彈簧材料的發(fā)展

随(sui)着彈簧應用技(ji)術的發展，對彈(dàn)簧材料提出了(le)多的要🍉求。主要(yao)是在高應力下(xia)的提高疲勞壽(shòu)命和抗松弛性(xing)能方面；其次是(shi)根🔞據不同的用(yòng)途，要求具有🚶‍♀️耐(nai)蝕性、非磁性、導(dǎo)電性、性、耐熱性(xìng)等方💋面。為此，彈(dàn)簧材料除了新(xin)品種外，另從嚴(yan)格控制化學成(chéng)分，降低💃非金屬(shu)夾雜，提高表面(mian)質量和尺寸精(jīng)度等方面取得(de)了有益的成效(xiào)。

（1）彈簧鋼生産工(gōng)藝的發展  為了(le)提高彈簧鋼的(de)質量📱，工🏃🏻‍♂️業發達(da)已普通采用爐(lú)外精煉技術、連(lián)鑄工藝、新❄️型軋(zhá)制和在線自動(dòng)✍️檢測及控制設(shè)備等。

為了鋼的(de)化學成分，降低(di)氣體和各種非(fei)金屬加夾物的(de)含💞量📞，采用大容(rong)量電爐或轉爐(lu)熔煉，采用爐外(wài)鋼包精煉，使氧(yǎng)含量（質量⭐分數(shu)）降至（0.0021~0.0010）%，生産出超(chāo)純淨鋼，從而提(tí)高了彈簧的設(shè)計和工作應力(lì)。

連鑄生産工藝(yi)在彈簧鋼生産(chǎn)中已被廣泛采(cǎi)用。連鑄可通🌏過(guò)👄電磁攪拌、低溫(wēn)鑄造等技術減(jian)小鋼的偏析，減(jiǎn)✏️小二次氧🔱化，表(biao)面脫碳，使組織(zhi)和性能穩定、均(jun)☔勻。

采用分列式(shi)全連續軋機，可(kě)提高尺寸精度(du)，表面質量，同時(shi)也可使鋼材沿(yan)長度顯微組織(zhī)均勻。在軋制過(guo)程中為了産品(pǐn)的表面♊質量采(cǎi)用在線自動檢(jiǎn)測和控制。為了(le)适合變截面彈(dàn)簧扁鋼生産而(ér)了奧氏體軋制(zhi)成形新工藝，即(jí)先将鋼加熱到(dao)奧氏體區再☂️急(jí)冷至亞穩奧氏(shì)體區進行塑性(xìng)加工并淬火處(chù)理。這種工藝可(ke)使鋼在不降低(dī)塑性的同時提(ti)。此外還💃有通過(guo)軋後在線熱處(chu)理和表面硬🌈化(hua)處理來提高彈(dan)簧鋼的性能等(děng)。

（2）合金鋼的發展(zhǎn)  合金元素的主(zhu)要作用是提高(gao)力學性🈚能，工藝(yi)性能及賦予某(mou)種性能。氣門彈(dàn)簧和懸架彈簧(huáng)😄已廣泛應用SiCr鋼(gāng)。Si是抗應力松弛(chí)的合金元素，在(zài)SiCr鋼中添🔞加V、Mo形成(chéng)♍SiCrV和SiCrMo鋼，可❄️以提高(gao)疲勞壽命和抗(kàng)松弛性能。同時(shi)㊙️SiCr拉拔鋼絲，其在(zai)高溫下工作時(shí)🧡的抗松弛性能(neng)，比琴鋼絲和重(zhòng)要用途碳素彈(dàn)簧鋼絲要好。随(sui)着發動機高速(sù)🏃‍♂️小型化，抗顫振(zhèn)性能好、質量輕(qīng)✨、彈性✉️模量小的(de)Ti合金了較為廣(guǎng)泛的應用🌈，其強(qiang)度可達2000 MPa。

（3）低碳奧(ao)氏體鋼的發展(zhǎn)  低碳奧氏體鋼(gāng)38SiMnB是我國自主的(de)一種新型的彈(dàn)簧鋼，在此基礎(chu)上的38SiMnVBE具優越性(xing)，具有高強韌性(xìng)、高淬透性、高應(ying)用性和比。在進(jìn)行   晶粒🌈控制軋(zha)制後，其抗拉強(qiang)度 =（2030~2140）MPa，屈服強度 =（900~2010）MPa，伸(shen)長率 =（12~15）%，面縮率 =（48~55）%。為(wei)少片變截面闆(pǎn)彈⭕簧提供了📞的(de)材料。

（4）不鏽鋼的(de)發展  我國是生(shēng)産不鏽鋼的大(dà)國，随着不🐆鏽🔞鋼(gang)的生産發展，自(zi)然也了不少品(pǐn)種，目前已達50多(duō)種，，基本滿✔️足了(le)✉️國内生産發展(zhǎn)的需要，對當前(qian)的一些新品種(zhǒng)作簡要說明。

1）奧(ao)氏體不鏽鋼體(ti)系的初步形成(cheng)。為了碳元素造(zào)成的不📐鏽鋼晶(jīng)界腐蝕疲勞，出(chu)低碳奧氏體不(bú)鏽鋼0Cr18Ni9和00Cr17Ni2Mo2。為了提(ti)高其性💘能可加(jia)Cu、Ti、Nb、Mn、Cr、Si和N等元素。

2）含氮(dàn)不鏽鋼的發展(zhan)。 在不鏽鋼中以(yǐ)氮代碳取得了(le)成💁果。在奧氏🐅體(tǐ)不鏽鋼中N和C有(yǒu)許多共同特性(xìng)。N穩定🚶奧氏體的(de)作用🧑🏾‍🤝‍🧑🏼比Ni大，與C相(xiàng)💔當。N與Mn結合能取(qu)代比較貴🈲的Ni。

在(zai)奧氏體中N也是(shì)的固溶元素之(zhi)一。N與Cr的親和力(li)要比🔴C與Cr的親和(hé)力小，奧氏體鋼(gang)很少見到Cr2N的析(xi)出。因此N能在不(bú)降低耐蝕性能(néng)的基礎上，提高(gao)不鏽鋼強度。

3）   鐵(tie)素體不鏽鋼的(de)發展。 鐵素體不(bu)鏽鋼具有良好(hao)的腐蝕性能和(hé)   性能，其抗應力(lì)腐蝕性能優于(yú)奧氏體不鏽鋼(gang)。價🔱格比奧氏體(ti)不🈲鏽鋼便宜。但(dan)存在可焊性⭐差(chà)、脆性傾向比較(jiào)大的缺點，生産(chan)和使用受到限(xian)制。通過降低鋼(gang)中的碳和氮的(de)含量，添加Ti、Nb、Zr、Ta等穩(wěn)定化元😍素，添加(jiā)Cu、AI、V等焊縫金屬韌(ren)化元素三種途(tu)🐕徑，可以鐵素體(tǐ)鋼的可焊性和(he)脆性。

4）奧氏體鋼(gāng)的發展。 奧氏體(tǐ)鋼指Cr、Mo、N含量顯着(zhe)高于常規不鏽(xiù)鋼🌈的奧氏體鋼(gāng)。其中比較着名(míng)的是含6% Mo的鋼（245S Mo）。這(zhè)類鋼具有非常(chang)好的耐局部腐(fu)蝕性能，在海水(shui)、充氣、存在縫🏒隙(xi)、低速沖刷條⛹🏻‍♀️件(jiàn)下，有良好的抗(kang)點蝕性能🌍（PI 40）和較(jiao)好的抗應力腐(fu)蝕性能，是Ni基合(he)金和钛合金的(de)代用材料。

5）超馬(mǎ)氏體不鏽鋼的(de)發展。 傳統的馬(ma)氏體不鏽鋼2Cr13、3Cr13、4Cr13和(hé)1Cr17Ni2缺乏足夠的延(yan)展性，在冷頂鍛(duan)變形過程中對(duì)應力敏感，冷加(jia)工成形比🌂較困(kùn)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼難。加之鋼的可(kě)焊性比較差，使(shi)用範圍受到限(xiàn)制。為克服馬氏(shì)體鋼的上述不(bu)🐪足，近來已找到(dào)一種途徑，就是(shi)通過降低鋼的(de)C、Ti含量，增加Ni含量(liang)，一個新系列合(he)金鋼——超馬氏⚽體(ti)鋼。這類鋼💯抗拉(lā)，延展性好🌈，焊接(jiē)性能也，因此超(chao)馬氏體鋼又稱(chēng)為軟馬氏體鋼(gang)或可焊接馬氏(shì)體鋼。

（5）彈簧鋼絲(sī)的發展  彈簧鋼(gang)絲經過100的發展(zhǎn)，工藝技術經曆(li)了由🔱鉛淬火到(dao)油淬火，現又發(fā)展到感應加熱(rè)淬火。再加上工(gong)藝技術裝備和(hé)完善，品種質量(liang)不斷新。近來的(de)閥門用彈簧鋼(gang)絲感應加熱淬(cuì)火和回火處理(li)工藝，試驗證明(míng)，由于感應加熱(re)時間短，淬火組(zu)織細小，鋼絲表(biao)面幾乎沒有脫(tuo)碳層，所以其塑(sù)性、韌性、抗松弛(chi)性♻️、斷🐇裂韌性、延(yán)遲斷裂抗力、疲(pi)勞壽命等都比(bi)油淬火回火👨‍❤️‍👨鋼(gāng)絲有較大提高(gao)。

另一種研究取(qu)得成效的   晶粒(lì)形變熱處理鋼(gang)絲已🈲能實地應(ying)用，   晶粒形變熱(re)處理是組織   化(hua)與形變熱處理(lǐ)相結合的一種(zhong)複合強韌化工(gong)藝。它既可提高(gāo)鋼絲的❗力學性(xing)能，同時又能鋼(gang)👅絲的表😘面質量(liang)。材料表面質量(liàng)對疲勞性能影(yǐng)響很大。為了表(biao)面質量，對🔱有要(yao)求的材✏️料采用(yong)剝皮工藝，将表(biǎo)層去掉0.1mm。對0.5mm的缺(que)陷采用渦流探(tàn)傷。對拔絲過程(cheng)表面産生的凹(ao)凸不平，可用電(diàn)解研磨，使表面(mian)粗糙度降到 =（6.5~3.4） m。

（6）不(bú)鏽鋼絲的發展(zhan)  近年來不鏽彈(dàn)簧鋼絲生産發(fa)展🌈較🔅快。國内需(xū)✍️求量增大的品(pin)種主要為1Cr18Ni9和0Cr17Ni7AI。

的(de)鋼絲生産工藝(yi)流程特點是盤(pán)條先剝皮處理(lǐ)，去👣除熱加工在(zài)🔞表面造成的缺(quē)陷，除次固溶處(chu)理後要進行酸(suan)洗外，整個冷加(jiā)工🐉過程均保持(chi)光亮表面。

随着(zhe)工藝的發展，不(bú)繡鋼絲生産流(liu)程進一步簡化(huà)，将💃🏻部分原屬金(jīn)屬制品行業質(zhi)量控制簡化，轉(zhuan)換為對盤條質(zhi)量的要求。在粗(cu)拉絲機後，應用(yòng)清潔球擦拭和(hé)水中清洗，去除(chu)表面塗層㊙️和殘(cán)餘潤滑膜。在光(guang)亮熱處理💋前配(pèi)備電解酸洗、堿(jiǎn)中和、水沖洗和(he)烘幹裝置，   去除(chu)鋼絲表面油污(wu)，表面質量。

（7）形狀(zhuang)記憶合金的  目(mu)前在彈簧方面(mian)有應用前途的(de)單向形狀🍉記❤️憶(yì)合金，以50Ti和50Ni性能(neng)。形狀記憶合金(jin)制成的彈簧，受(shou)溫度的作用可(kě)伸縮。主要用于(yú)恒溫、恒載荷、恒(heng)變形量的控制(zhi)系統中。由🙇🏻于是(shì)靠彈簧伸縮推(tuī)動執行機構，所(suo)以彈簧的工作(zuo)應力變化較大(da)。

（8）陶瓷的應用  陶(táo)瓷的彈性模量(liang)高，斷裂強度低(dī)，适用于變形不(bu)大的地方。目前(qian)正在的有耐熱(re)、、絕緣性好的陶(tao)瓷，應用的有超(chāo)塑性鋅合金（SPZ），在(zài)常溫下具有高(gāo)的強度。另外，還(hai)有的氮化矽，能(neng)，可達1000℃。但陶瓷彈(dàn)簧不适用于在(zai)沖擊載荷下工(gong)作。

（9）纖維增強塑(sù)料在彈簧中應(yīng)用  玻璃纖維增(zeng)強塑料（GFRP）闆簧在(zai)英⭐、美👨‍❤️‍👨和日本等(děng)國已廣泛應用(yòng)，除用于橫置懸(xuan)架外，還可用于(yú)輕型車輛，如賽(sai)車的縱置懸架(jia)。目📐前又研制成(chéng)功了碳素纖維(wéi)增強塑料（GFRP）懸架(jia)彈簧，比金屬闆(pan)簧❓要輕20%。