彈簧材料

　　由于彈簧應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，對彈簧材料的要求也越來越高。疲勞壽命主要是在高應(yīng)力下提高，抗松弛性能增強(qiáng)；其次，根據(jù)不同用途，要求具有耐腐蝕、耐磨損、無磁性、導(dǎo)電、耐熱等性能。因此，除開發(fā)新品種外，彈簧材料還從嚴(yán)格控制化學(xué)成分、減少非金屬雜質(zhì)、提高表面質(zhì)量和尺寸精度等方面取得了有益的效果。(1)彈簧鋼生產(chǎn)工藝的發(fā)展。

　　在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，為提高彈簧鋼的質(zhì)量，一般都采用爐外精煉、連鑄工藝、新型軋制和在線自動(dòng)檢測與控制設(shè)備。采用大容量電爐或轉(zhuǎn)爐熔煉，在爐外鋼包精煉時(shí)，將含氧量降至(0.0021~0.0010)%，以生產(chǎn)超純鋼，大大提高爐外鋼包精煉過程中氧含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))降至(0.0021~0.0010)%，生產(chǎn)超純鋼，從而大大提高彈簧的設(shè)計(jì)和工作應(yīng)力。在彈簧鋼生產(chǎn)中，連鑄已被廣泛采用。采用電磁攪拌、低溫鑄造等工藝，可以減少連鑄中的偏析，減少二次氧化，改善表面脫碳，使組織性能穩(wěn)定、均勻。使用分段式連續(xù)軋機(jī)，可以提高軋機(jī)的尺寸精度和表面質(zhì)量，同時(shí)也能使鋼沿長度方向均勻地組織。采用在線自動(dòng)檢測與控制，以保證軋制過程中產(chǎn)品表面質(zhì)量。為適用于變截面彈簧扁鋼的生產(chǎn)，開發(fā)了奧氏體軋制成形新工藝，即先將鋼加熱至奧氏體區(qū)再急冷至亞穩(wěn)奧氏體區(qū)進(jìn)行塑性加工并淬火。該方法可以在提高鋼強(qiáng)度的同時(shí)不降低塑性。另外還對彈簧鋼進(jìn)行了在線熱處理和表面強(qiáng)化處理，以改善其性能等。(2)開發(fā)合金鋼。

　　其主要作用是改善機(jī)械性能、改善工藝性能和賦予某些特殊性能。氣門簧和懸架彈簧廣泛應(yīng)用于鋼中。Si是抗應(yīng)力松弛的最佳合金元素，在鋼中加入V、Mo形成SiCrV和SiCrMo鋼，能提高鋼的疲勞壽命和抗松弛性能。并用SiCr拉拔鋼絲，其在高溫下工作的抗松性優(yōu)于琴絲及重要用途碳素彈簧鋼絲。在高速小型、抗顫振能力強(qiáng)、質(zhì)量輕、彈性模量小的Ti合金中，其強(qiáng)度達(dá)到2000MPa，得到了廣泛的應(yīng)用。(3)發(fā)展低碳奧氏體鋼。

　　我國研制的低碳奧氏體鋼38SiMnB是我國自主研發(fā)的新型高性能彈簧鋼，在此基礎(chǔ)上研制的38SiMnVBE具有高韌性、高淬透性、高應(yīng)用性、高性能比等優(yōu)點(diǎn)。超細(xì)晶?？剀埡蟮睦鞆?qiáng)度=(2030~2140)MPa，屈服強(qiáng)度=(900~2010)MPa，伸長率=(12~15)%，面縮率=(48~55)%。提供了一種高性能的材料，用于少片變截彈簧。(4)不銹鋼開發(fā)。

　　我們國家是不銹鋼生產(chǎn)大國，隨著不銹鋼的發(fā)展，自然也開發(fā)了不少不銹鋼品種，目前已達(dá)50多種，基本滿足了國內(nèi)生產(chǎn)發(fā)展的需要，對目前開發(fā)的一些新品種進(jìn)行簡要介紹。奧氏體不銹鋼體系的初步形成。為消除碳素引起的不銹鋼晶界腐蝕疲勞，研制了低碳奧氏體不銹鋼0Cr18Ni9和00Cr17Ni2Mo2。增加Cu、Ti、Nb、Mn、Cr、Si、N等元素，以改善其特性。2)發(fā)展含氮不銹鋼。不銹鋼中的氮代碳已取得了成果。不銹鋼中N、C具有許多共同的特性。氮穩(wěn)定奧氏體的作用大于氮，與C相當(dāng)。氮和Mn結(jié)合可以代替較昂貴的氮化物。同時(shí)，N是奧氏體固溶強(qiáng)化最有效的元素之一。在奧氏體鋼中，氮與碳的親和力比碳與碳的親和力小，很少出現(xiàn)碳的沉淀。所以N可以在不降低腐蝕性能的前提下提高不銹鋼的強(qiáng)度。高強(qiáng)度鐵素體不銹鋼開發(fā)。鐵素體不銹鋼具有較好的耐蝕、抗氧化性能，其抗應(yīng)力腐蝕能力優(yōu)于奧氏體不銹鋼。與奧氏體不銹鋼比較便宜。但是，其焊接性能較差，脆性傾向較大，限制了生產(chǎn)和使用。在鋼中碳、氮含量降低，添加Ti、Nb、Zr、Ta等穩(wěn)定化元素，加入Cu、AI、V等焊縫金屬韌化元素，可提高鐵素體鋼的可焊性和脆性。4)開發(fā)超級(jí)奧氏體鋼。特級(jí)奧氏體鋼指的是Cr、Mo、N含量明顯高于常規(guī)不銹鋼的奧氏體鋼。最著名的當(dāng)屬6%Mo鋼(245SMo)。該型鋼在海水、充氣、存在空隙、低速?zèng)_刷等工況下，具有良好的抗點(diǎn)蝕性能(PI40)和抗應(yīng)力腐蝕性能，是Ni基合金和鈦合金的替代材料。超馬氏體不銹鋼的研制。常規(guī)的2Cr13,3Cr13,4Cr13和1Cr17Ni2缺乏足夠的塑性，在冷頂鍛變形過程中對應(yīng)力非常敏感，冷加工成形比較困難。另外，鋼材焊接性較差，適用范圍有限。為了克服以上馬氏體鋼的缺點(diǎn)，最近找到了一種有效的解決方法，即降低鋼中C、Ti含量，提高Ni含量，研制出一系列新的合金鋼——超馬氏體鋼。這種鋼的抗拉強(qiáng)度高，延展性好，焊接性能也有提高，所以超馬氏體鋼又稱軟馬氏體鋼或可焊性馬氏體鋼。(5)開發(fā)彈簧鋼絲。

　　經(jīng)過100多年的發(fā)展，彈簧鋼絲的生產(chǎn)工藝經(jīng)歷了從鉛質(zhì)到油性淬火，再到感應(yīng)加熱淬火。加之工藝技術(shù)設(shè)備的不斷創(chuàng)新與完善，品種質(zhì)量不斷更新。近年來研制出的彈簧線感應(yīng)加熱淬火回火處理工藝，試驗(yàn)證明，由于感應(yīng)加熱時(shí)間短，淬火組織細(xì)，鋼絲表面幾乎沒有脫碳層，因此其塑性、韌性、抗松弛性、斷裂韌性、延遲斷裂抗力、疲勞壽命等比油冷回火鋼絲有較大提高。另外，研究表明，熱處理后的超細(xì)晶顆粒形變能得到現(xiàn)場應(yīng)用，超細(xì)晶粒形變熱處理是組織超細(xì)化和形變熱處理相結(jié)合的一種復(fù)合強(qiáng)化技術(shù)。不僅可以提高鋼絲的機(jī)械性能，而且還可以改善鋼絲表面質(zhì)量。材料的表面質(zhì)量是影響疲勞性能的重要因素。為確保表面質(zhì)量，對有特殊要求的材料進(jìn)行剝皮處理，去除表層0.1mm。深度0.5mm的缺陷采用渦流檢測。拔絲時(shí)，可采用電解研磨，將表面粗糙度降低至=(6.5~3.4)m。

　　(6)開發(fā)不銹鋼絲。

　　近幾年國外彈簧不銹生產(chǎn)發(fā)展迅速。1Cr18Ni9和0Cr17Ni7AI是國內(nèi)需求增加的品種。高級(jí)線材生產(chǎn)工藝流程特點(diǎn)是先對盤條進(jìn)行剝皮處理，去除因熱加工引起的表面缺陷，除第一次固溶處理后進(jìn)行酸洗外，整個(gè)冷加工過程表面保持光亮。由于技術(shù)的發(fā)展，不繡鋼絲生產(chǎn)流程進(jìn)一步簡化，簡化了部分原金屬制品行業(yè)的質(zhì)量控制，改為對盤條質(zhì)量的要求。使用粗拉絲機(jī)后，用清潔球擦洗水，除去表面涂層和殘留潤滑膜。配有電解酸洗、堿中和、水沖洗干燥裝置，徹底清除鋼絲表面的油污，提高表面質(zhì)量。(7)研制形狀記憶合金。

　　當(dāng)前，50Ti,50Ni,50Ni,50Ni，具有很好應(yīng)用前景的單向記憶合金。由形狀記憶合金制成的彈簧，在溫度作用下可以伸縮。它主要應(yīng)用于恒溫、恒載、變形量的控制系統(tǒng)中。因?yàn)閳?zhí)行機(jī)構(gòu)靠彈簧伸縮推動(dòng)，因此彈簧工作應(yīng)力變化較大。