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彈簧鋼是指由于在淬火和回火狀態(tài)下的彈性,而專門(mén)用于制造彈簧和彈性元件的鋼。鋼的彈性取決于其彈性變形的能力,即在規(guī)定的范圍之內(nèi),彈性變形的能力使其承受一定的載荷,在載荷去除之后不出現(xiàn)變形。彈簧鋼應(yīng)具有優(yōu)良的綜合性能,如力學(xué)性能(特別是彈性極限、強(qiáng)度極限、屈強(qiáng)比)、抗彈減性能(即抗彈性減退性能,又稱抗松弛性能)、疲勞性能、淬透性、物理化學(xué)性能(耐熱、耐低溫、抗氧化、耐腐蝕等)。為了滿足上述性能要求,彈簧鋼具有優(yōu)良的冶金質(zhì)量(高的純潔度和均勻性)、良好的表面質(zhì)量(嚴(yán)格控制表面缺陷和脫碳)、精確的外形和尺寸。
根據(jù)GB/T 13304《鋼分類》標(biāo)準(zhǔn),按照基本性能及使用特性一,彈簧鋼屬于機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼;按照質(zhì)量等級(jí),屬于特殊質(zhì)量鋼,即在生產(chǎn)過(guò)程中需要特別嚴(yán)格控制質(zhì)量和性能的鋼。按照中國(guó)習(xí)慣,彈簧鋼屬于特殊鋼,制作彈簧鋼的時(shí)候技術(shù)要求比較高,過(guò)硬的技術(shù)直接決定品質(zhì)的高低。
一、按照化學(xué)成分分類
根據(jù)GB/T 13304 標(biāo)準(zhǔn),彈簧鋼按照其化學(xué)成分分為非合金彈簧鋼(碳素彈簧鋼)和合金彈簧鋼。
碳素彈簧鋼
碳素彈簧鋼的碳含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))一般在0.62%~0.90%。按照其錳含量又分為一般錳含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) (0.50%~0.80%)如65、70、85和較高錳含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) (0.90~1.20%),如65Mn兩類。
合金彈簧鋼
合金彈簧鋼是在碳素鋼的基礎(chǔ)上,通過(guò)適當(dāng)加入一種或幾種合金元素來(lái)提高鋼的力學(xué)性能、淬透性和其他性能,以滿足制造各種彈簧所需性能的鋼。
合金彈簧鋼的基本組成系列有,硅錳彈簧鋼、硅鉻彈簧鋼、鉻錳彈簧鋼、鉻釩彈簧鋼、鎢鉻釩彈簧鋼等。在這些系列的基礎(chǔ)上,有一些牌號(hào)為了提高其某些方面的性能而加入了鉬、釩或硼等合金元素。
此外,還從其他鋼類,如優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼、高速工具鋼、不銹鋼,選擇一些牌號(hào)作為彈簧用鋼。
二、按照生產(chǎn)加工方法分類
⒈ 熱軋 (鍛)鋼材包括熱軋軋圓鋼、方鋼、扁鋼、鋼板,鍛制圓鋼、方鋼。
⒉冷拉(軋) 鋼材 包括鋼絲、鋼帶、冷拉材 (冷拉圓鋼)。
三、按照鋼材交貨狀態(tài)分類
⒈ 熱軋 (鍛) 鋼材
A.以熱軋 (鍛) 狀態(tài)交貨 鋼材經(jīng)熱成形制成彈簧,然后進(jìn)行淬火和回火處理。
B.以退火狀態(tài)交貨 鋼材經(jīng)冷成形制成彈簧,然后進(jìn)行淬火和回火處理。
以上均應(yīng)符合相應(yīng)的交貨狀態(tài)硬度的規(guī)定。
⒉ 冷拉 (軋) 鋼材
A.鋼絲
① 鹽浴等溫淬火冷拉鋼絲(又稱派登脫處理冷拉鋼絲) 鋼絲制成彈簧后只需進(jìn)行低溫回火,以消除應(yīng)力。
② 油淬火和回火鋼絲 冷拉成所需尺寸后,進(jìn)行連續(xù)加熱、連續(xù)油淬火和鉛回火。鋼絲制成彈簧后只需進(jìn)行底溫火,以消除應(yīng)力。
③ 冷拉鋼絲 (即不經(jīng)淬火和回火處理的鋼絲)
a. 以冷拉狀態(tài)交貨。
b. 以退火、正火或回火處理狀態(tài)交貨。
以上兩種狀態(tài)交貨的鋼絲制成彈簧后均需進(jìn)行淬火和回火處理。
B.鋼帶
① 冷軋狀態(tài)交貨 制成彈簧后需進(jìn)行低溫回火,以消除應(yīng)力。
② 淬火和回火狀態(tài)交貨 制成彈簧后需進(jìn)行低溫回火,以削除應(yīng)力。
③ 退火火狀態(tài)交貨 制成彈簧后需進(jìn)行淬火和回火處理
C.冷拉鋼材
以退火狀態(tài)交貨 鋼材經(jīng)冷成形制成彈簧,然后進(jìn)行淬火和回火處理。
四、其他分類方法
除以上所述外,還有一些其他分類方法,例如:
按交貨條件要求不同可分為按化學(xué)成分(力學(xué)性能)交貨和按淬透性交貨。
按彈簧工作條件可分為承受靜載荷彈簧鋼、承受沖擊載荷彈簧鋼、耐高(低)溫彈簧和耐腐蝕彈簧鋼等。
彈簧在沖擊、振動(dòng)或長(zhǎng)期交應(yīng)力下使用,所以要求彈簧鋼有高的抗拉強(qiáng)度、彈性極限、高的疲勞強(qiáng)度。在工藝上要求彈簧鋼有一定的淬透性、不易脫碳、表面質(zhì)量好等 碳素彈簧鋼即含碳量WC在0.6%-0.9%范圍內(nèi)的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。合金彈簧鋼主要是硅錳系鋼種,它們的含碳量稍低,主要靠增加硅含量Wsi提高性能;另外還有硌、鎢、釩的合金彈簧鋼。近年來(lái),結(jié)合中國(guó)資源,并根據(jù)汽車、拖拉機(jī)設(shè)計(jì)新技術(shù)的要求,研制出在硅錳鋼基礎(chǔ)上加入硼、鈮、鉬等元素的新鋼種,延長(zhǎng)了彈簧的使用壽命,提高了彈簧質(zhì)量。
彈簧在沖擊、振動(dòng)或長(zhǎng)期交應(yīng)力下使用,所以要求彈簧鋼有高的抗拉強(qiáng)度、彈性極限、高的疲勞強(qiáng)度。在工藝上要求彈簧鋼有一定的淬透性、不易脫碳、表面質(zhì)量好等 碳素彈簧鋼即含碳量WC在0.6%-0.9%范圍內(nèi)的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。合金彈簧鋼主要是硅錳系鋼種,它們的含碳量稍低,主要靠增加硅含量Wsi提高性能;另外還有硌、鎢、釩的合金彈簧鋼。近年來(lái),結(jié)合中國(guó)資源,并根據(jù)汽車、拖拉機(jī)設(shè)計(jì)新技術(shù)的要求,研制出在硅錳鋼基礎(chǔ)上加入硼、鈮、鉬等元素的新鋼種,延長(zhǎng)了彈簧的使用壽命,提高了彈簧質(zhì)量。
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(dá)到優(yōu)質(zhì)鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼的水平。
彈簧鋼的表面質(zhì)量和尺寸精度對(duì)彈簧的性能和壽命有極大的影響。因?yàn)閺椈射摬慕回洜顟B(tài)的表面除去表面噴丸強(qiáng)化之外不再進(jìn)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*,對(duì)脫碳、裂紋、折疊、結(jié)疤、夾雜、分層等限制極嚴(yán)。各種表面缺陷會(huì)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(qiáng)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(huì)導(dǎo)致彈簧性能的巨大波動(dòng),所以要嚴(yán)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(rèn)真地對(duì)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(guò)規(guī)定值,便于制簧。熱軋材可以冷態(tài)制成螺旋彈簧,對(duì)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(qiáng)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(hào),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(yán)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(shí)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(diǎn)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(mén)彈簧。牌號(hào)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(qiáng)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(jìn)行淬火和回火,其內(nèi)部組織均勻、細(xì)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(guó)、日本都已有生產(chǎn),制造汽車、摩托車的懸掛彈簧、發(fā)動(dòng)機(jī)閥門(mén)彈簧,卡車、拖車等的緊急制動(dòng)彈簧及各種高強(qiáng)度機(jī)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(xì)小珠光體組織,然后冷拉到規(guī)定尺寸。通過(guò)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。
鋼號(hào)淬火溫度淬火介質(zhì)硬度要求 回火溫度 冷卻介質(zhì) 硬度要求 應(yīng)用范圍
65780-830 水或油 400-600 線徑小于12-15mm的螺旋彈簧、彈簧墊圈
65Mn810-830 油或水 >60 370-400 水 42-50 5-10mm的板簧片及7-10mm的卷簧
50CrV850-870 油 >58 400-55 水 45-50截面較大和較重要的板簧片及螺旋彈簧
50CrV850-870 油 >58 370-420油 45-52 300C以下工作的高溫彈簧
60Si2MnA860-880 油 >60 500-520 水 HB363-444 厚度8-12mm的板簧片
1. 65 、70 、85鋼號(hào)
可得到很高強(qiáng)度、硬度、屈強(qiáng)比,但淬透性小,耐熱性不好,承受動(dòng)載和疲勞載荷的能力低 應(yīng)用非常廣泛,但多用于工作溫度不高的小型彈簧或不太重要的較大彈簧。如汽車、拖拉機(jī)、鐵道車輛及一般機(jī)械用的彈簧。
65Mn 成分簡(jiǎn)單,淬透性和綜合力學(xué)性能、脫碳等工藝性能均比碳鋼好,但對(duì)過(guò)熱比較敏感,有回火脆性,淬火易出裂紋 價(jià)格較低,用量很大。制造各種小截面扁簧、圓簧、發(fā)條等,亦可制氣門(mén)彈簧、彈簧環(huán),減振器和離合器簧片、剎車簧等。
2. 55Si2Mn 、60Si2Mn 、60Si2MnA
硅含量(Wsi)高(上限達(dá)2.00%)。
強(qiáng)度高,彈性好??够鼗鸱€(wěn)定性好。易脫碳和石墨化。淬透性不高。
主要的彈簧鋼類,用途很廣。制造各種彈簧,如汽車、機(jī)車、拖拉機(jī)的板簧、螺旋彈簧,汽缸安全閥簧及一些在高應(yīng)力下工作的重要彈簧,磨損嚴(yán)重的彈簧。
55Si2MnB 因含硼,其淬透性明顯改善 輕型、中型汽車的前后懸掛彈簧、副簧。
55Si2MnB 中國(guó)自行研制的鋼號(hào),淬透性、綜合力學(xué)性能、疲勞性能均較60Si2Mn鋼好 主要制造中、小型汽車的板簧,使用效果好,亦可制其他中等截面尺寸的板簧、螺旋彈簧。
3. 60Si2CrA 60Si2CrVA
高強(qiáng)度彈簧鋼。淬透性高,熱處理工藝性能好。因強(qiáng)度高,卷制彈簧后應(yīng)及時(shí)處理消除內(nèi)應(yīng)力 制造載荷大的重要大型彈簧。60Si2CrA可制汽輪機(jī)汽封彈簧、調(diào)節(jié)彈簧、冷凝器支承彈簧、高壓水泵碟形彈簧等。60Si2CrVA鋼還制作極重要的彈簧,如常規(guī)取彈鉤彈簧、破碎機(jī)彈簧。
4. 55CrMnA
60CrMnA 突出優(yōu)點(diǎn)是淬透性好,另外熱加工性能、綜合力學(xué)性能、抗脫碳性能亦好 大截面的各種重要彈簧,如汽車、機(jī)車的大型板簧、螺旋彈簧等。
5. 60CrMnMoA
在現(xiàn)有各種彈簧鋼中淬透性最高。力學(xué)性能、抗回火穩(wěn)定性等亦好 大型土木建筑、重型車輛、機(jī)械等使用的超大型彈簧。鋼板厚度可達(dá)35mm以上,圓鋼直徑可超過(guò)60mm。
6. 50CrVA
少量釩提高彈性、強(qiáng)度、屈強(qiáng)比和彈減抗力,細(xì)化晶粒,減小脫碳傾向。碳含量較小,塑性、韌性較其他彈簧鋼好。淬透性高,疲勞性能也好 各種重要的螺旋彈簧,特別適宜作工作應(yīng)力振幅高、疲勞性能要求嚴(yán)格的彈簧,如閥門(mén)彈簧、噴油嘴彈簧、氣缸脹圈、安全閥簧等。
7. 60CrMnBA
淬透性比60CrMnA高,其他各種性能相似 尺寸更大的板簧、螺旋彈簧、扭轉(zhuǎn)彈簧等。
8. 30W4Cr2VA
高強(qiáng)度耐熱彈簧鋼。淬透性很好。高溫抗松弛和熱加工性能也很好 工作溫度500~C以下的耐熱彈簧,如汽輪機(jī)主蒸汽閥彈簧、汽封彈簧片、鍋爐安全閥彈簧、400t鍋爐碟形閥彈簧等。
基本信息
標(biāo)準(zhǔn)號(hào)StandardNo:GB/T 1222-2007
中文標(biāo)準(zhǔn)名稱StandardTitlein Chinese:彈簧鋼
英文標(biāo)準(zhǔn)名稱:Springsteels
發(fā)布日期IssuanceDate:2007-08-14
實(shí)施日期ExecuteDate:2008-03-01
發(fā)布日期FirstIssuanceDate :1975-12-24
標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)StandardState:現(xiàn)行
復(fù)審確認(rèn)日期ReviewAffirmanceDate :
計(jì)劃編號(hào)Plan No:20063078-T-605
代替國(guó)標(biāo)號(hào)ReplacedStandard:GB/T1222-1984
被代替國(guó)標(biāo)號(hào)ReplacedStandard:
廢止時(shí)間RevocatoryDate:
采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)號(hào)AdoptedInternationalStandard
采標(biāo)名稱AdoptedInternationalStandard Name:
采用程度ApplicationDegree:
采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)AdoptedInternationalStandard :
國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)分類號(hào)(ICS) :77.140.25
中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)分類號(hào)(CCS) :H40
標(biāo)準(zhǔn)類別StandardSort:產(chǎn)品
標(biāo)準(zhǔn)頁(yè)碼NumberofPages:
標(biāo)準(zhǔn)價(jià)格(元)Price(¥) :
主管部門(mén)Governor :中國(guó)鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)
歸口單位TechnicalCommittees:全國(guó)鋼標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)
范圍
本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了熱軋、鍛制、冷拉彈簧鋼的訂貨內(nèi)容、尺寸、外形、重量及允許偏差、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則、包裝、標(biāo)志和質(zhì)量證明書(shū)等。
本標(biāo)準(zhǔn)適用于直徑或邊長(zhǎng)不大于100mm的彈簧鋼圓鋼和方鋼(以下簡(jiǎn)稱棒材)、厚度不大于40mm的彈簧鋼扁鋼、直徑不大于25mm的彈簧鋼盤(pán)條(不包括油淬-回火彈簧鋼絲盤(pán)條(YB/T 5365))。經(jīng)供需雙方協(xié)商,也可供應(yīng)直徑或邊長(zhǎng)大于100mm的棒材、厚度大于40mm的扁鋼和直徑大于25mm的盤(pán)條。
本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的牌號(hào)及化學(xué)成分也適用于鋼錠、鋼坯及其制品。
引用文件
下列文件中的條款通過(guò)本標(biāo)準(zhǔn)的引用而成為本標(biāo)準(zhǔn)的條款。凡是注日期的引用文件,其隨后所有的修(不包括勘誤的內(nèi)容)或修訂版均不適用于本標(biāo)準(zhǔn),然而,鼓勵(lì)根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成協(xié)議的各方研究是否可適用這些文件的新版本。凡是不注日期的引用文件,其新版本適用于本標(biāo)準(zhǔn)。
[2] GB/T 222鋼的成品化學(xué)成分允許偏差
GB/T 223.3鋼鐵及合金化學(xué)分析方法二安替比林甲烷磷鉬酸重量法測(cè)定磷量
GB/T 223.5鋼鐵及合金化學(xué)分析方法還原型硅鉬酸鹽光度法測(cè)定酸溶硅含量
GB/T 223.11鋼鐵及合金化學(xué)分析方法過(guò)硫酸銨氧化容量法測(cè)定鉻量
GB/T 223.13鋼鐵及合金化學(xué)分析方法硫酸亞鐵銨滴定法測(cè)定釩含量
傳統(tǒng)彈簧鋼的強(qiáng)度水平難以滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的要求,,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(lái)決定,彈簧鋼高強(qiáng)度化的一個(gè)重要途徑是充分發(fā)揮合金元素的作用,達(dá)到最佳合金化效果。
熱處理
彈簧鋼要求較高的強(qiáng)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(duì)彈簧內(nèi)在質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響。因此,如何進(jìn)一步提高彈簧疲勞壽命,需進(jìn)一步研究,尤其是化學(xué)表面改性熱處理、噴丸強(qiáng)化等都對(duì)彈簧疲勞壽命產(chǎn)生重要影響。為進(jìn)一步強(qiáng)化氣門(mén)彈簧的表面強(qiáng)度、增加壓應(yīng)力、提高疲勞壽命,氣門(mén)彈簧成形后,要進(jìn)一步經(jīng)過(guò)滲氮、低溫液體碳氮共滲或硫氮共滲處理,然后經(jīng)噴丸強(qiáng)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(jìn)行對(duì)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(shí)經(jīng)滲氮和低溫液體碳氮共滲的氣門(mén)彈簧高溫強(qiáng)度提高,150℃時(shí)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(mén)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(shí)間應(yīng)嚴(yán)格控制,否則會(huì)形成網(wǎng)狀硫化物和網(wǎng)狀氮化物,反而會(huì)降低其疲勞強(qiáng)度。
氣門(mén)彈簧提高強(qiáng)度的方法還可以選擇噴丸,經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐表面氣門(mén)彈簧噴丸可用兩種丸粒,一種直徑為0.8mm,其顯微硬度為720hv0.2,另一種直徑0.25mm,其顯微硬度為800hv0.2,三次噴丸可達(dá)到較好的強(qiáng)化效果,又可使表面質(zhì)量得到改善。
合金化
碳是鋼中的主要強(qiáng)化元素,對(duì)彈簧鋼的影響往往超過(guò)其他合金元素。根據(jù)使用要求,彈簧鋼材料應(yīng)是中高碳的合金鋼。當(dāng)今世界各國(guó)普遍采用的彈簧鋼,含碳量絕大部分在0.45%~0.65%。
為了克服彈簧鋼強(qiáng)度提高后韌性和塑性降低的難題,也有降低碳含量的趨勢(shì)。中國(guó)對(duì)低碳馬氏體彈簧鋼進(jìn)行了深入的研究,如28mnsib、35mnsib等,其碳含量在0.30%左右。實(shí)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(qiáng)度和優(yōu)良的綜合力學(xué)性能,尤其是塑性、韌性。日本研究開(kāi)發(fā)的幾種高強(qiáng)度彈簧鋼,如uhs1900、vhs2000、nd120s、nd250s等,碳含量均在0.40%左右。
合金元素在彈簧鋼中的主要作用是提高力學(xué)性能、改善工藝性能及賦予某些特殊性能(如耐高溫、耐蝕)等。
很多彈簧鋼以硅為主要合金元素,它是對(duì)彈減抗力影響最大的合金元素,這主要是由于硅具有強(qiáng)烈的固溶強(qiáng)化作用;同時(shí),硅能抑制滲碳體在回火過(guò)程中的晶核形成和長(zhǎng)大,改變回火時(shí)析出碳化物的數(shù)量、尺寸和形態(tài),提高鋼的回火穩(wěn)定性。國(guó)內(nèi)鋼材牌號(hào)中wsi為1.8%~2.2%,是現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中含硅最高的彈簧鋼。但硅含量如果過(guò)高,將促進(jìn)鋼在軋制和熱處理過(guò)程中的脫碳和石墨化傾向,并且使冶煉困難和易形成夾雜物,因此,過(guò)高硅含量彈簧鋼的使用仍需慎重。
由于鉻能夠顯著提高鋼的淬透性,阻止si-cr鋼球化退火時(shí)的石墨化傾向,減少脫碳層,因此是彈簧鋼中的常用合金元素,以鉻為主要強(qiáng)化元素的彈簧鋼50crv使用較廣泛。
錳是提高淬透性*的合金元素,它溶入鐵素體中有固溶性化作用。研究表明,wmn必須大于0.5%,以使淬火時(shí)彈簧鋼心部*較變?yōu)轳R氏體,但當(dāng)wmn超過(guò)1.5%時(shí),韌性明顯下降,這在選擇彈簧鋼時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮的。
鉬可以提高鋼的淬透性,防止回火脆性,改善疲勞性能,現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中加鉬的彈簧鋼不多,加入量一般在0.4%以下。
釩是強(qiáng)碳化物形成元素,固態(tài)下所析出的細(xì)小彌散的mc型碳化物具有很強(qiáng)的沉淀強(qiáng)化效果。在35crmnb鋼中加入0.11%v,可顯著提高鋼的淬透性,還發(fā)現(xiàn)釩能有效降低35simnb鋼的脫碳敏感性,認(rèn)為這與釩降低鋼中有效固溶碳、防止晶粒長(zhǎng)大和阻止晶界擴(kuò)散并提高抗氧化性有關(guān)。