彈簧鋼高強度化及合金元素的作用

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高強度彈簧鋼絲生產(chǎn)工藝及研究 關鍵詞：彈簧鋼絲材料性能試驗 為評估材料制造彈簧的性能，研究了琴鋼絲、油淬火鋼絲和奧氏體不銹鋼等彈簧鋼 絲。研究中量化彈簧性能參數(shù)：（1）加工問題；（2）極限應力；（3）松弛性能；（4） 疲勞性能。 1、試驗材料 試驗鋼絲的規(guī)格和化學成分見表1。 表1彈簧鋼絲化學成分 直徑 mmcsimnpscrvnicunbal 火箭鋼絲1.90.860.20.450.0110.004---0.01-- 302不銹鋼絲20.081.261.160.0150.00217.2-7.48--- crsiv鋼絲3.50.651.430.60.0110.0130.70.1080.02--- 超級琴鋼絲40.840.190.640.0070.0130.20.0

1中國高強度彈簧鋼的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 1.1彈簧鋼簡介 彈簧鋼（英文名：springsteel）即含碳量為0.60%～0.95%的碳鋼，是經(jīng)冷變形 強化的一種較好的彈簧鋼絲，用于制作各種彈簧。鋼的彈性取決于其彈性變形的能力， 即在規(guī)定的范圍之內(nèi)，彈性變形的能力使其承受一定的載荷，在載荷去除之后不出現(xiàn)永 久變形。根據(jù)gb/t13304《鋼分類》標準，按照基本性能及使用特性一，彈簧鋼屬于機 械結構用鋼；按照質量等級，屬于特殊質量鋼，即在生產(chǎn)過程中需要特別嚴格控制質量 和性能的鋼。按照我國習慣，彈簧鋼屬于特殊鋼，制作彈簧鋼的時候技術要求比較高， 技術的過硬直接決定品質的高低。 彈簧鋼向高強度發(fā)展是當前彈簧鋼生產(chǎn)和應用中表現(xiàn)出來的趨勢。在日本，汽車、 摩托車所用彈簧占彈簧鋼生產(chǎn)總量的64.9%，從節(jié)能和經(jīng)濟性出發(fā)，要求汽車、摩托車 減重，而減輕彈簧重量是這兩個行業(yè)減重的一個重要方面，

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第39卷　第1期 2004年1月 鋼　　鐵 ironandsteel vol.39,no.1 january2004 ?綜合論述? 高強度彈簧鋼的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢 　徐德祥　　　　　　尹鐘大　　　 (北滿特殊鋼公司)　　　　　(哈爾濱工業(yè)大學) 摘　要　隨著現(xiàn)代交通運輸業(yè)的不斷發(fā)展,對彈簧鋼的性能要求越來越高,迫切要求提高彈簧鋼的強度和延 長使用壽命。對此,國內(nèi)外近年來開展了大量的研究工作。評述了彈簧鋼高強度化的途徑和發(fā)展趨勢、彈簧鋼 中碳和各種合金元素的作用及其合金化特點。 關鍵詞　彈簧鋼　強度　合金元素 thetendencytohighstrengthofspringsteelsandthe effectofalloyingelements 　　　　xudexiang　　　　　　　　　　　

彈簧鋼的合金化研究

1 合金元素在鋼中的作用 隨著現(xiàn)代工業(yè)和科學技術的不斷發(fā)展，在機械制造中，對工件的 強度、硬度、韌性、塑性、耐磨性以及其他各種物理化學性能的要求 愈來愈高，碳鋼已不能完全滿足這些要求了。 原因： ①由碳鋼制成的零件尺寸不能太大。否則，因淬透性不夠而不 能滿足對強度與塑性、韌性的要求。加入合金元素可增大淬 透性。 ②用碳鋼制成的切削刀具不能滿足切削紅硬性的要求。用合金 工具鋼、高速鋼和硬質合金。 ③碳鋼不能滿足特殊性能的要求，如要求耐熱、耐低溫、抗腐 蝕、有強烈磁性或無磁性等等，只有特種的合金鋼才能具有 這些性能。 合金鋼是以碳鋼為基礎，金相組織和相應的碳鋼大體上是相似 的。在鋼中加入合金元素，鋼的機械性能顯著提高。弄清楚各種合金 元素對鋼材的影響對控制產(chǎn)品質量有非常大的作用。 1合金元素在鋼中的存在方式 1.1合金元素與鋼中的碳相互作用，形成碳化物存在于鋼中 按合金元素在鋼

1 合金元素在鋼中的作用 隨著現(xiàn)代工業(yè)和科學技術的不斷發(fā)展，在機械制造中，對工件的 強度、硬度、韌性、塑性、耐磨性以及其他各種物理化學性能的要求 愈來愈高，碳鋼已不能完全滿足這些要求了。 原因： ①由碳鋼制成的零件尺寸不能太大。否則，因淬透性不夠而不 能滿足對強度與塑性、韌性的要求。加入合金元素可增大淬 透性。 ②用碳鋼制成的切削刀具不能滿足切削紅硬性的要求。用合金 工具鋼、高速鋼和硬質合金。 ③碳鋼不能滿足特殊性能的要求，如要求耐熱、耐低溫、抗腐 蝕、有強烈磁性或無磁性等等，只有特種的合金鋼才能具有 這些性能。 合金鋼是以碳鋼為基礎，金相組織和相應的碳鋼大體上是相似 的。在鋼中加入合金元素，鋼的機械性能顯著提高。弄清楚各種合金 元素對鋼材的影響對控制產(chǎn)品質量有非常大的作用。 1合金元素在鋼中的存在方式 1.1合金元素與鋼中的碳相互作用，形成碳化物存在于鋼中 按合金元素在鋼

結構鋼中碳及合金元素的作用 1.結構鋼中碳及合金元素的作用 （1）碳其主要作用是保證鋼的硬度、強度與韌性。例如，普通低碳鋼中的低碳就是為了保證鋼的良好韌 性、優(yōu)秀的加工工藝性能（焊接與壓力加工工藝性），調(diào)質鋼中的中碳是為了保證經(jīng)熱處理后該鋼具有良 好的綜合力學性能，滲碳鋼中的低碳是為保證工件心部具有良好的韌性（而表面層的高硬度則由滲碳+相 應的熱處理工藝來保證），彈簧鋼中的中、高碳是為保證鋼的高強度（彈性極限、疲勞強度）。特例：滾 動軸承鋼中的高碳則是為了保證該鋼的高硬度、高耐磨性，這又與工具鋼相同。 （2）合金元素其主要作用可概括為： 主加元素（cr、mn、ni、si）——提高淬透性、強化鐵素體； 輔加元素（w、mo、v、ti）——細化晶粒、進一步提高淬透性。 例如，在調(diào)質鋼中主加元素的作用就是提高淬透性、強化鐵素體（微量的合金元素b也具有此作

介紹影響鋼絲扭轉性能的因素,通過控制原材料質量,制定合適的熱處理工藝,嚴格控制爐溫的均勻性,延長磷化時間,采用小道次壓縮率、多道次拉拔并加強冷卻,避免模子超差,使非標高強度彈簧鋼絲的一次合格率從71.5%提高到88.7%,創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟效益。

ti對新型中碳高強度彈簧鋼耐腐蝕性能的影響 作者：孫曼麗，惠衛(wèi)軍，張代明，董瀚，翁宇慶，sunman-li，huiwei-jun，zhangdai- ming，donghan，wengyu-qing 作者單位：孫曼麗,惠衛(wèi)軍,sunman-li,huiwei-jun(先進鋼鐵材料技術國家工程研究中心,北京 ,100081;昆明理工大學,材料與冶金工程學院,云南,昆明,650093)，張代明,zhangdai- ming(昆明理工大學,材料與冶金工程學院,云南,昆明,650093)，董瀚,donghan(先進鋼鐵 材料技術國家工程研究中心,北京,100081)，翁宇慶,wengyu-qing(先進鋼鐵材料技術國家 工程研究中心,北京,100081;中國金屬學會,北京,100711) 刊名： 金屬熱處理 英文刊名：heat

彈簧鋼 彈簧在沖擊、振動或長期交應力下使用，所以要求彈簧鋼有高的抗拉強度、彈性極限、高的疲勞強度。 在工藝上要求彈簧鋼有一定的淬透性、不易脫碳、表面質量好等碳素彈簧鋼即含碳量wc在0.6%-0.9%范 圍內(nèi)的優(yōu)質碳素結構鋼。合金彈簧鋼主要是硅錳系鋼種，它們的含碳量稍低，主要靠增加硅含量wsi提高 性能；另外還有硌、鎢、釩的合金彈簧鋼。近年來，結合我國資源，并根據(jù)汽車、拖拉機設計新技術的要 求，研制出在硅錳鋼基礎上加入硼、鈮、鉬等元素的新鋼種，延長了彈簧的使用壽命，提高了彈簧質量 性能要求 彈簧在沖擊、振動或長期交應力下使用，所以要求彈簧鋼有高的抗拉強度、彈性極限、高的疲勞強度。 在工藝上要求彈簧鋼有一定的淬透性、不易脫碳、表面質量好等碳素彈簧鋼即含碳量wc在0.6%-0.9%范 圍內(nèi)的優(yōu)質碳素結構鋼。合金彈簧鋼主要是硅錳系鋼種，它們的含碳量稍低，主要靠增加硅含量wsi

合金元素及其在合金中的作用 一、合金元素鋼中的作用 為了改善和提高鋼的某些性能和使之獲得某些特殊性能而有意在冶煉過程中加入的元素稱為合金元素。常用的合金元素有鉻（cr)、鎳（ni)、鉬（mo）、鎢（w）、 釩（v）。鈦(ti)、鈮（nb)、鋯（zr）、鈷（co）、硅（si）、錳（mn)、鋁（al)、銅（cu)、硼（b)、稀土(re）等。磷（p）、硫（s)、氮（n）等在某些情 況下也起到合金元素的作用。 1、鉻(cr) 鉻能增加鋼的淬透性并有二次硬化作用。可提高高碳鋼的硬度和耐磨性而不使鋼變脆；含量超過12%時。使鋼有良好的高溫抗氧化性和耐氧化性介質腐蝕的作用。 還增加鋼的熱強性，鉻為不銹耐酸鋼及耐熱鋼的主要合金元素。 鉻能提高碳素鋼軋制狀態(tài)的強度和硬度。降低伸長率和斷面收縮率。當鉻含量超過15%時，強度和

1、鋼的分類 1.1一般分類 碳鋼也叫碳素鋼，含炭量wc小于2%的鐵碳合金。碳鋼除含碳外一般還含有 少量的硅、錳、硫、磷按用途可以把碳鋼分為碳素結構鋼、碳素工具鋼和易切 削結構鋼三類。碳素結構鋼又分為建筑結構鋼和機器制造結構鋼兩種按含碳量 可以把碳鋼分為低碳鋼（wc≤0.25%）,中碳鋼（wc0.25%——0.6%）和高碳鋼 （wc>0。6%）。合金鋼種類很多，通常按合金元素含量多少分為低合金鋼（含量 ＜5％），中合金鋼（含量5％～10％），高合金鋼（含量＞10％）；按質量分為優(yōu) 質合金鋼、特質合金鋼；按特性和用途又分為合金結構鋼、不銹鋼、耐酸鋼、耐 磨鋼、耐熱鋼、合金工具鋼、滾動軸承鋼、合金彈簧鋼和特殊性能鋼（如軟磁鋼、 永磁鋼、無磁鋼）等。 2、鋼中合金元素分類 2.1根據(jù)各種元素在鋼中形成碳化物的傾向，可分為三類： 強碳化物形成元素，如釩、鈦、鈮、鋯等。這類

彈簧是一種利用彈性來工作的機械零件。用彈性材料制成的零件在外力作用 下發(fā)生形變，除去外力后又恢復原狀。亦作“彈簧”。 彈簧的分類 按受力性質，彈簧可分為拉伸彈簧、壓縮彈簧、扭轉彈簧和彎曲彈簧，按形 狀可分為碟形彈簧、環(huán)形彈簧、板彈簧、螺旋彈簧、截錐渦卷彈簧以及扭桿彈簧 等，按制作過程可以分為冷卷彈簧和熱卷彈簧。 普通圓柱彈簧由于制造簡單，且可根據(jù)受載情況制成各種型式，結構簡單，故應 用最廣。 彈簧的制造材料一般來說應具有高的彈性極限、疲勞極限、沖擊韌性及良好 的熱處理性能等，常用的有碳素彈簧鋼、合金彈簧鋼、不銹彈簧鋼以及銅合金、 鎳合金和橡膠等。 彈簧的制造方法有冷卷法和熱卷法。彈簧絲直徑小于8毫米的一般用冷卷法， 大于8毫米的用熱卷法。有些彈簧在制成后還要進行強壓或噴丸處理，可提高彈 簧的承載能力。 彈簧可以分為以下7類： 1、螺旋彈簧即扭轉彈簧，是承受扭轉變形的彈

牌號用途舉例 60、70號火車車廂的螺旋彈簧，一般機器上的圓、方螺旋 彈簧，小型機械的彈簧。 85 鐵路車輛、汽車、拖拉機上承受震動的圓螺旋彈 簧，板簧。 65mn 用于較大尺寸的各種扁、圓彈簧，如座墊板簧、 彈簧發(fā)條、彈簧環(huán)、氣門彈簧及輕載荷汽車和小汽 車的離合器彈簧與制動彈簧等。 55si2m 汽車、拖拉機、鐵道車輛的板簧、螺旋彈簧、車 輛止回閥簧及其它高應力下工作的重要彈簧。 55si2mnb汽車前后簧、副簧。 60si2mn 和 60si2mna 汽車、拖拉機、鐵道車汽上的板簧、螺旋彈簧， 安全閥止回閥簧，制造承受交變負荷及在高應力下 工作的大型重要卷制彈簧和受據(jù)烈磨損的零件。 軸承鋼用途：導桿、滑軌、導柱、軸承軸心、機械柱等。 彈簧鋼用途：具有高度之抗疲勞性及沖擊性，一般經(jīng)油淬火回火調(diào)質后使用，其中 碳系一般用途

彈簧鋼 springsteels 用以制造彈簧或類似彈簧性能零件的鋼類。具有高的彈性極限、疲勞極限(尤其是缺口疲勞極限)以及 一定的沖擊韌性和塑性，主要在沖擊、震動等動載荷或長期周期性交變應力的條件下使用。所以在各種狀 態(tài)下工作的彈簧都要有良好的表面質量和較高的抗疲勞性能。在工藝性能上，需經(jīng)淬火、回火的彈簧鋼， 應具有一定的淬透性，不易脫碳，過熱敏感性低和塑性較高，在熱狀態(tài)下易于成形。制造小尺寸彈簧用的 鋼絲要有均勻的硬度和一定的塑性。 類別彈簧鋼按生產(chǎn)方法，可分為熱軋彈簧鋼和冷拉(軋)彈簧鋼。熱軋彈簧鋼包括制造螺旋彈簧、扭力 桿用的圓鋼或梯形鋼和制造板簧的扁鋼；冷拉(軋)彈簧鋼包括制造小規(guī)格螺旋彈簧的冷拉鋼絲和制造發(fā)條 以及各種彈簧片的冷軋鋼帶。合金彈簧鋼中通常含錳、硅、鉻、鉬、鎢、釩和微量的硼，這些合金元素都 可提高鋼的淬透性。錳和硅固溶入鐵素體中,可提

在sae9254鋼化學成分的基礎上增加碳含量和添加一些合金元素開發(fā)出的高強度cr-si彈簧鋼可以提高氣門彈簧的抗松馳性能，且具有良好的疲勞性能。

本文介紹了日本、巴西、瑞典、德國、加拿大等國家的高強度的彈簧鋼絲的生產(chǎn)，對目前我國的彈簧生產(chǎn)廠家具有比較實用的參考價值。

研究采用軋制-輥拉復合法生產(chǎn)高強度異型彈簧鋼絲工藝。工藝控制要點:拉拔圓絲成品的力學性能,軋制過程中的寬展,輥拉過程中的圓角和道次變形率,以及成品異型彈簧鋼絲的尺寸精度等。優(yōu)化各道次的生產(chǎn)工藝,選擇最佳的投料尺寸,從而開發(fā)出抗拉強度不低于2000mpa的異型彈簧鋼絲。軋制-輥拉復合法生產(chǎn)高強度異型彈簧鋼絲常見的質量問題有開裂、毛刺或飛邊、波浪彎和側彎等,對產(chǎn)生質量問題的原因進行分析。

介紹高強度低松弛扁彈簧鋼絲的研制過程，探討熱處理工藝，指出降低鋼絲松弛率的途徑．

本文簡介了為巴基斯坦恰?，敽穗娬旧a(chǎn)的高強度1cr18ni9ti不銹彈簧鋼絲的工藝研究過程,指出了從冶煉到冷加工各工序的工藝要點及提高1cr18ni9ti彈簧鋼絲強度的方法。研究表明,鋼中碳含量和拉撥時的總壓縮率是影響鋼絲抗拉強度的主要因素,碳含量須控制在0.06%￣0.09%,總壓縮率應〉92%。