彈簧材(cái)料的發展(zhǎn)

随着彈簧(huáng)應用技術(shu)的發展，對(dui)彈簧材料(liào)提出了多(duo)的要❄️求。主(zhu)要是在高(gao)應力下的(de)提高疲勞(lao)壽命和抗(kàng)🏒松弛性能(neng)🌍方面；其次(cì)是根據不(bu)同的用途(tu)，要求具有(you)耐蝕性、非(fēi)磁性、導電(dian)性、性、耐熱(re)性等方面(miàn)。為此，彈簧(huáng)材料除了(le)新品種外(wai)，另從嚴格(gé)控制化學(xue)♊成分，降低(dī)💚非金屬夾(jia)雜，提高表(biao)面質量和(he)尺寸精度(du)等方面取(qǔ)得了有益(yì)的成效。

（1）彈(dàn)簧鋼生産(chǎn)工藝的發(fā)展  為了提(tí)高彈簧鋼(gāng)的質量㊙️，工(gong)業發✂️達已(yi)普通采用(yong)爐外精煉(liàn)技術、連鑄(zhu)工藝、新型(xíng)軋制和在(zai)線自動檢(jiǎn)測及控制(zhi)設備等。

為(wei)了鋼的化(huà)學成分，降(jiang)低氣體和(hé)各種非金(jin)屬加夾物(wù)的含☔量，采(cǎi)用大容量(liang)電爐或轉(zhuan)爐熔煉，采(cai)用爐外鋼(gāng)包🏃🏻‍♂️精煉，使(shi)氧含量（質(zhi)量分數）降(jiàng)至（0.0021~0.0010）%，生産出(chu)超純淨✍️鋼(gāng)，從而提高(gāo)了彈簧的(de)設計和工(gong)作應力。

連(lian)鑄生産工(gōng)藝在彈簧(huáng)鋼生産中(zhong)已被廣泛(fan)采用。連鑄(zhù)可通過電(diàn)🐕磁攪拌、低(di)溫鑄造等(děng)技術減小(xiao)鋼的偏析(xī)，減小二♈次(cì)氧化，表面(miàn)脫碳，使組(zu)織和性能(neng)穩定、均勻(yun)。

采用分列(liè)式全連續(xu)軋機，可提(tí)高尺寸精(jing)度，表面質(zhì)量，同🔅時也(ye)可⛱️使鋼材(cai)沿長度顯(xian)微組織均(jun1)勻。在軋制(zhì)過程中為(wéi)了産品的(de)表面質量(liang)采用在線(xiàn)自動檢測(cè)和控制。為(wéi)了适合變(bian)截面彈簧(huáng)扁鋼生産(chan)而了奧氏(shì)💃體軋制成(chéng)形新工藝(yi)，即先将鋼(gang)加熱到奧(ao)氏體區再(zai)急冷至亞(ya)穩♋奧氏體(tǐ)區進行塑(sù)性加工并(bìng)淬火處理(li)🈲。這種工藝(yi)可使鋼在(zài)不降低塑(sù)性的同時(shí)提。此外還(hái)有通過軋(zha)後在線👅熱(rè)處理和表(biǎo)面硬化處(chu)理來提高(gao)彈簧鋼的(de)性能等。

（2）合(he)金鋼的發(fā)展  合金元(yuán)素的主要(yào)作用是提(tí)高力學性(xing)能，工藝性(xìng)💘能及賦予(yǔ)某種性能(neng)。氣門彈簧(huáng)和懸架彈(dàn)簧已廣泛(fàn)應⚽用SiCr鋼。Si是(shì)抗應力松(song)弛的合金(jin)元素，在SiCr鋼(gang)中添加V、Mo形(xíng)成💰SiCrV和SiCrMo鋼，可(kě)以提高🌈疲(pi)勞壽命和(hé)抗松弛性(xing)能。同時SiCr拉(lā)拔鋼絲⭐，其(qi)在高溫下(xià)工作時🐆的(de)抗松弛🐕性(xing)能，比琴鋼(gang)絲和重要(yào)用途碳素(sù)彈簧鋼絲(sī)要好。随⭐着(zhe)發動機高(gāo)速小型化(hua)，抗顫振性(xing)能好、質量(liàng)輕、彈性模(mo)量小的Ti合(he)金了較為(wei)廣泛的應(ying)用，其強度(du)可達2000 MPa。

（3）低碳(tàn)奧氏體鋼(gāng)的發展  低(di)碳奧氏體(tǐ)鋼38SiMnB是我國(guo)自主的一(yi)種新🐕型的(de)彈簧鋼，在(zài)此基礎上(shang)的38SiMnVBE具優越(yue)性，具🚶‍♀️有高(gāo)強韌性、高(gao)淬透性、高(gāo)應用性和(hé)比。在進行(hang)   晶粒🔅控制(zhi)軋制後，其(qi)抗拉強❌度(dù) =（2030~2140）MPa，屈服🍓強度(dù) =（900~2010）MPa，伸長率 =（12~15）%，面(miàn)縮率 =（48~55）%。為少(shao)片變截面(mian)闆彈🐕簧提(tí)供了的材(cai)料。

（4）不鏽鋼(gang)的發展  我(wǒ)國是生産(chan)不鏽鋼的(de)大國，随着(zhe)不鏽鋼的(de)👄生産‼️發展(zhan)，自然也了(le)不少品種(zhǒng)，目前已達(da)50多種，，基本(běn)滿足了國(guo)内☔生産發(fa)展的需要(yào)，對當前的(de)一👨‍❤️‍👨些新品(pin)種作簡要(yao)說明。

1）奧氏(shi)體不鏽鋼(gāng)體系的初(chū)步形成。為(wéi)了碳元素(su)造成的不(bu)鏽鋼晶㊙️界(jie)腐蝕疲勞(láo)，出低碳奧(ao)氏體不鏽(xiu)鋼0Cr18Ni9和00Cr17Ni2Mo2。為了(le)提高其性(xing)能可加Cu、Ti、Nb、Mn、Cr、Si和(he)N等元素。

2）含(hán)氮不鏽鋼(gāng)的發展。 在(zai)不鏽鋼中(zhong)以氮代碳(tàn)取得了成(chéng)👌果。在✂️奧氏(shì)體不鏽鋼(gang)中N和C有許(xǔ)多共同特(tè)性。N穩定奧(ao)氏⁉️體的☂️作(zuò)用比Ni大，與(yu)C相⭐當。N與Mn結(jié)合能取代(dai)比較貴的(de)Ni。

在奧氏體(ti)中N也是的(de)固溶元素(sù)之一。N與Cr的(de)親和力要(yào)比😄C與Cr的親(qin)和力小，奧(ào)氏體鋼很(hen)少見到Cr2N的(de)析出。因此(cǐ)N能在不降(jiang)低耐🧡蝕性(xing)🥵能的基礎(chǔ)上，提高不(bu)鏽鋼強度(du)。

3）   鐵素體不(bú)鏽鋼的發(fā)展。 鐵素體(tǐ)不鏽鋼具(ju)有良好的(de)腐蝕性能(neng)和   性能，其(qi)抗應力腐(fu)蝕性能優(yōu)于奧氏體(ti)🈲不鏽鋼。價(jia)格比奧氏(shi)體不鏽鋼(gāng)便宜。但存(cún)在可焊性(xing)差、脆性傾(qing)向比較大(da)的🐪缺點，生(shēng)⛱️産和使✔️用(yòng)受到限制(zhì)🤞。通過降低(dī)🥵鋼中的碳(tàn)和氮的含(hán)量，添加Ti、Nb、Zr、Ta等(deng)穩定化元(yuan)素，添加Cu、AI、V等(deng)焊縫金屬(shu)韌化元素(su)三種途徑(jing)，可以鐵素(sù)體鋼的可(kě)焊🌏性和脆(cui)性。

4）奧氏體(tǐ)鋼的發展(zhǎn)。 奧氏體鋼(gang)指Cr、Mo、N含量顯(xiǎn)着高于常(chang)規☎️不鏽👈鋼(gang)的奧氏體(ti)鋼。其中比(bǐ)較着名的(de)是含6% Mo的鋼(gāng)（245S Mo）。這類鋼具(ju)有非常🌂好(hǎo)的耐局部(bù)腐蝕性能(neng)，在海水、充(chong)氣☔、存在縫(feng)隙、低速沖(chong)刷條件下(xià)，有良好的(de)抗點蝕性(xing)能🌍（PI 40）和較好(hao)的抗應力(lì)腐蝕性能(néng)，是Ni基合金(jin)和钛合金(jīn)的代用材(cái)料。

5）超馬氏(shi)體不鏽鋼(gang)的發展。 傳(chuan)統的馬氏(shi)體不鏽鋼(gāng)2Cr13、3Cr13、4Cr13和1Cr17Ni2缺乏足(zú)夠的延展(zhan)性，在冷頂(ding)鍛變形過(guò)程中對應(yīng)力敏感📞，冷(lěng)加工成形(xíng)比較困難(nan)。加之鋼的(de)可焊性比(bi)較差，使用(yong)範圍受到(dào)限制。為克(kè)服馬氏體(tǐ)鋼的上述(shu)不♍足，近來(lai)已找到一(yī)種途徑，就(jiu)是通過降(jiang)低鋼的C、Ti含(hán)量😄，增加Ni含(hán)量，一個新(xin)系列合金(jin)鋼——超馬氏(shì)體鋼。這類(lèi)鋼抗拉，延(yán)展性❤️好，焊(han)接性能也(yě)，因此超馬(ma)氏體鋼又(you)稱為軟馬(ma)氏🌍體鋼或(huo)可焊接馬(ma)氏體鋼。

（5）彈(dàn)簧鋼絲的(de)發展  彈簧(huáng)鋼絲經過(guò)100的發展，工(gōng)藝技術經(jīng)曆了由鉛(qiān)淬火到油(you)淬火，現又(you)發展到感(gan)應加熱淬(cui)火。再加上(shàng)工藝技術(shu)裝備和完(wán)善，品種質(zhi)量不斷新(xīn)。近來的閥(fá)門用彈簧(huáng)鋼絲感應(yīng)加熱淬火(huǒ)和回火處(chu)理工藝，試(shi)驗證明🐇，由(yóu)于感應加(jiā)熱時間短(duǎn)，淬火組織(zhī)細小，鋼絲(sī)表面幾乎(hū)沒♌有脫碳(tan)層，所以其(qi)塑性、韌📱性(xing)、抗松弛性(xing)、斷裂韌性(xìng)、延遲斷裂(liè)抗力、疲勞(lao)壽命等都(dou)比油淬火(huo)回火鋼絲(si)有較大提(tí)高。

另一種(zhong)研究取得(dé)成效的   晶(jīng)粒形變熱(rè)處理鋼絲(si)已💃能實地(dì)應用⭐，   晶粒(lì)形變熱處(chu)理是組織(zhī)   化與形變(biàn)熱處理相(xiàng)結合的一(yi)種複合強(qiáng)韌化工藝(yi)。它既可提(ti)高鋼絲的(de)力學性能(neng)，同時🙇‍♀️又能(neng)鋼🈲絲的表(biǎo)面質量。材(cai)料表面質(zhì)量對疲勞(láo)性💜能影響(xiǎng)很大。為了(le)表面質量(liàng)，對有要求(qiú)的材料采(cai)用剝皮工(gōng)藝，将表層(ceng)⭕去掉0.1mm。對0.5mm的(de)缺陷采用(yòng)渦流🔱探傷(shāng)。對拔絲過(guò)程表面産(chan)生的凹凸(tū)不平，可用(yòng)電解研磨(mó)，使表面粗(cu)糙度降到(dao) =（6.5~3.4） m。

（6）不鏽鋼絲(sī)的發展  近(jin)年來不鏽(xiu)彈簧鋼絲(sī)生産發展(zhǎn)較快。國内(nèi)需求量增(zeng)大的品種(zhǒng)主要為1Cr18Ni9和(he)0Cr17Ni7AI。

的鋼絲生(shēng)産工藝流(liú)程特點是(shi)盤條先剝(bāo)皮處理，去(qu)除熱加工(gōng)🙇‍♀️在表面造(zao)成的缺陷(xian)，除次固溶(rong)處理後要(yao)進行酸洗(xi)外，整個冷(leng)加工🈚過程(cheng)均保持光(guang)亮表面。

随(suí)着工藝的(de)發展，不繡(xiu)鋼絲生産(chan)流程進一(yī)步簡化，将(jiang)部分原屬(shu)🚶金屬制品(pin)行業質量(liang)控制簡化(huà)，轉換為對(duì)盤🐇條質量(liang)的❤️要求。在(zai)粗拉絲機(ji)後，應用清(qīng)潔球擦拭(shì)和水中清(qing)洗，去除表(biǎo)面塗層和(he)殘餘潤滑(huá)膜。在光亮(liang)熱處理前(qián)配備電解(jie)酸洗、堿中(zhōng)和、水沖洗(xǐ)和烘幹裝(zhuāng)置，   去除鋼(gāng)絲表面油(you)污，表面質(zhi)量。

（7）形狀記(jì)憶合金的(de)  目前在彈(dan)簧方面有(yǒu)應用前途(tu)的單向🧡形(xing)狀記憶合(hé)金，以50Ti和50Ni性(xìng)能。形狀記(ji)憶合金制(zhì)成的彈簧(huang)，受溫度的(de)作用可伸(shen)縮。主要用(yong)于恒溫、恒(héng)載荷、恒變(biàn)形量的控(kong)制系統中(zhōng)。由于是靠(kao)彈簧伸縮(suo)推動執行(hang)機🚩構，所以(yǐ)彈☂️簧的工(gong)作應力變(biàn)化☁️較大。

（8）陶(táo)瓷的應用(yòng)  陶瓷的彈(dan)性模量高(gao)，斷裂強度(dù)低，适用于(yú)變形不大(dà)☎️的地方。目(mu)前正在的(de)有耐熱、、絕(jué)緣性好的(de)陶瓷，應用(yòng)的💃有超塑(su)性鋅合金(jin)（SPZ），在常溫下(xia)具有高的(de)強度。另外(wài)，還有的氮(dàn)化矽，能♊，可(ke)達1000℃。但陶瓷(ci)彈簧不💋适(shì)用于在沖(chong)擊載荷下(xià)工作。

（9）纖維(wéi)增強塑料(liào)在彈簧中(zhong)應用  玻璃(li)纖維增強(qiang)塑料（GFRP）闆簧(huang)在英、美和(he)日本等國(guó)已廣泛應(yīng)用，除用于(yu)橫置懸架(jia)外，還可用(yòng)于輕型車(chē)輛，如賽車(chē)的縱置懸(xuan)架。目前又(yòu)研制成功(gong)了碳素纖(xian)維增強塑(sù)料（GFRP）懸架彈(dan)簧，比金屬(shu)闆簧要輕(qing)20%。