彈簧材料的發展

随着彈簧應(yīng)用技術的(de)發展，對彈(dàn)簧材料提(tí)出了(le)多的要求(qiú)。主要是在高應(yīng)力下的提高疲(pí)勞壽命(mìng)和抗松弛性能(néng)方面；其(qí)次是(shì)根(gēn)據不同(tóng)的用(yòng)途，要求具(jù)有耐蝕性、非(fēi)磁(cí)性、導(dǎo)電性、性、耐熱性等方面。為(wéi)此，彈(dàn)簧材料除了(le)新品種外，另(lìng)從嚴格控(kòng)制化學成(chéng)分，降(jiàng)低非(fēi)金屬夾雜(zá)，提高(gāo)表面質(zhì)量和尺寸精度等方面(miàn)取得了有益的(de)成效(xiào)。

（1）彈簧(huáng)鋼生産工(gōng)藝的發展(zhǎn)  為了提(tí)高彈簧(huáng)鋼的(de)質量，工業(yè)發達已普通采(cǎi)用爐(lú)外精煉技(jì)術、連(lián)鑄工藝、新型軋(zhá)制和在線(xiàn)自動(dòng)檢測及控(kòng)制設(shè)備(bèi)等。

為了(le)鋼的化學(xué)成分，降低(dī)氣(qì)體和各(gè)種非金屬(shǔ)加夾(jiá)物的(de)含(hán)量(liàng)，采用(yòng)大容量(liàng)電爐或轉爐熔煉(liàn)，采用(yòng)爐外(wài)鋼(gāng)包精煉，使氧(yǎng)含量（質量(liàng)分數）降至(zhì)（0.0021~0.0010）%，生産出超(chāo)純淨鋼，從(cóng)而提高(gāo)了彈簧的設(shè)計(jì)和工作(zuò)應力。

連鑄生産(chǎn)工藝(yì)在(zài)彈簧鋼(gāng)生産中(zhōng)已被(bèi)廣(guǎng)泛采(cǎi)用。連鑄可(kě)通過電(diàn)磁(cí)攪拌(bàn)、低溫鑄造等技(jì)術減(jiǎn)小鋼的偏析，減(jiǎn)小二次氧(yǎng)化，表面脫(tuō)碳，使組織和性能穩(wěn)定、均勻。

采用分列式(shì)全連續軋(zhá)機，可提高尺寸(cùn)精度(dù)，表面質量(liàng)，同時也可使鋼(gāng)材沿(yán)長度顯微(wēi)組織均勻。在軋(zhá)制過程中為了産品的(de)表面質量采用(yòng)在線自(zì)動檢測和(hé)控制(zhì)。為了(le)适合(hé)變截(jié)面彈簧扁鋼生産而了奧氏體(tǐ)軋制成形(xíng)新工藝，即(jí)先将鋼加(jiā)熱(rè)到(dào)奧氏體區(qū)再急(jí)冷(lěng)至亞穩奧氏體區進行(háng)塑性(xìng)加(jiā)工(gōng)并淬(cuì)火處理。這(zhè)種工藝可(kě)使鋼(gāng)在不(bú)降低塑(sù)性的(de)同(tóng)時提。此外(wài)還有(yǒu)通過軋後(hòu)在線熱處理和(hé)表面硬化處理來提(tí)高彈簧鋼的性能等。

（2）合金(jīn)鋼的發展  合金元素(sù)的主(zhǔ)要作用是提高力學性能(néng)，工藝性能(néng)及賦(fù)予某種性能。氣門彈簧(huáng)和懸架(jià)彈簧已廣泛應(yīng)用sicr鋼(gāng)。si是(shì)抗應力(lì)松弛(chí)的合(hé)金元(yuán)素，在(zài)sicr鋼中(zhōng)添加v、mo形成sicrv和(hé)sicrmo鋼，可以提高疲勞(láo)壽命和抗(kàng)松弛性能(néng)。同時(shí)sicr拉拔鋼絲，其在高溫下工(gōng)作時的抗松弛性能，比琴鋼絲(sī)和重要用途碳(tàn)素彈(dàn)簧(huáng)鋼(gāng)絲要(yào)好。随着發(fā)動機(jī)高速(sù)小型化，抗(kàng)顫振性能(néng)好、質量輕、彈性模量(liàng)小的ti合金了較(jiào)為廣(guǎng)泛(fàn)的(de)應用，其強度(dù)可達2000 mpa。

（3）低(dī)碳奧氏體鋼的(de)發展  低(dī)碳(tàn)奧氏(shì)體鋼38simnb是我(wǒ)國(guó)自(zì)主的(de)一種(zhǒng)新型的彈簧鋼，在此(cǐ)基礎上的(de)38simnvbe具優(yōu)越性，具有(yǒu)高強(qiáng)韌性、高(gāo)淬(cuì)透性(xìng)、高應用性和比(bǐ)。在進行   晶粒控制軋(zhá)制後，其抗(kàng)拉強(qiáng)度(dù) =（2030~2140）mpa，屈服強度 =（900~2010）mpa，伸長率 =（12~15）%，面縮(suō)率 =（48~55）%。為(wéi)少片(piàn)變截(jié)面闆彈簧提供(gòng)了的(de)材料。

（4）不鏽(xiù)鋼的發展(zhǎn)  我國(guó)是生産(chǎn)不鏽鋼的大國，随着不(bú)鏽鋼的(de)生(shēng)産發(fā)展，自(zì)然也(yě)了不(bú)少品種，目前已達50多(duō)種(zhǒng)，，基(jī)本滿(mǎn)足了國(guó)内(nèi)生産(chǎn)發展(zhǎn)的(de)需要，對(duì)當前的一些新(xīn)品種作簡要說(shuō)明。

1）奧氏(shì)體(tǐ)不鏽(xiù)鋼體系的初步(bù)形成。為(wéi)了(le)碳元素造成的(de)不鏽(xiù)鋼晶界腐蝕疲(pí)勞，出(chū)低碳奧(ào)氏(shì)體不鏽鋼0cr18ni9和00cr17ni2mo2。為了提高(gāo)其性能可加(jiā)cu、ti、nb、mn、cr、si和n等(děng)元素(sù)。

2）含(hán)氮不鏽鋼的(de)發展。 在不鏽(xiù)鋼中以氮(dàn)代(dài)碳取(qǔ)得了成(chéng)果。在奧(ào)氏體(tǐ)不鏽鋼中(zhōng)n和(hé)c有許多共同(tóng)特性。n穩定奧(ào)氏(shì)體的(de)作用比ni大(dà)，與c相當。n與mn結合能取代(dài)比(bǐ)較貴(guì)的ni。

在奧氏體中(zhōng)n也是的(de)固溶元(yuán)素之一。n與(yǔ)cr的親(qīn)和力(lì)要比(bǐ)c與cr的(de)親和力小，奧氏體鋼很少見到(dào)cr2n的析(xī)出。因此n能(néng)在不降低(dī)耐蝕(shí)性能的(de)基(jī)礎上(shàng)，提高不鏽(xiù)鋼強度。

3）   鐵素(sù)體不鏽(xiù)鋼的(de)發展(zhǎn)。 鐵(tiě)素(sù)體不(bú)鏽鋼(gāng)具有(yǒu)良好(hǎo)的(de)腐蝕性能和(hé)   性能，其抗應力腐蝕(shí)性能(néng)優于奧氏體不(bú)鏽鋼。價格比奧(ào)氏體(tǐ)不鏽鋼便(biàn)宜。但(dàn)存(cún)在(zài)可焊(hàn)性差、脆性(xìng)傾向(xiàng)比較大的(de)缺點(diǎn)，生産和使(shǐ)用受到限(xiàn)制。通過降(jiàng)低鋼中的(de)碳和(hé)氮的含量(liàng)，添加(jiā)ti、nb、zr、ta等穩定化(huà)元素(sù)，添加(jiā)cu、ai、v等焊(hàn)縫金(jīn)屬韌(rèn)化(huà)元素三種途徑，可以鐵(tiě)素體(tǐ)鋼的可焊(hàn)性和脆性。

4）奧氏(shì)體鋼(gāng)的(de)發(fā)展。 奧(ào)氏體鋼(gāng)指(zhǐ)cr、mo、n含量(liàng)顯着高(gāo)于常規不鏽鋼的奧氏(shì)體鋼。其中比較(jiào)着名的是(shì)含6% mo的鋼（245s mo）。這(zhè)類(lèi)鋼具有(yǒu)非常(cháng)好的耐局(jú)部腐蝕性能，在(zài)海水、充氣(qì)、存(cún)在縫隙、低(dī)速沖刷(shuā)條件下，有良好(hǎo)的抗點蝕性能(néng)（pi 40）和較好的抗應力腐蝕性能，是(shì)ni基合(hé)金和钛合金的(de)代(dài)用材料(liào)。

5）超馬氏體不鏽鋼(gāng)的發展。 傳統(tǒng)的馬氏體不鏽鋼2cr13、3cr13、4cr13和1cr17ni2缺乏(fá)足夠的延展(zhǎn)性，在冷(lěng)頂鍛(duàn)變形過程中對(duì)應力(lì)敏感(gǎn)，冷加工成形比較困難。加之鋼(gāng)的可焊性(xìng)比較(jiào)差，使用範圍受(shòu)到(dào)限(xiàn)制。為克服(fú)馬氏體(tǐ)鋼的上述不足，近來已(yǐ)找到(dào)一種途徑，就是(shì)通過降低鋼的(de)c、ti含(hán)量(liàng)，增加(jiā)ni含量，一個(gè)新系列合金鋼(gāng)——超馬(mǎ)氏體鋼。這類鋼抗拉(lā)，延展性好(hǎo)，焊接(jiē)性(xìng)能也，因(yīn)此超馬氏(shì)體鋼又稱為軟(ruǎn)馬氏體鋼或可焊接(jiē)馬氏(shì)體鋼。

（5）彈簧(huáng)鋼絲的發展  彈(dàn)簧鋼絲(sī)經過100的(de)發展，工藝技術(shù)經曆了(le)由鉛淬(cuì)火到油(yóu)淬火，現(xiàn)又(yòu)發展到感應(yīng)加熱淬(cuì)火(huǒ)。再加上工藝技術裝備和(hé)完善，品種質量(liàng)不斷新。近來的閥門用彈(dàn)簧鋼絲(sī)感(gǎn)應加熱淬火和回火(huǒ)處理工藝(yì)，試驗(yàn)證明，由于感應加熱時間短，淬(cuì)火組織(zhī)細小，鋼絲表(biǎo)面(miàn)幾(jǐ)乎沒(méi)有脫碳層(céng)，所以(yǐ)其塑性、韌性、抗(kàng)松(sōng)弛(chí)性、斷裂韌(rèn)性、延(yán)遲斷裂抗(kàng)力、疲勞(láo)壽(shòu)命等(děng)都比油(yóu)淬(cuì)火回(huí)火鋼(gāng)絲有(yǒu)較大(dà)提高。

另一種研(yán)究取得成效的(de)   晶粒形變(biàn)熱處(chù)理鋼絲已能實地應用，   晶粒形變(biàn)熱處理是組(zǔ)織   化與形變(biàn)熱處理相結(jié)合的一種(zhǒng)複合強韌(rèn)化工藝。它既可提高鋼(gāng)絲的力(lì)學性(xìng)能，同時又(yòu)能鋼絲的表面質量。材(cái)料表面質量對疲勞性(xìng)能(néng)影響很大。為(wéi)了表面質量，對(duì)有要求的(de)材料采用(yòng)剝皮工藝，将表層去掉0.1mm。對(duì)0.5mm的缺陷采用渦(wō)流探(tàn)傷。對拔絲(sī)過程表面(miàn)産生的凹凸不(bú)平，可(kě)用電(diàn)解研磨，使(shǐ)表面粗糙(cāo)度降(jiàng)到 =（6.5~3.4） m。

（6）不(bú)鏽鋼絲的發展  近年(nián)來不(bú)鏽彈(dàn)簧(huáng)鋼絲生(shēng)産發(fā)展較快。國(guó)内需(xū)求量(liàng)增大(dà)的品種(zhǒng)主要為1cr18ni9和0cr17ni7ai。

的鋼絲(sī)生産工藝流程特點是盤條(tiáo)先剝皮(pí)處理，去(qù)除熱加(jiā)工在表面造成(chéng)的缺陷，除(chú)次固溶處理(lǐ)後要進(jìn)行酸(suān)洗外(wài)，整個(gè)冷加工過程均(jun1)保持光(guāng)亮(liàng)表面。

随着工藝(yì)的發(fā)展，不(bú)繡(xiù)鋼絲生産流程進一步(bù)簡(jiǎn)化，将部分原(yuán)屬金屬(shǔ)制品行(háng)業質量控(kòng)制簡(jiǎn)化，轉(zhuǎn)換為對盤(pán)條質(zhì)量的要求(qiú)。在粗(cū)拉絲機後(hòu)，應用(yòng)清潔(jié)球(qiú)擦(cā)拭和(hé)水中清洗(xǐ)，去除表面塗層和殘(cán)餘潤滑膜(mó)。在光亮熱(rè)處理(lǐ)前配備電解酸(suān)洗、堿中(zhōng)和、水沖(chòng)洗和烘幹裝置(zhì)，   去除鋼(gāng)絲(sī)表面(miàn)油(yóu)污(wū)，表面(miàn)質量(liàng)。

（7）形狀(zhuàng)記憶合金(jīn)的  目前(qián)在彈簧(huáng)方面(miàn)有(yǒu)應用前(qián)途的單向形狀(zhuàng)記憶合金，以50ti和(hé)50ni性能。形狀記憶合金制成的彈簧，受溫度的作(zuò)用可(kě)伸(shēn)縮。主要(yào)用于恒溫、恒載(zǎi)荷、恒變形量的控制系統中。由(yóu)于是靠(kào)彈(dàn)簧伸縮推(tuī)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構，所以彈簧的(de)工作應力變化(huà)較大。

（8）陶瓷(cí)的應用  陶瓷的彈性(xìng)模量(liàng)高(gāo)，斷裂強度(dù)低(dī)，适(shì)用于變(biàn)形不大的(de)地方(fāng)。目前(qián)正在(zài)的有(yǒu)耐熱、、絕緣性好的陶(táo)瓷(cí)，應用的(de)有超塑(sù)性(xìng)鋅合(hé)金（spz），在常溫下具(jù)有高的強(qiáng)度。另(lìng)外，還有(yǒu)的(de)氮化(huà)矽，能，可達1000℃。但陶(táo)瓷彈簧不适用(yòng)于在沖擊(jī)載荷(hé)下工(gōng)作(zuò)。

（9）纖(xiān)維增(zēng)強塑(sù)料在彈簧中應(yīng)用  玻璃纖(xiān)維增強塑料（gfrp）闆(pǎn)簧在英、美和日(rì)本等國已(yǐ)廣泛(fàn)應用，除(chú)用于橫(héng)置懸(xuán)架外(wài)，還可用于輕型車輛(liàng)，如賽(sài)車的縱置(zhì)懸架。目(mù)前又研(yán)制成功(gōng)了(le)碳素(sù)纖維(wéi)增強塑料(liào)（gfrp）懸架彈(dàn)簧，比金屬闆簧要輕20%。