合金元素在碟形彈簧材料中的影響

　　碟形彈簧材料的化學元素主要以鐵、碳為主，為保證彈簧能滿足不同條件下工作的需要，則在碳素彈簧鋼的基礎上添加了一定量的合金元素，從而使材料具有碳素彈簧鋼所沒有的優良性能，如高的彈性極限、良好的淬透性和耐腐蝕性等。各種合金元素在碟形彈簧材料中的作用如下：

　　碳(C)是鋼中重要的化學元素，彈簧鋼的w(C)范圍是0.3%～1.2%，其中碳素彈簧鋼的w(C)在0.60%～0.90%之問，合金彈簧鋼的w(C)在0.46%～0.75%之問。含碳量越高，鋼的硬度和強度越高，但塑性降低，脆性增加。

　　錳(Mn)在彈簧鋼中一般加入量為1%左右。其優點是淬透性好、強度較高、脫碳傾向較小，缺點是有過熱敏感件和回火脆性傾向，淬火時開裂傾向亦較大。

　　硅(Si)在碳素鋼中的w(Si)通常不超過0.37%，它是作為冶煉過程中的脫氧劑而加入鋼中的。含硅的合金彈簧鋼其w(Si)在0.70%~2.80%之間。由于硅能溶入鐵素體中，使鐵素體顯著強化，從而提高了鋼的強度和屈強比，硅還能提高鋼的淬透性和回火穩定性。但彈簧鋼中含硅最不能過高，否則會造成鋼的晶粒粗化，增加石墨化傾向。

　　鉻(Cr)能提高淬透性、細化晶粒，是制造高疲勞性能碟形彈簧所用合金鋼中的重要元素之一，當w(Cr)達到13%以上時，具有很好的防腐蝕能力，是制造碟形彈簧所用不銹鋼中的主要添加元素。但鉻能引起回火脆性，回火后均需快冷，以避免回火脆性的產生。

　　鎳(Ni)是我國資源較少的元素，一般碟形彈簧鋼中很少使用，它是奧氏體不銹鋼中的主要成分之一。鎳主要用于形成穩定奧氏體組織，鉻鎳奧氏體的組織穩定，高溫下長期使用也不會脆化。

　　釩(V)是強碳化物元素，和碳能結合成熔點很高的碳化釩，合金彈簧鋼中加入少量的釩，則細化晶粒的作用就已十分明顯，如50CrVA的W(V)僅為0.1%~0.2%。彈簧鋼中加入了釩細化了晶粒、降低了過熱敏感性、提高了鋼的靜強度和疲勞強度。

　　鎢(W)主要作用是提高鋼的淬透性耐熱性能，使碟形彈簧在較高溫度下仍能保持高的強度和彈性，鎢還能細化晶粒，如常用的碟形彈簧材料65Si2MnWA，其淬透性、耐熱性能都優于50CrVAo

　　硼(B)能大大提高彈簧淬透性，加入極微量的硼(質量分數為十萬分之幾)，作用就極為明顯。在硅錳彈簧鋼的基礎上加入微量的硼以后淬透性明顯提高，在某些耐高溫的合金彈簧材料中加入硼，能增加材料的持久強度。

　　鋁(A1)、鈦(Ti)、鈮(Nb)主要添加在彈簧用不銹鋼或其他特殊用途的碟形彈簧材料中，主要目的是提高材料的耐腐蝕性能或與鎳、鉬等組成沉淀硬化相，起到沉淀強化作用。

　　鈷(Co)是恒彈性材料，鈷在3J21、3J32中作為主要添加元素，能使彈簧材料獲得高的彈性極限，并且彈性模量溫度系數也很小。但鈷是貴重合金元素，除非必要，一般不輕易使用。

　　銅(Cu)常作為銅合金中的基體元素，與其他添加的元素組成銅合金彈性材料。如與錫(Sn)、磷(P)、組成錫磷青銅，與硅、錳組成硅青銅，與鋁組成鋁青銅，與鈹(Be)組成鈹青銅等。以銅鎳為主的蒙乃爾彈性合金有很好的耐腐蝕性能。

　　鈹(Be)主要是加入銅中組成鈹青銅。鈹青銅有優良的彈性性能。但鈹有毒，且價格也很貴。

　　上述各種合金元素可以單獨添加，也可以幾種元素一起添加，幾種元素一起添加所起的作用要遠大于每種元素單獨添加所起作用的疊加，所以現在新研制的彈簧鋼，在合金元素方面，都傾向于采用少量多元的辦法。

　　鋼中除了以上這些有益元素外，還不可避免地存在一些有害的雜質。如硫(S)、磷(P)等。這些雜質會降低鋼的塑性和韌性，增加脆性，形成的夾雜物嚴重地降低碟形彈簧的壽命，所以要求這兩種有害元素在鋼中的含量越少越好。

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