不同金屬成分在彈簧材料中的作用

彈簧材料

　　化學(xué)元素對(duì)彈簧性能的影響

　　1.碳彈簧的含碳量增加了屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度，但塑性和沖擊性能降低。當(dāng)碳含量超過(guò)0.23%時(shí)，彈簧的焊接性能惡化，因此用于焊接的低合金結(jié)構(gòu)鋼具有一般的碳含量。不超過(guò)0.20%。高碳含量也會(huì)降低彈簧的耐大氣腐蝕性。露天堆場(chǎng)的高碳鋼容易生銹。此外，碳可以增加彈簧的冷脆性和老化敏感性。

　　2.在煉鋼過(guò)程中添加硅作為還原劑和脫氧劑，因此鎮(zhèn)靜鋼的含氧量為0.150.30%硅。如果彈簧中的硅含量超過(guò)0.50-0.60%，則硅被視為合金元素。硅能顯著提高鋼的彈性極限屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度，因此被廣泛用作彈簧鋼。在調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼中加入1.0-1.2%的硅可使強(qiáng)度提高15-20%。硅和鉬、鎢、鉻等結(jié)合，提高耐腐蝕性和抗氧化性，生產(chǎn)耐熱鋼。硅含量為1-4%的低碳鋼具有極高的磁導(dǎo)率，在電氣工業(yè)中用作硅鋼片。硅含量的增加將降低彈簧的焊接性能。

　　3.錳是煉鋼過(guò)程中很好的脫氧劑和脫硫劑。通常，彈簧含有0.30-0.50%的錳。當(dāng)碳鋼中添加0.70%以上時(shí)，即使“錳鋼”比普通鋼更堅(jiān)韌，它不僅具有足夠的韌性，而且具有更高的強(qiáng)度和硬度。它提高了鋼的淬透性，改善了鋼的熱加工性。例如，16Mn鋼優(yōu)于A3鋼。屈服點(diǎn)高出40%。含1114%的錳具有極高的耐磨性，用于挖掘機(jī)鏟斗球磨機(jī)等的襯里。錳含量的增加會(huì)削弱彈簧的耐腐蝕性，并降低焊接性能。

　　4.磷一般來(lái)說(shuō)，磷是鋼中的有害元素。它增加了鋼的冷脆性，惡化了焊接性能，降低了塑性，惡化了冷彎性能。因此，一般要求鋼中磷含量小于0.045%，對(duì)優(yōu)質(zhì)鋼的要求較低。

　　5.硫在正常情況下也是有害元素。彈簧的熱脆性降低了彈簧的延展性和韌性，并在鍛造和軋制過(guò)程中導(dǎo)致裂紋。硫也有害于焊接性能并降低耐腐蝕性。因此，通常要求硫含量小于0.055%，優(yōu)質(zhì)鋼要求小于0.040%。向鋼中添加0.08-0.20%的硫可以提高可加工性，通常稱為易切削鋼。

　　6.鉻在結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼中，鉻可以顯著提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但同時(shí)降低塑性和韌性。鉻能提高彈簧的抗氧化性和耐腐蝕性，是不銹鋼耐熱鋼的重要合金元素。

　　7.鎳可以提高彈簧的強(qiáng)度，同時(shí)保持良好的塑性和韌性。鎳對(duì)酸和堿具有很高的耐腐蝕性，并且在高溫下具有防銹性和耐熱性。然而，由于鎳是一種相對(duì)稀缺的資源，應(yīng)盡可能使用其他合金元素來(lái)替代鎳鉻鋼。

　　8.鉬可以細(xì)化彈簧的晶粒，提高淬透性和熱強(qiáng)度。它在高溫下保持足夠的強(qiáng)度和抗蠕變能力（高溫下的長(zhǎng)期變形稱為蠕變）。在結(jié)構(gòu)鋼中添加鉬可以改善力學(xué)性能。它還可以抑制合金鋼因火災(zāi)而產(chǎn)生的脆性。它可以改善工具鋼的紅色。

　　9鈦是彈簧中的強(qiáng)脫氧劑。它可以使彈簧內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊，細(xì)化晶粒力，降低時(shí)效敏感性和冷脆性。提高焊接性能。在鉻18鎳9奧氏體不銹鋼中加入適當(dāng)?shù)拟伩梢员苊饩чg腐蝕。

　　10釩是一種優(yōu)良的彈簧脫氧劑。在彈簧中加入0.5%的釩可以細(xì)化組織晶粒，提高強(qiáng)度和韌性。釩和碳形成的碳化物可以提高高溫高壓下的抗氫腐蝕能力。

　　11鎢具有高熔點(diǎn)和高比重，是一種珍貴的合金元素。鎢和碳形成碳化鎢，碳化鎢具有高硬度和耐磨性。在工具鋼中添加鎢可以顯著提高刀具和鍛模的紅色硬度和熱強(qiáng)度。

　　12鈮可以細(xì)化晶粒，降低彈簧的過(guò)熱敏感性和回火脆性，提高強(qiáng)度，但塑性和韌性降低。在普通低合金鋼中添加鈮可提高其耐大氣腐蝕性和耐高溫氫、氮、氨腐蝕性。鈮可以改善焊接性能。在奧氏體不銹鋼中添加鈮可以防止晶間腐蝕。

　　13鈷是一種稀有的貴金屬，主要用于特殊彈簧和合金，如熱強(qiáng)度鋼和磁性材料。

　　14武鋼從大冶礦石中冶煉出的銅通常含有銅。銅可以提高強(qiáng)度和韌性，尤其是大氣腐蝕性能。缺點(diǎn)是在熱加工過(guò)程中容易產(chǎn)生熱脆性。銅含量超過(guò)0.5%，塑性顯著降低。當(dāng)銅含量小于0.50%時(shí)，對(duì)焊接性沒(méi)有影響。

　　15鋁是鋼中常用的脫氧劑。在鋼中加入少量鋁可以細(xì)化晶粒，提高沖擊韌性，如深沖用08Al鋼。鋁還具有抗氧化性和耐腐蝕性。鋁與鉻、硅的結(jié)合能顯著提高鋼的高溫不結(jié)皮性能和耐高溫腐蝕性能。鋁的缺點(diǎn)是影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切割性能。

　　16硼在鋼中加入少量硼，可以改善彈簧的致密性和熱軋性能，提高強(qiáng)度。

　　17氮?dú)饪梢蕴岣邚椈傻膹?qiáng)度、低溫韌性和焊接性，并增加時(shí)效敏感性。

　　18稀土元素指元素周期表中原子序數(shù)為57-71的15種鑭系元素。這些元素都是金屬，但它們的氧化物與“地球”非常相似，所以它們通常被稱為稀土。向鋼中添加稀土可以改變彈簧中夾雜物的成分、形狀、分布和性能，從而改善鋼的各種性能，如韌性、焊接性和冷加工性。在犁鏵鋼中添加稀土可以提高耐磨性。