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东莞市长安美德模具钢材有限公司
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关 键 词：高性能弹簧钢
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发布时间：2011-10-07
弹簧是机械行业和日常生活中较常用的零件。弹簧在弹性范围内使用，卸载后应回复到原来位置，希望塑性变形越小越好，因此钢丝应具有高的弹性极限，屈服强度和抗拉强度。屈强比越高，弹性极限就越接近抗拉强度，因而越能提高强度利用率，制成的弹簧弹力越强。
弹簧依靠弹性变形吸收冲击能量，所以弹簧钢丝不一定要有很高的塑性，但起码要有能承受弹簧成型的塑性，以及足够的能承受冲击能量的韧性。
弹簧通常在交变应力作用下长期工作，因此要有很高的疲劳极限，以及良好的抗蠕变和抗松弛性能。
在特定环境中使用的弹簧，对钢丝还会有一些特殊要求，例如：在腐蚀介质中使用的弹簧，必须有良好的抗腐蚀性能。精密仪器中使用的弹簧，应具有长期稳定性和灵敏性，温度系数要低，品质因素要高，后效作用要小，弹性模量要恒定。在高温条件下工作的弹簧，要求在高温时仍能保持足够的弹性极限和良好的抗蠕变性能等。
此外，还应考虑弹簧钢丝的成形工艺和热处理工艺。冷拉弹簧钢丝和油淬火回火弹簧钢丝都以供货状态钢丝直接绕制弹簧，弹簧成形后经消除应力处理直接使用。冷拉弹簧钢丝的抗拉强度要略**油淬火回火钢丝。大规格冷拉钢丝弹力太大，绕制弹簧很困难，所以冷拉弹簧钢丝使用规格一般小于8.0mm，油淬火回火钢丝使用规格一般小于13.0mm。实际上直径13.0mm弹簧多选用轻拉状态弹簧钢丝，冷拉绕制成形后再淬回火使用。直径15.0mm以上钢丝大多采用加热绕制工艺制簧。
弹簧根据运行状态可分为静态簧和动态簧。静态弹簧指服役期振动次数有限的弹簧，如安全阀弹簧，弹簧垫，秤盘弹簧，定载荷弹簧，机械弹簧，手表游丝等。动态弹簧指服役期振动次数达1×106次以上的弹簧，如发动机阀门弹簧，车辆悬挂簧，防震弹簧，联轴器弹簧，电梯缓冲弹簧等。静态弹簧选材时主要考虑抗拉强度和稳定性，动态弹簧选材时主要考虑疲劳，松弛及共振性能。
弹簧根据负荷状况可分为轻载荷、一般载荷和重载荷三种状态。轻载荷指承受静态应力，应力较低，变形量较小的弹簧，如安全装置用弹簧，吸收振动用弹簧等。设计使用寿命103～104次。
一般载荷指设计寿命105～106次，在振动频率300次/min条件下使用的普通弹簧。在许用应力范围内，寿命保证1×106次，载荷应力越低，寿命越长。
重载荷指长时间工作、振动频繁的弹簧。如阀门弹簧，空气锤、压力机、液压控制器弹簧，其载荷较高，常常在低于许用应力10%左右使用，使用寿命大于1×106次，通常为107次。
弹簧选材的原则是：首先满足功能要求，其次是强度要求，最后才考虑经济性。
碳素弹簧钢是弹簧钢中用途广泛，用量较大的钢类。钢中含0.60%～0.90%的碳和0.3%～1.20%的锰，不再添加其它合金元素，使用成本相对较低。碳素弹簧钢丝经适当的加工或热处理，可以获得很高的抗拉强度，足够的韧性和良好的疲劳寿命。但碳素钢丝的淬透性低，抗松弛性能和耐蚀性能差，弹性模量的温度系数较大(高达300×10-6/℃)，适用于制造截面较小，工作温度较低(120℃>)的弹簧。
合金弹簧钢一般含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弹簧钢的抗松弛性能，提高钢的韧性，同时显著提高钢的淬透性和使用温度，适用于制造较大截面，较高温度下使用的弹簧。
用以製造弹簧或类似弹簧性能零件的钢类。具有高的弹性极限﹑疲劳极限(尤其是缺口疲劳极限)以及一定的衝击韧性和塑性﹐主要在衝击﹑震动等动载荷或长期週期变应力的条件下使用。所以在各种状态下工作的弹簧都要有良好的表面质量和较高的抗疲劳性能。在工艺性能上﹐需经淬火﹑回火的弹簧钢﹐应具有一定的淬透性﹐不易脱碳﹐过热敏感性低和塑性较高﹐在热状态下易於成形。製造小尺寸弹簧用的钢丝要有均匀的硬度和一定的塑性。
类别 弹簧钢按生產方法﹐可分为热轧弹簧钢和冷拉(轧)弹簧钢。热轧弹簧钢包括製造螺旋弹簧﹑扭力杆用的圆钢或梯形钢和製造板簧的扁钢﹔冷拉(轧)弹簧钢包括製造小规格螺旋弹簧的冷拉钢丝和製造发条以及各种弹簧片的冷轧钢带。合金弹簧钢中通常含锰﹑硅﹑铬﹑鉬﹑钨﹑钒和微量的硼﹐这些合金元素都可提高钢的淬透性﹐锰和硅固溶入铁素体中﹐可提高屈服强度。铬﹑钨﹑钒可以提高钢的弹性极限﹑屈强比和耐热性。按所含合金元素﹐常用的弹簧钢可分为：
碳素弹簧钢价格低廉﹐用途广泛。如表面状态和热处理组织相同﹐疲劳极限并不低於合金弹簧钢。缺点是淬透性和屈服强度较低﹔截面较大的弹簧﹐油淬时不能淬透﹐水淬时容易开裂。如增加含碳量﹐虽能提高强度和弹性极限﹐却会降低衝击韧性和塑性﹐尤其是降低低温韧性。中国的碳素弹簧钢有65﹑70﹑75﹑85四个钢号。
单纯含锰弹簧钢 如65Mn﹐锰含量为0.90～1.20％。增加锰含量可提高钢的淬透性和强度﹐减小脱碳倾向﹔缺点是有过热敏感性和回火脆性﹐且易產生淬火裂纹﹐所以只适於製造各种小尺寸扁弹簧﹑圆弹簧。
硅锰弹簧钢是主要的热轧合金弹簧钢种﹐中国有55Si2Mn﹑60Si2Mn﹑60Si2MnA﹑70Si3MnA四个钢号。硅含量为1.50～2.80％﹐锰含量为0.60～0.90％。钢中加硅可显著提高弹性极限和屈强比﹐提高回火稳定性﹔但易形成硅酸盐等夹杂物﹐增加脱碳敏感性。钢中碳和硅的含量均较高时﹐碳易於石墨化。这类钢广泛用於製作汽车﹑拖拉机﹑机车上的减震板簧和螺旋弹簧﹐以及要求承受较高应力的弹簧。
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