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彈簧材料應具備的性能

日期:2022-07-20 10:09:31

1)高的強度:為提高彈簧K疲勞破壞和K松弛的能力,彈簧材料應具有高的屈服強度 與彈性JX ,尤其要有高的屈強比( / )。在通常情況下,材料的彈性JX與屈服強度成正比,因此彈簧設計和制造者總是希望材料具有高的屈服強度.而彈簧材料的抗拉強度 和屈服強度 接近,如冷拔碳素鋼絲的 約為 的90%左右:由于抗拉強度比屈服強度容易測得,在材料交貨中提供的都是K拉強度,故在設計制造時用抗拉強度作為依據。但材料的K拉強度并不是越高越好,強度過高會降低材料的塑性和韌性,增加脆性傾向。材料抗拉強度的高低與其化學成分、金相組織、熱處理狀況、冷加工(拉拔或軋制)程度及其他強化工藝等因素有關。K拉強度與疲勞強度也有關系,當材料的 在1600MPa以下時,其疲勞強度隨抗拉強度的增高而增高。材料的疲勞強度與K拉強度遵循的關系是:   (其中 為材料在對稱循環下的疲勞強度)。

    2)良好的塑性和韌性:在彈簧制造過程中材料需經受不同程度的加工變形,因此要求材料具有可塑性。例如形狀復雜的拉伸和扭轉彈簧的鉤環及扭臂,當曲率半徑很小時,在加工卷繞或沖壓彎曲成形時,彈簧材料均不得出現裂紋、折損等缺陷。同時彈簧在承受沖擊載荷或變載荷時,材料應具有良好的韌性,這樣對提高彈簧的使用壽命會有很大的裨益。

     3)優良的表面狀態和疲勞性能:彈簧工作時表面承受的應力大,而疲勞破壞往往是從鋼絲表面開始的,對于用在重要場合的彈簧如氣門彈簧、閥門彈簧及懸架彈簧都要求有幾百萬次,幾千萬次甚至更長的循環壽命,這就對材料的疲勞性能提出了很高的要求。影響材料疲勞性能的因素很多,如材料的化學成分、硬度、鋼材的純凈程度、表面質量和金相組織等,尤為重要的是材料的表面質量。材料的表面缺陷,如裂紋、折疊、鱗皮、銹蝕、凹坑、劃痕和壓痕等,都易使彈簧在工作過程中造成應力集中。其應力集中的部位常常是造成疲勞破壞的疲勞源。疲勞源還易在表面脫碳的部位首先發生,因此嚴格控制脫碳層深度也是個很重要的質量指標。為提高彈簧材料的表面質量,可以對材料表面進行磨光或拋光,在鋼絲拉拔前采用剝皮工藝剝除層材料表皮,這樣可以將大部分表面缺陷去掉。彈簧熱處理時可采用控制氣氛或真空熱處理,避免表面脫碳和氧化。

    4)嚴格的尺寸精度:許多彈簧對負荷精度有高的要求,如氣門彈簧的負荷偏差不得大于規定負荷的5%—6%,以具有圓鋼絲的拉、壓彈簧為例,如果鋼絲直徑偏差為1%,負荷就會產生4%左右的偏差。由此可見,嚴格的尺寸精度對彈簧的質量也是十分重要的。

    5)好的均勻性:對材料的均勻性要求是指對材料的化學成分、力學性能、尺寸偏差等各項指標要求均勻和穩定。如果材料各方面性能不同,會給彈簧生產帶來很大的困難,造成產品幾何尺寸、硬度、負荷等參數的離散性,嚴重的不均勻性甚至會造成廢品。

    為了滿足上述性能要求,彈簧鋼須具有優良的冶金質量,包括嚴格控制的化學成分、高的純潔度、低的雜質含量、低的非金屬夾雜物含量,并控制其形態、粒度和分布。此外還要求鋼質的均勻性和穩定性。彈簧鋼還應具有良好的表面質量(包括表面脫碳)和高精度的外形和尺寸。

    目前采用電爐或轉爐生產彈簧鋼,其te點是功率大、容量大,在確保鋼的質量同時具有經濟性,用作機械用彈簧材料。對于高使用性能彈簧的材料,目前,采用鋼包精煉、真空脫氣等爐外精煉技術,如鋼包吹氬、鋼包精煉爐(LF)、真空處理(RH)等,以控制化學成分、降低氣體和各種非金屬夾雜物含量等。而且還采用非金屬夾雜物控制技術,控制非金屬夾雜物的形態、粒度和分布,如喂人鈣絲、噴吹鈣粉等使非金屬夾雜物中含有CaO,并控制其粒度;在煉鋼過程中通過調整脫氧劑和爐渣成分來改變非金屬夾雜物的成分,使其在熱軋時容易塑性變形。使用RH脫氣技術,可使氧含量大大降低,從而顯著提高疲勞壽命。

    在彈簧鋼生產中已采用連鑄。與模鑄相比,采用連鑄可通過電磁攪拌、低溫鑄造等技術減小鋼的偏析,提高鋼質的均勻性;減少二次氧化,改善鋼的表面脫碳;使鋼的組織和性能穩定、均勻;提高收得率和生產效率;與爐外精煉技術相配合降低氧含量和有效地控制鋼的化學成分。 

    在對彈簧鋼材的尺寸偏差、截面形狀、表面質量(包括表面脫碳層深度)和沿鋼材長度顯微組織均勻性的要求不斷提高的情況下,國外采用了縱列式全連續軋機,并不斷改進以實現高速、無扭、無張力軋制。為了確保鋼材尺寸精度采用短應力線或預應力軋機。

拉伸彈簧.jpg


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