彈簧材料所需要具備的性能

2017-7-13

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優良的表面狀態和疲勞性能：彈簧工作時表面承受的應力最大，而疲勞破壞往往是從鋼絲表面開始的，對于用在重要場合的彈簧如氣門彈簧、閥門彈簧及懸架彈簧都要求有幾百萬次，幾千萬次甚至更長的循環壽命，這就對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，如材料的化學成分、硬度、鋼材的純凈程度、表面質量和金相組織等，尤為重要的是材料的表面質量。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程中造成應力集中。其應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生，因此嚴格控制脫碳層深度也是一個很重要的質量指標。為提高彈簧材料的表面質量，可以對材料表面進行磨光或拋光，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。彈簧熱處理時可采用控制氣氛或真空熱處理，防止表面脫碳和氧化。

高的強度：為提高彈簧抗疲勞破壞和抗松弛的能力，彈簧材料應具有高的屈服強度與彈性極限，尤其要有高的屈強比。在通常情況下，材料的彈性極限與屈服強度成正比，因此彈簧設計和制造者總是希望材料具有高的屈服強度.而彈簧材料的抗拉強度和屈服強度較接近，如冷拔碳素鋼絲的約為的90%左右：由于抗拉強度比屈服強度容易測得，在材料交貨中提供的都是抗拉強度，故在設計制造時一般都用抗拉強度作為依據。但材料的抗拉強度并不是越高越好，強度過高會降低材料的塑性和韌性，增加脆性傾向。材料抗拉強度的高低與其化學成分、金相組織、熱處理狀況、冷加工(拉拔或軋制)程度及其他強化工藝等因素有關?？估瓘姸扰c疲勞強度也有一定的關系，當材料的在1600MPa以下時，其疲勞強度隨抗拉強度的增高而增高。

良好的塑性和韌性：在彈簧制造過程中材料需經受不同程度的加工變形，因此要求材料具有一定的塑性。例如形狀復雜的拉伸和扭轉彈簧的鉤環及扭臂，當曲率半徑很小時，在加工卷繞或沖壓彎曲成形時，彈簧材料均不得出現裂紋、折損等缺陷。同時彈簧在承受沖擊載荷或變載荷時，材料應具有良好的韌性，這樣對提高彈簧的使用壽命會有很大的裨益。

嚴格的尺寸精度：許多彈簧對負荷精度有較高的要求，如氣門彈簧的負荷偏差不得大于規定負荷的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%，負荷就會產生4%左右的偏差。由此可見，嚴格的尺寸精度對保證彈簧的質量也是十分重要的。

好的均勻性：對材料的均勻性要求是指對材料的化學成分、力學性能、尺寸偏差等各項指標要求均勻和穩定一致。如果材料各方面性能不一致，會給彈簧生產帶來很大的困難，造成產品幾何尺寸、硬度、負荷等參數的離散性，嚴重的不均勻性甚至會造成廢品。了滿足上述性能要求，彈簧鋼必須具有優良的冶金質量，包括嚴格控制的化學成分、高的純潔度、低的雜質含量、低的非金屬夾雜物含量，并控制其形態、粒度和。此外還要求鋼質的均勻性和穩定性。彈簧鋼還應具有良好的表面質量和高精度的外形和尺寸。在彈簧鋼生產中已廣泛采用連鑄。與模鑄相比，采用連鑄可通過電磁攪拌、低溫鑄造等技術減小鋼的偏析，提高鋼質的均勻性;減少二次氧化，改善鋼的表面脫碳;使鋼的組織和性能穩定、均勻;提高收得率和生產效率;與爐外精煉技術相配合降低氧含量和有效地控制鋼的化學成分。

在對彈簧鋼材的尺寸偏差、截面形狀、表面質量和沿鋼材長度顯微組織均勻性的要求不斷提高的情況下，國外廣泛采用了縱列式全連續軋機，并不斷改進以實現高速、無扭、無張力軋制。為了保證鋼材尺寸精度采用短應力線或預應力軋機。

關鍵詞：彈簧

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