷。鉴于弹簧的工作条件比较恶劣因此对弹簧钢的要求十分严格必须具有良好的力学性能***性能抗弹减性工艺性能以及良好的加工性能等。
弹簧钢的分类
按化学成分大致可分为三类即碳素弹簧钢通用合金弹簧钢和特殊用途高合金弹簧钢 碳素弹簧钢碳含量一般在0.5%—0.8%主要用于性能要求不高的工作应力较低工作条件不很恶劣的小型弹簧如普通发动机阀门弹簧密封弹簧弹簧挡环等各种普通汽车用螺旋弹簧等。 通用合金碳素钢主要用来制造工作应力高工作条件苛刻的重要弹簧钢如航空和汽车工业制造发动机阀簧锅炉安全阀弹簧铁道车辆汽车拖拉机等的板簧螺旋弹簧及各种重型机械的减震器汽轮机汽封弹簧调节阀簧冷凝器支撑弹簧高压水泵蝶形弹簧等。 特殊用途弹簧钢主要用于工作环境温度高含有腐蚀介质制造形状复杂表面要求高的弹簧。如连铸机用的弹簧仪表垫圈挡圈等。 按生产方法分为热轧钢材和冷轧钢材 弹簧钢的合金元素组成及性能要求
碳的作用
碳是主要的强化元素对弹簧钢的性能起着至关重要的作用。碳溶解在弹簧钢的基体中形成间隙固溶体起固溶强化的作用它析出是形成的碳化物起析出强化的作用。合金元素含量相同时碳对淬火回火钢的强化效果大约为硅的5倍铬的9倍锰的18倍所以为保证弹簧钢具有足够的强度硬度弹性和***性能钢中必须含有相当高的碳含量这既是合金弹簧钢的碳含量一般都比合金结构钢高的原因。 碳的强化效果固然好但是当其含量大于0.5%时材料的塑韧性指标均开始下降尤其是韧性指标当碳含量大于0.4%是它便明显下降所以合金弹簧钢的碳含量一般在0.5%左右。 硅的作用 加硅对合金弹簧钢的主要目的是提高钢的弹性强度和回火稳定性含量多在1%以上甚至可达3%。硅提高弹减抗力的能力***强它具有强烈的固溶强化能力而且能***渗碳体在回火过程中的晶核形成和长大改变渗碳体的形状和间距。但当硅含量达到一定值2.2%左右后将使钢的Ac3温度升高其淬火***液容易不均匀且使韧性下降碳的活度增加钢的轧制抗力增大促进钢在轧制和热处理工程中的脱碳和石墨化倾向同时冶炼困难易形成夹杂物。因此高硅含量弹簧钢的使用仍需慎重。 锰 铬的作用 锰 铬是仅次于硅在弹簧钢中的常用的合金元素。锰可以提高淬透性提供充分的抗弹减性和强化铁素体。另外在连续冷却转变曲线中由于锰使铁素体转变起始线向右移动便于热加工成型操作。锰的含量应为0.50%—1,。50%锰含量必须大于0.5%以便淬火时弹簧钢芯部充分进行马氏体转变但是当锰含量超1.5%时韧性恶化。 铬提高了钢的淬透性同时***脱碳作用。当铬含量低于0.10%时作用不足而铬含量超过1.5%时钢的回火***不均匀不利于抗弹减性。由于铬大部分是溶于渗碳体中没有固溶强化的效果因此铬对改善抗弹减性不起作用。但适当的铬与硅钒等配合不仅可得到抗弹减性提高的钢种而且可降低碳的活度改善钢的脱碳倾向。由于铬对钢的其他性能如提高淬透性阻止Si-Cr钢球化退火时的石墨化倾向等有良好的作用因此是合金弹簧中常用的元素。
弹簧钢长剑的缺陷产生原因及防范措施
1.冶炼成分及夹杂气体的影响。碳和合金是强化材料的基本元素在保证弹簧力学性能的前提下碳及合金配比处于下限可降低硬度及脆性增加塑韧性从而提高材料的冷塑变能力有较大的影响只有加强冶炼工艺的控制才能降低这些因素对材料的影响。
2.碳偏析。轴心碳偏析是常见的冶金缺陷主要是金属的凝固结晶特点引起的浇铸及冷却不当会加重偏析的严重性。较大的区域内碳偏析对盘条脆性影响***大在拉拔和绕黄是极易产生断裂。小区域内碳偏析虽降低了材料的均匀性及塑韧性但不构成断裂失效。一方面采用合理的电磁搅拌工艺和控制浇铸温度和冷却速度能有效改善铸坯碳偏析。另一方面采用合适的加热制度促进铸坯内碳的扩散。
3.显微***及内应力的影响。从材料的冷变形能力角度细片状或球状珠光体是***良好的塑变***。较高的索氏体比例可保证良好的冷加工变形塑性。另外呈网状分布的铁素体会降低盘条界晶的强度和韧性塑变是易发生加工硬化导致脆性增大断裂敏***提高。钢材生产过程受热应力***应力和轧制应力的交替影响内应力大如未采取适当的暖冷措施及回火处理易达到材料的断裂极限。因此进行钢材缓冷或再回火处理使内应力降低以便于材料的冷加工变形。
4.脱碳。表面脱碳会引起表面硬度降低再加工中形成表面疲劳裂纹源对弹簧的疲劳寿命有重要影响。局部小范围内脱碳应是局部加热不匀造成的加热均匀性坯料的堆放位置烧嘴的燃烧方向应是产生脱碳的原因。同时高硅弹簧钢脱碳敏***强生产中设备故障灯原因也易导致加热温度过高或时间过长而发生脱碳。