彈簧材料所需要具備的性能
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2017-01-10
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高的強(qiáng)度：為提高彈簧抗疲勞破壞和抗松弛的能力，彈簧材料應(yīng)具有高的屈服強(qiáng)度 與彈性極限 ，尤其要有高的屈強(qiáng)比。在通常情況下，材料的彈性極限與屈服強(qiáng)度成正比，因此彈簧設(shè)計(jì)和制造者總是希望材料具有高的屈服強(qiáng)度.而彈簧材料的抗拉強(qiáng)度 和屈服強(qiáng)度 較接近，如冷拔碳素鋼絲的 約為 的90%左右：由于抗拉強(qiáng)度比屈服強(qiáng)度容易測(cè)得，在材料交貨中提供的都是抗拉強(qiáng)度，故在設(shè)計(jì)制造時(shí)一般都用抗拉強(qiáng)度作為依據(jù)。但材料的抗拉強(qiáng)度并不是越高越好，強(qiáng)度過(guò)高會(huì)降低材料的塑性和韌性，增加脆性傾向。材料抗拉強(qiáng)度的高低與其化學(xué)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(qiáng)化工藝等因素有關(guān)?？估瓘?qiáng)度與疲勞強(qiáng)度也有一定的關(guān)系，當(dāng)材料的在1600MPa以下時(shí)，其疲勞強(qiáng)度隨抗拉強(qiáng)度的增高而增高。
良好的塑性和韌性：在彈簧制造過(guò)程中材料需經(jīng)受不同程度的加工變形，因此要求材料具有一定的塑性。例如形狀復(fù)雜的拉伸和扭轉(zhuǎn)彈簧的鉤環(huán)及扭臂，當(dāng)曲率半徑很小時(shí)，在加工卷繞或沖壓彎曲成形時(shí)，彈簧材料均不得出現(xiàn)裂紋、折損等缺陷。同時(shí)彈簧在承受沖擊載荷或變載荷時(shí)，材料應(yīng)具有良好的韌性，這樣對(duì)提高彈簧的使用壽命會(huì)有很大的裨益。
優(yōu)良的表面狀態(tài)和疲勞性能：彈簧工作時(shí)表面承受的應(yīng)力^大，而疲勞破壞往往是從鋼絲表面開(kāi)始的，對(duì)于用在重要場(chǎng)合的彈簧如氣門(mén)彈簧、閥門(mén)彈簧及懸架彈簧都要求有幾百萬(wàn)次，幾千萬(wàn)次甚至更長(zhǎng)的循環(huán)壽命，這就對(duì)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(xué)成分、硬度、鋼材的純凈程度、表面質(zhì)量和金相組織等，尤為重要的是材料的表面質(zhì)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(guò)程中造成應(yīng)力集中。其應(yīng)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(fā)生，因此嚴(yán)格控制脫碳層深度也是一個(gè)很重要的質(zhì)量指標(biāo)。為提高彈簧材料的表面質(zhì)量，可以對(duì)材料表面進(jìn)行磨光或拋光，在鋼絲拉拔前采用剝皮工藝剝除一層材料表皮，這樣可以將大部分表面缺陷去掉。彈簧熱處理時(shí)可采用控制氣氛或真空熱處理，防止表面脫碳和氧化。
嚴(yán)格的尺寸精度：許多彈簧對(duì)負(fù)荷精度有較高的要求，如氣門(mén)彈簧的負(fù)荷偏差不得大于規(guī)定負(fù)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(fù)荷就會(huì)產(chǎn)生4%左右的偏差。由此可見(jiàn)，嚴(yán)格的尺寸精度對(duì)保證彈簧的質(zhì)量也是^重要的。
好的均勻性：對(duì)材料的均勻性要求是指對(duì)材料的化學(xué)成分、力學(xué)性能、尺寸偏差等各項(xiàng)指標(biāo)要求均勻和穩(wěn)定一致。如果材料各方面性能不一致，會(huì)給彈簧生產(chǎn)帶來(lái)很大的困難，造成產(chǎn)品幾何尺寸、硬度、負(fù)荷等參數(shù)的離散性，嚴(yán)重的不均勻性甚至?xí)斐蓮U品。
了滿足上述性能要求，彈簧鋼必須具有優(yōu)良的冶金質(zhì)量，包括嚴(yán)格控制的化學(xué)成分、高的純潔度、低的雜質(zhì)含量、低的非金屬夾雜物含量，并控制其形態(tài)、粒度和分布。此外還要求鋼質(zhì)的均勻性和穩(wěn)定性。彈簧鋼還應(yīng)具有良好的表面質(zhì)量和高精度的外形和尺寸。
在彈簧鋼生產(chǎn)中已廣泛采用連鑄。與模鑄相比，采用連鑄可通過(guò)電磁攪拌、低溫鑄造等技術(shù)減小鋼的偏析，提高鋼質(zhì)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(wěn)定、均勻;提高收得率和生產(chǎn)效率;與爐外精煉技術(shù)相配合降低氧含量和有效地控制鋼的化學(xué)成分。
在對(duì)彈簧鋼材的尺寸偏差、截面形狀、表面質(zhì)量和沿鋼材長(zhǎng)度顯微組織均勻性的要求不斷提高的情況下，國(guó)外廣泛采用了縱列式全連續(xù)軋機(jī)，并不斷改進(jìn)以實(shí)現(xiàn)高速、無(wú)扭、無(wú)張力軋制。為了保證鋼材尺寸精度采用短應(yīng)力線或預(yù)應(yīng)力軋機(jī)
