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一 定义

弹簧钢是指由于在淬火和回火状态下的弹性,而专门用于制造弹簧和弹性元件的钢。钢的弹性取决于其弹性变形的能力,即在规定的范围之内,弹性变形的能力使其承受一定的载荷,在载荷去除之后不出现永久变形。

弹簧钢应具有优良的综合性能,如力学性能(特别是弹性极限,强度极限,屈强比),抗弹减性能(即抗弹性减退性能,又称抗松弛性能),疲劳性能,淬透性,物理化学性能(耐热,耐低温,抗氧化,耐腐蚀等)。为了满足上述性能要求,弹簧钢具有优良的冶金质量(高的纯洁度和均匀性),良好的表面质量(严格控制表面缺陷和脱碳),精确的外形和尺寸。

根据《钢分类》标准,按照基本性能及使用特性一,弹簧钢属于机械结构用钢；按照质量等级,属于特殊质量钢,即在生产过程中需要特别严格控制质量和性能的钢。按照我国习惯,弹簧钢属于特殊钢

二 分类

.碳素弹簧钢
碳素弹簧钢的碳含量(质量分数)一般在0.62%~0.90%。按照其锰含量又分为一般锰含量(质量分数) (0.50%~0.80%)如65,70,85和较高锰含量(质量分数) (0.90~1.20%),如65Mn两类。

2.合金弹簧钢
合金弹簧钢是在碳素钢的基础上,通过适当加入一种或几种合金元素来提高钢的力学性能,淬透性和其他性能,以满足制造各种弹簧所需性能的钢。

合金弹簧钢的基本组成系列有,硅锰弹簧钢,硅铬弹簧钢,铬锰弹簧钢,铬钒弹簧钢,钨铬钒弹簧钢等。在这些系列的基础上,有一些牌号为了提高其某些方面的性能而加入了钼,钒或硼等合金元素。

此外,还从其他钢类,如优质碳素结构钢,碳素工具钢,高速工具钢,不锈钢,选择一些牌号作为弹簧用钢。

弹簧钢概述

弹簧在冲击,振动或长期交应力下使用,所以要求弹簧钢有高的抗拉强度,弹性极限,高的疲劳强度。在工艺上要求弹簧钢有一定的淬透性,不易脱碳,表面质量好等 碳素弹簧钢即含碳量WC在0.6%-0.9%范围内的优质碳素结构钢。合金弹簧钢主要是硅锰系钢种,它们的含碳量稍低,主要靠增加硅含量Wsi提高性能；另外还有硌,钨,钒的合金弹簧钢。

材料名称：弹簧钢
牌号：60Si2Mn
标准：GB/T 1222-1984
●特性及适用范围：
是应用广泛的硅锰弹簧钢,强度,弹性和淬透性较 55Si2Mn稍高。适于铁道车辆,汽车拖拉机工业上制作承受较大负荷的扁形弹簧或线径在30mm以下的螺旋弹簧,也适于制作工作温度在250 ℃以下非腐蚀介质中的耐热弹簧以及承受交变负荷及在高应力下工作的大型重要卷制弹簧。
●化学成份：
碳 C ：0.56～0.64
硅 Si：1.50～2.00
锰 Mn：0.60～0.90
硫 S ：≤0.035
磷 P ：≤0.035
铬 Cr：≤0.35
镍 Ni：≤0.35
铜 Cu：≤0.25
●力学性能：
抗拉强度 σb (MPa)：≥1274(130)
屈服强度 σs (MPa)：≥1176(120)
伸长率 δ10 (％)：≥5
断面收缩率 ψ (％)：≥25

1.热处理

弹簧钢要求较高的强度和疲劳极限,一般在淬火＋中温回火的状态下使用,以获得较高的弹性极限。热处理工艺技术对弹簧内在质量有着至关重要的影响。因此,如何进一步提高弹簧疲劳寿命,需进一步研究,尤其是化学表面改性热处理,喷丸强化等都对弹簧疲劳寿命产生重要影响。为进一步强化气门弹簧的表面强度,增加压应力,提高疲劳寿命,气门弹簧成形后,要进一步经过渗氮,低温液体碳氮共渗或硫氮共渗处理,然后经喷丸强化。例如,日本将f4mm的si－cr油淬钢丝经450℃×4.5h低温体碳氮共渗与经400℃×15min中温回火进行对比,其疲劳极限可提高240mpa。氮的渗入,不仅消除了脱碳的不良影响,而且还提高了残余压应力,同时经渗氮和低温液体碳氮共渗的气门弹簧高温强度提高,150℃时的变形量为0.2%(规定值为0.5%),250℃的变形量为0.56%,提高了气门弹簧的热稳定性和抗松弛稳定性,但渗氮和液体碳氮共渗时间应严格控制,否则会形成网状硫化物和网状氮化物,反而会降低其疲劳强度。 　　气门弹簧提高强度的方法还可以选择喷丸,经生产实践表面气门弹簧喷丸可用两种丸粒,一种直径为0.8mm,其显微硬度为720hv0.2,另一种直径0.25mm,其显微硬度为800hv0.2,三次喷丸可达到较好的强化效果,又可使表面质量得到改善。

合金化

碳是钢中的主要强化元素,对弹簧钢的影响往往超过其他合金元素。根据使用要求,弹簧钢材料应是中高碳的合金钢。当今世界各国普遍采用的弹簧钢,含碳量绝大部分在0.45%～0.65%。 　　为了克服弹簧钢强度提高后韧性和塑性降低的难题,也有降低碳含量的趋势。我国对低碳马氏体弹簧钢进行了深入的研究,如28mnsib,35mnsib等,其碳含量在0.30%左右。实践表明,这些弹簧钢可以在低温回火的板条状马氏体下使用,有足够强度和优良的综合力学性能,尤其是塑性,韧性极好。日本研究开发的几种高强度弹簧钢,如uhs1900,vhs2000,nd120s,nd250s等,碳含量均在0.40%左右。

合金元素在弹簧钢中的主要作用是提高力学性能,改善工艺性能及赋予某些特殊性能(如耐高温,耐蚀)等。 　　很多弹簧钢以硅为主要合金元素,它是对弹减抗力影响最大的合金元素,这主要是由于硅具有强烈的固溶强化作用；同时,硅能抑制渗碳体在回火过程中的晶核形成和长大,改变回火时析出碳化物的数量,尺寸和形态,提高钢的回火稳定性。目前,国内钢材牌号中wsi为1.8%～2.2%,是现有标准中含硅最高的弹簧钢。但硅含量如果过高,将促进钢在轧制和热处理过程中的脱碳和石墨化倾向,并且使冶炼困难和易形成夹杂物,因此,过高硅含量弹簧钢的使用仍需慎重。 　　由于铬能够显著提高钢的淬透性,阻止si－cr钢球化退火时的石墨化倾向,减少脱碳层,因此是弹簧钢中的常用合金元素,以铬为主要强化元素的弹簧钢50crv使用较广泛。 锰是提高淬透性最有效的合金元素,它溶入铁素体中有固溶性化作用。研究表明,wmn必须大于0.5%,以使淬火时弹簧钢心部完全较变为马氏体,但当wmn超过1.5%时,韧性明显下降,这在选择弹簧钢时应优先考虑的。 　　钼可以提高钢的淬透性,防止回火脆性,改善疲劳性能,现有标准中加钼的弹簧钢不多,加入量一般在0.4%以下。 钒是强碳化物形成元素,固态下所析出的细小弥散的mc型碳化物具有很强的沉淀强化效果。在35crmnb钢中加入0.11%v,可显著提高钢的淬透性,还发现钒能有效降低35simnb钢的脱碳敏感性,认为这与钒降低钢中有效固溶碳,防止晶粒长大和阻止晶界扩散并提高抗氧化性有关。