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弹簧材料的发展


   
弹簧应用技术的发展,对材料提出了更高的要求。主要是在高应力下的提高疲劳寿命和抗松弛性能;其次是根据不同的用途,要求具有耐蚀性、非磁性、导电性、耐磨性、耐热性等。为此,弹簧材料除开发了新品种外,另从严格控制化学成分,降低非金属夹杂,提高表
面质量和尺寸精度等方面也取得了有益的成效。
    1.合金钢的发展气门弹簧和悬架弹簧已广泛应用Si-Cr钢。为了提高疲劳寿命和抗松弛性能,在}i-Cr钢中添加V, Mno同时开发了Si-Cr拉拔钢丝,其在高温下工作时的抗松弛性能.比琴钢丝好。随着发动机高速小型化,扰颤振性能好、质量轻、弹性模量小的Ti合金
得到了较为广泛的应用,其强度可达2000MPa。
    2,不锈钢丝的发展
    1)奥氏体组织不锈钢丝强度比铁素体组织的好,其耐蚀性也优于马氏体组织,因而应用范围不断扩大。
    2)低温拔丝或低温氮化拔丝可提高钢丝强度。马氏体受热时组织不稳定,而在低温液体氮中拔丝能形成隐针状马氏体,可获得热态高强度。此种钢丝在美国和日本已有不少应用,但目前只能处理lmm以下的钢丝。
    3)电子设备中的精密弹簧要求非磁性,此种钢丝在拉拔加工时,不能生成隐针状马氏体,为此要添加N, Mn, hTi等元素。常见的钢具有非磁性。但耐蚀性差,必须添加Cr元素。为了满足这方面的需求,美国开发了ALJS205 (D. 15C'-17Cr-1Ni-15Mn-D.3N)和YUSC},17C,-21C,r-5Ni-1}Mn-。甲3Vj。由于Mn的含量增加,加工中不会生成隐针状马氏体。经固溶处理,强度可达2000Ik}IPa,疲劳性能高,优于5US304 0
    3.提高材料纯度对高强度材料,严格控制夹杂.提高纯度以保证其性能口如气门弹簧材料的含氧量。
    4.改善表面质量材料表面质量对疲劳性能影响很大。为了保证表面质量,对有特殊要求的材料采用剥皮工艺将表层去掉 5mm深度的缺陷采用涡流探伤。对拔丝过程表面产生的凹凸不平,可用电解研磨,使表面粗糙度降到0.5-0.4um
    5.电镀钢丝的发展在特殊情况下,除要求弹簧特性外,还要求耐蚀、导电等附加性能,大多均采用电镀工艺解决。 部分不锈钢丝和琴钢丝的耐蚀性能相当于镀锌的耐蚀性能,若再镀一层ZnAI C}a写)的合金,则耐蚀性可提高约3倍。
    对电阻性能有要求的不锈钢丝或琴钢丝,钢丝直径小于0. 4rn。的可镀铜.大于0.4mm的可采用内部是铜,外部是不锈钢材料。一般琴钢丝镀G}}厚的Ni,可提高其导电性。
    一般来说,能使材料表面硬化形成剩余应力的工艺(如喷丸强化和表面氮化等)均可提高疲劳强度。目前正在研究非电解镀hTi ,通过加热(300^-500'C )可将7%的P以PNi析出,可提高维氏硬度达H}500 0喷丸后,若在30Q0C以下加热镀}i,亦可提高硬度100oe
    6.形状记忆合金的开发目前在弹簧方面有应用前途的单向形状记忆合金,以50Ti-5 ahf i性能好。形状记忆合金制成的弹簧,受温度的作用可伸缩。主要用于恒温、恒载荷、恒变形量的控制系统巾。由于是靠弹簧伸缩推动执行机构,所以弹簧的工作应力变化较大。
    7.陶瓷的应用陶瓷的弹性模量高,断裂强度低,适用于变形不大的地方。目前正在开发的有耐热、耐磨、绝缘性好的陶瓷;应用的有超塑性锌合金〔SPA),在常温下具有高的强度。另外,还有高强度的氮化硅,能耐高温,可达1000`C。但陶瓷弹簧不适用于在冲击载荷
下工作。
    8甲纤维增强塑料在弹簧中的应用玻璃纤维增强塑料(GFRP)板弹簧在英、美和日本等国已广泛应用,除月于横置悬架外,还可用于特殊轻型车辆,如赛车的纵置悬架。目前又研制成功了碳素纤维增强塑料(CFRP)悬架弹簧,比金属板簧要轻.

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