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熱軋成形的彈簧用鋼
添加:2015-4-22 10:38:24    游覽:1509    來源:

  用于制造彈簧的鋼,其交貨狀態有熱軋和冷軋(拉)兩種。熱軋材料中包括圓鋼、扁鋼、鋼板和梯形鋼等。其規格和尺寸公差較大,表面質量較差,它們主要是用電爐或轉爐熔煉后經熱軋或鍛造成形,并以退火狀態供應,在以后制造彈簧的過程中,往往不再進行任何加工就直接加熱卷繞。

  目前通用的熱軋彈簧用鋼有碳素鋼、錳鋼、硅錳鋼、錳鉻鋼、鉻釩鋼、硅鉻鋼、鉻釩鎢鋼和無鉻彈簧鋼(包括硅錳釩硼鋼、硅錳釩鋼和硅錳鉬釩鈮等)。我國列入熱軋彈簧鋼材,按GB1222-75規定有65、70、75、85,65Mn,50Si2Mn,55Si2MnB、60Si2Mn,60Si2MnA,60Si2CrA,70Si3MnA、65Si2MnWA、60Si2CrVA、50CrMn、55SiMnVB、50CrVA、30W4Cr2VA、55SiMnMoV、55SiMnMoVNb等十九種。日本列入JIS標準中的有碳素鋼(SUP3,SUP4)硅錳鋼(SUP6,SUP7)、錳鉻鋼(SUP9,SUP9A)、鉻釩鋼(SUP10)和錳鉻硼鋼〔SUP11A〕等八種。

  1.碳素鋼系列的彈簧鋼

  這是價格最廉也是最易得到的彈簧鋼,其表面質量不比合金鋼差。人們對碳素鋼的熱處理方法較熟悉,其中共析成分的碳素鋼,如日本的SUP3,即使進行普通的正火、退火也幾乎不會出現初生的鐵素體。但是它的缺點是淬透性較差,當圓鋼的截面直徑超過18mm或板材厚度超過11mm時在油中就不能淬透,因此不宜用在大截面的彈簧上,通常只有在鐵路車輛中13毫米以下的板彈簧才用它。過共析成分的碳素鋼,如日本的SUP4或美國的AISI1095,性能雖較SUP3為好,但也只用于鐵道車輛中直徑在19毫釆以下的螺旋彈簧。其熱卷工藝是加熱到870℃盤卷后空冷,然后在保溫20,40min淬入油溫小于650℃的油中,不待其完全冷透,在彈簧仍具90~150℃溫度時,立即進行450~510℃、1~1.5h回火。

  2.錳彈簧鋼

  常用的為65Mn,其淬透性較碳素鋼好,脫碳傾向也小,但是它有過熱敏感性和回火脆性等缺點,又易產生裂紋,因此國外已不采用,國內因其資源豐富,價格便宜,故仍列入彈簧鋼標準中,一般多用于截面直徑尺寸小于15mm的中小型低應力彈簧。

  3.硅錳彈簧鋼

  在國內標準中有五種鋼號,即55Si2Mn、55Si2MnB、60Si2Mn,60Si2MnA和70Si3MnA。日本JIS標準中列有SUP6和SUP7兩種。美國有SAE9260和9255兩種。其所以要添加硅錳兩種元素是因為硅能固溶于鐵素體和奧氏體中,從而提高了鋼的硬度、強度、彈性極限、屈強比和疲勞強度,同時還能提高材料的回火穩定性和抗氧化性;錳能提高材料的淬透性,使25mm以下的彈簧都能在油中淬透。試驗表明在含碳量0.5~0.7%的鋼中,加入的硅和適量的錳,經淬火回火后,屈強比可提高到0.85以上,彈性極限也大為提高。但是硅含量提高了以后,易產生石墨化現象和增加表面脫碳傾向,同時在鋼中易生成較多的硅酸鹽夾雜物,易淬火開裂,因而在日本和美國已用得不多,在我國主要用于制造汽車、拖拉機、鐵道車輛上的板彈簧、扭桿彈簧、螺旋彈簧,以及工作溫度在250℃以下的中等應力的彈簧。

  4.鉻錳彈簧鋼

  是在鋼中加入1%的鉻和錳,在國內標準中有50CrMn鋼一種。日本JIS標準中有SUP9和SUP9A兩種,是在第二次世界大戰后研制成功的低合金彈簧鋼,它具有良好的熱加工性和淬透性,即使其直徑達50mm也能淬透,由于鉻的加入,使鋼的強度和硬度都有所提高,同時還提高了它的回火穩定性和減少脫碳傾向,缺點是有回火脆性的傾向,因此回火后需快冷。這類鋼適宜用于制造鐵路車輛和汽車的截面較大和較重要的板彈簧、扭桿彈簧和螺旋彈簧。

  5.鉻釩彈簧鋼

  在國內有50CrVA一種,相當于日本JIS中的SUP10和美國的6150鋼,由于鉻和釩的作用,提高了鋼的韌性、強度和彈性極限,降低了鋼的過熱敏感性和脫碳傾向,改善了表面質量,從而提高了材料的疲勞強度。在硬度較低時,它的缺口敏感性仍較低,而低溫沖擊韌性較好。它的淬透性比鉻錳和硅錳彈簧鋼要好,即使是直徑60mm或板厚30mm也能淬透,而且由于這類鋼的回火穩定性較高,在500~550℃回火后仍具有很髙的強度和彈性極限,因而在較高溫度下工作時,性能仍比較穩定。

  鉻釩彈簧鋼是一種廣泛使用的優質彈簧鋼,主要用于截面較大和應力較高,又要求有較長疲勞壽命的螺旋彈簧、扭桿彈簧、碟形彈簧和工作溫度在2¬20℃以下的閥門彈簧和活塞彈簧等。

  6.硅鉻彈簧鋼

  屬于這類鋼的有60Si2CrA和60Si2CrVA,它是以1%鉻代替了硅錳鋼中的一部分的錳,因而機械性能較高,過熱敏感性降低,在工作濕度較高時機械性能較穩定,還能降低含硅鋼的石墨化傾向。它主要用于承受高應力或受沖擊載荷的彈簧和工作溫度在250~300℃的耐熱彈簧。

  7.硅錳鎢彈簧鋼

  是在硅錳鋼60Si2MnA中加入了0.8~1.2%的鎢,在國內標準中有60Si2MnWA,國外還沒有相應的牌號,由于鎢在鋼中易形成難溶碳化物,從而有效地提高了鋼的回火穩定性和高溫時的蠕變抗力,使鋼具有一定的紅硬性。鎢還能増加淬透性和提高鋼的硬度,它主要用于承受高載荷或耐沖擊的彈簧,以及工作溫度低于350℃的彈簧。

  8.鉻釩鎢彈簧鋼

  國內標準中列有30W4Cr2VA,由于加入了鉻、鎢、釩等合金元素,大大提高了鋼的淬透性和回火穩定性,以及在高溫下的抗松弛性能,因而主要用于溫度<500℃工作的彈簧。

  9.無鉻彈簧鋼

  是適應我國國內資源自行研制成功的合金彈簧鋼,它是在硅錳彈簧鋼的基礎上加入了微量的鉬、釩、鈮、硼等元索,屬于這類鋼的有55SiMnVB、55SiMnMoV和55SiMnMoVNb三種,由于這些微量元素的作用,使這三種鋼都有較高的抗拉強度和彈性極限,而且有良好的塑性和韌性,因此適宜作高強度的板彈簧和螺旋彈簧。

  10.鉻錳硼彈簧鋼

  它是在鉻錳鋼的基礎上加入微量的硼,國內尚無相應的牌號,日本JIS標準中列有SUP11,它的基本性能和鉻錳鋼相似,但具有更好的淬透性,通常用于制造超大型的彈簧,例如推土機上的迭板彈簧,船舶上的大型螺旋彈簧和大型扭力彈簧等。

  11.高合金彈簧鋼

  除了上述通常采用的碳索鋼和低合金鋼外,某些工具鋼有時也能用作為彈簧錒,但在國外都沒有將這些列入彈簧鋼系列中。例如工具中用得最廣的18-4-1髙速鋼就是用得較普遍的—種高溫彈簧鋼材,通常用于工作溫度在以下的彈簧。但是作為彈簧鋼有些數據如彈性極限值還不夠完整,可它至少相等于或略高于通常所用的鉻釩鋼和鉻硅鋼,因此在設計時可以采用鉻硅鋼的數據,其熱處理工藝和制作工具時不同,可以采用緩慢加熱至850℃均熱后轉入1280~1310℃的高溫爐內,然后油淬至100℃左右立即在650~675℃回火1~2h,這樣可獲得HRC50~54的硬度。此外如油硬碳素工具鋼有時也可用來制造彈簧。這類鋼在780℃淬火,350℃回火后可得到HRC50~54的硬度。對于長期暴露在氧化性氣氛中并在高溫環境下工作的彈簧,日本采用SEHI鋼,其化學成分為0.40~0.50%C,3~3.3%Si和7.5~9.5%Cr,相當于我國的4Cr9Si2鋼。

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