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| 傳統(tǒng)彈簧鋼的強度水平難以滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的要求 |
| 發(fā)布者：聊城寬達鋼管有限公司 發(fā)布時間：2020-4-14 11:21 Tuesday 閱讀：1096次 【字體：大 中 小】 |
眾所周知，彈簧鋼力學(xué)性能在材料質(zhì)量保證的前提下取決于熱處理工藝，而熱處理工藝也應(yīng)根據(jù)所用材料來決定，彈簧鋼高強度化的一個重要途徑是充分發(fā)揮合金元素的作用，達到最佳合金化效果。彈簧鋼要求較高的強度和疲勞極限，一般在淬火+中溫回火的狀態(tài)下使用，以獲得較高的彈性極限。熱處理工藝技術(shù)對彈簧內(nèi)在質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響。因此，如何進一步提高彈簧疲勞壽命，需進一步研究，尤其是化學(xué)表面改性熱處理、噴丸強化等都對彈簧疲勞壽命產(chǎn)生重要影響。為進一步強化氣門彈簧的表面強度、增加壓應(yīng)力、提高疲勞壽命，氣門彈簧成形后，要進一步經(jīng)過滲氮、低溫液體碳氮共滲或硫氮共滲處理，然后經(jīng)噴丸強化。例如，日本將f4mm的si－cr油淬鋼絲經(jīng)450℃×4.5h低溫體碳氮共滲與經(jīng)400℃×15min中溫回火進行對比，其疲勞極限可提高240mpa。氮的滲入，不僅消除了脫碳的不良影響，而且還提高了殘余壓應(yīng)力，同時經(jīng)滲氮和低溫液體碳氮共滲的氣門彈簧高溫強度提高，150℃時的變形量為0.2%（規(guī)定值為0.5%），250℃的變形量為0.56%，提高了氣門彈簧的熱穩(wěn)定性和抗松弛穩(wěn)定性，但滲氮和液體碳氮共滲時間應(yīng)嚴格控制，否則會形成網(wǎng)狀硫化物和網(wǎng)狀氮化物，反而會降低其疲勞強度。為了克服彈簧鋼強度提高后韌性和塑性降低的難題，也有降低碳含量的趨勢。中國對低碳馬氏體彈簧鋼進行了深入的研究，如28mnsib、35mnsib等，其碳含量在0.30%左右。實踐表明，這些彈簧鋼可以在低溫回火的板條狀馬氏體組織下使用，有足夠強度和優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，尤其是塑性、韌性極好。日本研究開發(fā)的幾種高強度彈簧鋼，如uhs1900、vhs2000、nd120s、nd250s等，碳含量均在0.40%左右。彈簧鋼材有熱軋材、冷拉鋼材、冷軋鋼帶等。彈簧鋼的冶煉是很重要的，必須保證有優(yōu)良的冶金質(zhì)量，不僅要保證準(zhǔn)確的化學(xué)成分，而且要有高純凈度，硫、磷、氧、氮等含量要低，鋼質(zhì)均勻性、穩(wěn)定性要好。彈簧鋼的冶金質(zhì)量應(yīng)達到優(yōu)質(zhì)鋼、高級優(yōu)質(zhì)鋼的水平。
彈簧鋼的表面質(zhì)量和尺寸精度對彈簧的性能和壽命有極大的影響。因為彈簧鋼材交貨狀態(tài)的表面除去表面噴丸強化之外不再進行加工，因而也就是成品彈簧的工作表面，原有表面上的各種缺陷也留給了彈簧。所以彈簧鋼材表面要求極高，對脫碳、裂紋、折疊、結(jié)疤、夾雜、分層等限制極嚴。各種表面缺陷會使彈簧早期破壞、縮短壽命。以圓截面的鋼絲為例，成品彈簧的強度和剛度分別與鋼絲直徑的三次方和四次方成正比，鋼絲直徑的微小變化會導(dǎo)致彈簧性能的巨大波動，所以要嚴格控制鋼材的外形和尺寸公差。這樣，彈簧鋼的加工變形（熱軋、冷軋、冷拔等）就十分重要了，必須極認真地對待。
熱軋彈簧鋼材有圓鋼、方鋼、扁鋼等。鋼材表面質(zhì)量要求較高，可以熱軋態(tài)交貨或者經(jīng)熱處理后交貨，以保證硬度不超過規(guī)定值，便于制簧。熱軋材可以冷態(tài)制成螺旋彈簧，對于截面尺寸較大者需加熱后制成彈簧。彈簧成型后再經(jīng)淬火、中溫回火，回火溫度約為350～550℃，以獲得較高屈強比和良好的綜合力學(xué)性能。
因熱軋材截面尺寸較大，故應(yīng)采用淬透性足夠高的牌號，保證心部淬透。若心部出現(xiàn)非馬氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物，如鐵素體、貝氏體等，則回火后的性能降低，特別是疲勞性能。
冷拉（軋）彈簧鋼材包括鋼絲、鋼帶。這類鋼材的表面質(zhì)量和尺寸精度要求格外嚴格。鋼絲的生產(chǎn)工藝有油淬火和冷拉兩種。
油淬火鋼絲是把鋼絲冷拔到規(guī)定尺寸后再加熱、油淬火和鉛浴回火，故鋼絲出廠時已具備所需力學(xué)性能，制成彈簧后只要回火，消除應(yīng)力即可使用。優(yōu)點是整批性能均勻，穩(wěn)定，挺直性好，適于大批量生產(chǎn)，可制造各種重要彈簧，特別是閥門彈簧。牌號有65Mn、50CrVA、60Si2Mn、55CrSi等。
合金彈簧鋼絲也可以冷拉態(tài)交貨，或經(jīng)退火、正火、回火處理后交貨，制成彈簧后再淬火、回火。其性能不如油淬火鋼絲均勻、穩(wěn)定，生產(chǎn)效率也低，成本高，多用于小批量彈簧生產(chǎn)。
此外，最近也研究了用高頻感應(yīng)加熱處理高強度彈簧鋼絲的工藝。冷拉鋼絲在連續(xù)感應(yīng)加熱裝置上進行淬火和回火，其內(nèi)部組織均勻、細小，塑性和韌性以及彈減抗力、疲勞極限、斷裂韌性等都明顯優(yōu)于常規(guī)處理的鋼絲。這種鋼絲在美國、日本都已有生產(chǎn)，制造汽車、摩托車的懸掛彈簧、發(fā)動機閥門彈簧，卡車、拖車等的緊急制動彈簧及各種高強度機械彈簧，使用效果令人滿意。另外，感應(yīng)加熱處理在彈簧扁鋼生產(chǎn)上也得到應(yīng)用。
還有一種鋼絲生產(chǎn)工藝，即鉛浴等溫淬火。鋼材奧氏體化后在鉛浴中等溫，生成細小珠光體組織，然后冷拉到規(guī)定尺寸。通過調(diào)整鋼中碳含量和冷變形量控制鋼絲的力學(xué)性能，制簧后不需熱處理，只要消除加工應(yīng)力即可使用。應(yīng)用這種工藝生產(chǎn)的都是碳素鋼鋼絲，但也有少數(shù)合金鋼（如65Mn）鋼絲。
冷軋彈簧鋼帶一般也是冷軋或再經(jīng)退火后供貨，制成彈簧后再淬火回火處理，或僅回火以消除加工應(yīng)力。
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